Переработка ТПО и БО

Переработка ТПО и БО, которые нельзя или нецелесообразно подвергать сепарации по группам способом высокотемпературной переработки Как видно из изложенного в пятой главе материала значительная часть по весу ТБО может и должна перерабатываться способом экологической биотехнологии.Другая фракция ТБО, включая стекло, железо, пластмассы и другие виды ТБО также должны перерабатываться в товарные продукты так, как это было изложено в предыдущих главах, посвященных переработке ТПО для каждого вида сырья.

Так в частности стеклобой следует направлять на переплавку. Железо и другие металлы также на переплавку. Пластические массы на повторную переработку. Способ переработки этого вида сырья уже излагался в предыдущих главах.Однако есть некоторые особенности при повторной переработке синтетических полимерных материалов. Особенно это касается переработки синтетических смол и пластических масс, содержащих ароматическое ядро и продуктов, которые при переработке при относительно высокой температуре 100-800С могли бы выделять галоиды хлор и или бром. Суть этого заключается в том, что при переработке такого синтетического полимера, а также сложного эфира целлюлозы, полученного в среде мелиленхлорида могут в присутствии даже следов галоидов хлора и брома образовываться галоидированные ДО и ДПВ по упомянутой уже во второй главе схеме и повторенной сейчас, а именно.

Пиролиз и хлорирование бромирование природных предшественников 1 В результате образуется типичный галоидированный ДО и ДПВ - полихлордибензодиоксин полибромдибензодиоксин и или полихлордибензофуран полибромдибензофуран.

То есть по классификации Л.А. Федорова образуется III, IV, V и VI представитель галоидированных ДО и ДПВ 1. А это страшно и сверхопасно. Кроме того, следует заметить, что в небольших поселках, в небольших городах сепарацию ТБО по видам не целесообразно проводить по технико-экономическим соображениям.Как же поступать с такими видами ТБО, образующихся в сравнительно небольших количествах Кроме того, как поступать с определенными видами ТПО ряда металлоперерабатывающих производств Как обходиться, как использовать отработанные химические источники тока ОХИТ И, наконец, куда девать отходы хирургии, стоматологии и т.п. Итак, все эти перечисленные виды ТПО и ТБО, а также отходы лечебных учреждений в виду их высокой в первую очередь инфекционной опасности на наш взгляд подлежат высокотемпературной переработке при температуре 1200-1600С в течение не менее 4-7 часов производственного цикла для полной стерилизации биологических отходов и полной дегазации супертоксикантов ДО и ДПВ, которые могут существовать в этих видах отходов в качестве побочных продуктов или даже в следах.

При таких температурах все компоненты переходят в состояние близкое к плазменному.

Для переработки этой категории ТПО и ТБО следует применять технологический процесс Пурвокс 2 или электротермический реактор 3, который, как будем надеяться, будет выпускаться в промышленных условиях с разным объемом загрузки и с разной производительностью. На наш взгляд электротермический реактор будет несомненно дешевле при серийном производстве, чем аппарат для проведения технологического процесса Пурвокс. 1. Высокотемпературная переработка ТП и ТБО - гарантия уничтожения всех видов биологических, биохимических продуктов и канцерогенов-супертоксикантов При загрузке отходов металлоперерабатывающих производств, синтетических полимерных материалов неизвестной химической природы возможно содержащих в макромолекулярной цепи ароматические кольца, например, полиэтилентерефталата и галоидированных полиолефинов, например, поливинилхлорида, отработанных химических источников тока ОХИТ, остатков смазочно-охлаждающей жидкости сож после металлообработки, хирургических, стоматологических и других биологических отходов лечебных и научно-исследовательских организаций и учреждений и не сепарированных ТБО постепенно в течение нескольких часов необратимо происходит разрушение галоидированных ДО и ДПВ по схеме Наиболее опасные компоненты ОХИТ также разлагаются и протекает ряд процессов 4 Zn2NH4Cl2MnO2ZnNH32ClH2OMn2O3 I Zn2NH4Cl12O2ZnNH32Cl2H2O II ZnNaOH12O2NaHZnOIII ZnCuONaOHZnONa2CuH2O IV HgOZn2KOHHgK2ZnO2H2O V PbO2H2SO4ZnPbSO4ZnSO42H2O VI PbO22H2SO4CdPbSO4CdSO42H2O VII PbO24HClO4Pb2PbClO422H2O VIII Ag2O4KOHZn2AgK2ZnO2H2O IX Cu2Cl2Mg2CuМgCl2AgClMg2MgMgCl2 XI 6Mg8H2OC6H4NO22C6H4NH226MgOH2 XII MgH2O2MnO2Mn2O3MgOHXIII Итак, в начале процесса термообработки все эти компоненты, приведенные в уравнениях I - XIII постепенно переходят по мере нагревания массы в жидкое и далее в состояние, близкое к плазменному. В электротермическом генераторе ЭТГ, где количественно преобладает углерод С в виде графита и чугун в виде элементарного Fe при больших загрузках ТПО металлоперерабатывающих производств до его окислов FeO, Fe2O, вода поступающая в реактор переходит в парообразное состояние.

Протекают процессы H2O H2CO XIV 5 То есть образуется водяной газ. При наличии паров воды, кроме того происходит процесс При этом следует заметить, что в верхней части реактора, где температура ниже преобладает процесс с образованием CO2 и H2. В нижней части реактора, где преобладает более высокая температура преобладают процессы и образуются продукты СОН2О. При этом СО оксид углерода образуется при очень высоких температурах, когда диоксид углерода СО2 неустойчив 6. Процесс образования водяного газа эндотермичен, поэтому углерод охлаждается. Однако, поскольку в реакторе температура t 1000С происходит процесс 6 Процессы XVI и XVIа протекают при взаимодействии воздуха с раскаленным углеродом. В результате получается смесь СОN2, т.е. образуется генераторный газ. В итоге в отходящих газах из реактора содержится водяной газ СОН2 и генераторный газ СОN2. Синтез аммиака из газообразных N2 и Н2 не происходит, т.к. этот процесс может происходить при низких температурах и при высоком давлении 7. При высоких температурах происходит разложение ОХИТ QNH4Cl NH3HCl XVII 7 Разложение Zn NH32Cl2 происходит при его плавлении при нагревании по схеме Аналогично разрушается комплекс HgNH32Cl2 ZnCl2 в таких условиях выкипает 8. Однако по мере выхода из реактора ZnCl2 оседает конденсируется на сравнительно холодных поверхностях трубопроводов.

Синтез синильной кислоты HCN сильнейшего яда в данных условиях маловероятен, т.к. он происходит хотя и при нагревании до температуры t 500-600С, но в присутствии особых катализаторов диоксида церия СеО2 6 или в присутствии диоксида тория ThO2 7 Ни того, ни другого катализатора у нас в системе нет. Кроме того, рабочая температура процесса значительно больше 500-600С. Кроме того, возможно протекание следующих процессов ZnO при 1950 возгоняется при более высокой температуре, разлагается до Zn и O2 8 Хлористый магний MgCl2 сначала плавится при t718С, затем при t1412С кипит.

Кальцинированная сода, входящая в состав сож разлагается При высокотемпературной обработке ТБО образуются следующие вещества Вполне естественно из не сепарированных ТБО токсичных веществ не образуется, если не считать SO2, который может образоваться из ТБО за счет термического разложения меркантанов. Из СОЖ продуктами газогенерации могут быть Таким образом при высокотемпературной переработке не сепарированных ТБО, остатков СОЖ продуктами газогенерации являются следующие компоненты 1. Так называемый генераторный газ CON2 2. Так называемый водяной газ СОН2. В процессе электротермического воздействия на ОХИТ происходит также разложение фенилендиамина C6H4NH2 до CO CO2 N2 и H2. В кубовых остатках, в шлаке остается большой комплекс веществ, а именно 1. Железо и небольшое количество окислов его. Эти вещества составляют в зависимости от соотношения загружаемых компонентов значительную часть, возможно до 70-90 от общей массы шлака.

В шлаке также должно содержаться небольшое количество MgSiO3 и CaSiO3 из ТБО, CuO и Cu2O PbO очень немного ZnCl2 Cd почти в следах MgO Mn3O4 Mn3O4 синтезируется по реакции 2. Кроме того в шлаке могут содержаться MgCl2 частично выкипает при t1412С в следах NaOH KOH в следах Ag и AgCl AgCl кипит при t1550С8 и Hg. Продукты, которые образуются при разложении ОХИТ следующие Все возгоняющиеся продукты практически осаждаются на трубах в процессе охлаждения выделяющейся массы газагенератов и возгоняющихся веществ не доходят до барботеров-поглотителей.

Таким образом, в тоже время при электротермической обработке всех ранее упомянутых отходов отходов металло-перерабатывающих производств, несепари-рованных ТБО, ОХИТ, остатков СОЖ и биообъектов между газообразными продуктами могут происходить следующие процессы SO2 Cl2 SO2Cl2 XXXIII 6 SO2Cl2 2H2O H2SO4 2HCl XXXIIIa 6 нагревCl2 H2O Q HCl HClO XXXIV 7 HCl aq HCl. aq Q XXXIVa 7 CO Cl2 COCl2 XXXV 6 7 Таким образом возможно образование оксохлорида углерода или фосгена.

Под воздействием паров воды фосген медленно гидролизуется COCl2 2H2O 2HCl H2CO3 XXXVa 6 7 Самыми нежелательными процессами являются следующие 1. Образование хлора 2. Образование хлористого сульфурила 3. Образование оксохлорида углерода фосгена.

Как подавить эти процессы Самое реальное в наших условиях обильное орошение синтез-газа водой или даже барботирование синтез-газа через слой воды в барботерах так, чтобы в максимальной степени протекали процессы поглощения вредных газообразных веществ водой, а именно процессы XXXIIIa, XXXIV, XXXIVa, XXXVa. Тем не менее, чтобы полностью обезопасить течение процесса и исключить выброс в отходящих газах Cl2 SO2Cl2 COCl2 следует предусмотреть вторую и третью степень барботирования синтез-газа водой для полного поглощения вредных газов и протекания вышеупомянутых процессов на 100. Кроме того, предлагается при вышеупомянутой загрузке отходов производить минимальную загрузку ОХИТ, которые являются самыми экологически опасными компонентами - генераторами хлора со всеми вытекающими последствиями в том числе и с возможностью образования галоидированных ДО и ДПВ. Для разделения разбавленных кислот предлагаются следующие приемы После проведения каждой технологической операции производить анализ жидкости из соответствующих емкостей на наличие а серной кислоты, H2SO4 на первых порах качественно введением водного раствора BaCl2 и наблюдением выпадения белого творожистого осадка BaSO4 по реакции H2SO4BaCl2BaSO 2HCl XXXVI и количественно по наличию сульфат-иона SO4 б соляной кислоты HCl сначала качественно введением водного раствора AgNO3 и выпадением белого осадка AgCl по реакции HClAgNO3AgClHNO3 XXXVII а затем количественно по наличию хлор иона в угольной кислоты H2CO3 качественно введением BaCl2 или введением CaOH2 и образованием осадков по реакциям BaCl2H2CO3BaCO 2HCl XXXVIII H2CO3CaOH2CaCO H2O и количественно по наличию карбоний0иона. В принципе возможны накладки всех процессов друг на друга.

Это конечно может осложнить разделение кислот.

Во всяком случае при введении BaCl2 могут происходить оба процесса XXXVI и XXXVIII, т.е. могут осаждаться BaSO4 и BaCO3. Таким образом, применяя одни и те же реагенты можно жидкость из соответствующих емкостей из поглотителей подачей водного раствора BaCl2 перевести в технически слабый водный раствор соляной кислоты HCl. Итак, рассмотрим один из прогнозируемых вариантов технологии переработки ТП и БО в электротермическом реакторе ЭТР. 6.2. Прогнозируемая технология переработки ТП и БО в электротермическом реакторе ЭТР один из возможных вариантов Для соблюдения правил техники безопасности конструктивно предусматривается наличие предохранительного клапана для возможного сброса максимального давления в I и II камерах ЭТР. Для переработки ТП и БО в ЭТР, как уже упоминалось используются следующие виды отходов 1. ТО лечебных и научно-исследовательских организаций и учреждений включая использованные бинты, тампоны, отходы хирургии и стоматологии и т.п т.е. ТО, содержащие остатки различных a-аминокислот где R - CH3 C2H5 CH2C6H5 и т.д. и С6H7O2OH3n 2. Синтетические высоко олиго- и низкомолекулярные органические вещества, содержащие хлор или бром в том числе галоидированные полиолефины, а также природные высокомолекулярные полимеры в том числе целлюлозосодержащие материалы, подвергнутые в процессе облагораживания отбелке хлорсодержащими компонентами 3. Отработанные химические источники тока ОХИТ - смесь различных неорганических и некоторых органических C6H4NH22 и C6H4NO22 веществ в том числе хлорсодержащих 4. Смазочные охлаждающие жидкости СОЖ с отходами черных и цветных металлов. При переработке ОХИТ они загружаются, как уже упоминалось, в минимальных количествах в ЭТР. Для переработки ТП и БО предусматриваются следующие температурные режимы в камерах ЭТР I камера В нижней зоне t 1200 - 1600С В средней зоне tmax 1200 - 1400C В верхней зоне tmax 500 - 800С II камера В нижней зоне t 1200 - 1400С В средней зоне t 1000 - 1200C В верхней зоне t 300 - 400C Описание технологического процесса В зависимости от объема электротермического реактора ЭТР в него загружаются в соответствующих количествах ТП и БО, производится постепенный разогрев камер и в соответствии с временным технологическим регламентом подается вода. Начинается течение технологического процесса в соответствии с регламентом.

По мере протекания технологического процесса в соответствии с одним из прогнозируемых вариантов химико- технологического процесса начинается процесс газовыделения и образования одного из основных продуктов газогенерации - синтез-газа. Одновременно в соответствии с регламентом предусматривается абсорбция вредных и очень токсичных примесей в тарельчатых колоннах со сливными устройствами, изображенных на рис. 14. Рис. 14. Тарельчатая колонна со сливными устройствами для поглощения вредных газов в разрезе 1 - тарелка 2 - сливное устройство.

По мере абсорбции в тарельчатых колоннах см. рис. 14 и рис. 15 поз. 1,2,3 см. рис. 15 образуется смесь слабых минеральных кислот H2SO4 HCl H2CO3, которые в соответствии с регламентом подаются в накопительные сборники поз. 4,5,6. Далее, по мере заполнения накопителей, смесь кислот подается в аппарат поз.7 рис. 15, куда в Рис. 15. Технологическая схема работы электротермического реактора ЭТР с установкой по улавливанию токсичных выбросов один из прогнозируемых вариантов. соответствии с регламентом периодически подается слабый раствор BaCl2 и происходит выпадение осадков BaCl2H2SO4BaSO 2HCl BaCl2H2CO3BaCO 2HCl Аппарат поз. 7 представляет из себя вертикальный реактор с якорной мешалкой Изготовлен из обычной стали и покрытый изнутри стеклоэмалью.

Таким образом в жидкой фазе остается водный раствор слабой соляной кислоты HCl. В осадок выпадает смешанная соль BaSO4BaCO3. Далее суспензия BaSO4 Ч BaCO3 с остатками HCl направляется на центрифугирование в центрифугу поз.8, где остатки HCl отделяются от осадка и направляются в емкость поз.7 или прямо в специальную емкость сборник HCl поз.11. Смесь солей после промывки водой и дробления пневмотранспортом направляются в емкость поз.9, где производится нагрев этой смешанной соли. При этом сульфат бария BaSO4 плавится при t1580С, а витерит разлагается BaCO3 Q OCO Далее смесь BaSO4BaO охлаждается и после дробления направляется в емкость поз.10. Емкость поз.10 представляет из себя вертикальный аппарат с якорной мешалкой.

Туда же подается вода для растворения ВаО и образования баритовой воды BaOH2OBaOH2Q 7 Баритовая вода остающаяся в растворе после перемешивания по регламенту идет в сборник, как товарный продукт.

Сульфат бария BaSO4 в виде водной суспензии направляется на фугование на рис. 15 не указано и на сушку.

При получении BaSO4 для медицинских целей продукт направляется сначала на перемывку, затем на фугование и уже потом на сушку.

Завершение процесса контролируется визуально по окончании пробулькивания газа в колоннах поз.1,2,3 и инструментальными способами соответствующими КИП. Разумеется предлагаемая прогнозируемая схема разделения кислот в процессе опытных испытаний потребует корректировки и уточнения.

Так в частности вопрос о выборе емкости поз.9 является весьма приближенным и потребуется существенная корректировка этой операции и главное существенная корректировка выбора аппарата поз.9. После завершения химико-технологического процесса переработки ТП и БО из ЭТР выгружается шлак, представляющий собой твердый многокомпонентный раствор. Шлак может быть различным в зависимости от загружаемых ТП и БО. Если загружается значительная часть СОЖ с отходами металла, то такой шлак может содержать металл до 70 и более.

Такой шлак целесообразно использовать в зависимости от химического состава для переплавки скажем в чугун.

Если СОЖ с остатками металла составляет незначительный процент от общего количества загружаемых ТП и БО, то можно прогнозировать, что конечный твердый продукт шлак будет мало содержать металла.

Такой шлак нужно направлять на дробление и использовать его в качестве наполнителя для получения цементных растворов.

Для этого в цементный раствор, находящийся в двухшнековом смесителе Вернера-Пфлейдерера разгружается дробленый шлак. После окончания загрузки шлака в заданном количестве производится перемешивание цементного раствора до полной гомогенности однородности.

После получения однородной массы производится формование строительных изделий блоков и т.п Использовать шлак для дорожного строительства нельзя, т.к. при переработке ОХИТ возможно образование количественно кадмия Cd в шлаке после переработки в ЭТР. А кадмий, как известно, является опасным мутантом и в процессе эксплуатации дорожного покрытия он может медленно при старении покрытия экстрагироваться в близлежащий почвенный слой, что недопустимо.

Таким образом, в процессе переработки ТП и БО получаются следующие товарные продукты 1. Синтез-газ или точнее смешанный газ представляющий смесь генераторного газа СОN2 и водяного газа СОН2. Смешанный газ является хорошим энергоносителем.

При сжигании 1м3 такого газа образуется 2800-5000 ккал 2. Шлак - твердый продукт, который следует использовать по двум направлениям а при высоком содержании металла такой шлак следует направлять на переплавку после обогащения и очистки для получения чугуна б при низком содержании металла шлак используется как наполнитель для приготовления цементных растворов и последующего формования строительных блоков и т.п. 3. Слабая разбавленная техническая соляная кислота HCl 4. Сульфат бария - технический продукт, или, если он подвергается очистке, то его уже можно использовать в качестве медицинского препарата для анализа секреторной деятельности желудка человека 5. Баритовая вода - BaOH2 используется как химический реагент при проведении химического анализа газов на содержание CO2 SO3 и т.д. Для выброса в окружающую природную среду вредных газообразных, жидких и твердых продуктов при данной переработке ТП и БО в электротермическом реакторе просто не образуется, если не считать диоксида углерода, образующегося при разложении BaCO3. Все получающиеся и перечисленные выше продукты жидкие, твердые и газообразные являются товарными продуктами.

При сжигании синтез-газа не образуются никакие токсичные вещества. Литература 1. Л.А. Федоров, Диоксины, как экологическая опасность ретроспектива и перспективы, М Наука, 1993, с.1-226. 2. В.Н. Сариев, Пути достижения оптимального хозяйствования твердыми муниципальными отходамиИнформ.

Сборник Экология городов, М 5, 1995, с.73-75. 3. А.Н. Сачков, К.С. Никольский, Ю.И. Маринин, О высокотемпературной переработке твердых отходов во ВладимиреИнформ.

Сборник Экология городов, М 8, 1996, с.79-81. 4. Краткая химическая энциклопедия, М С.Э т.5, 1967, с.644-653. 5. Прокофьев В.И Харитонова Н.Д Митрофанова Н.М Очистка стоков цеха переработки химических продуктов, Ж.Кокс и химия, 11, 1985, с.51-53. 6. М.Х. Карапетьянц, С.И. Дракин, Общая и неорганическая химия, М Химия, 1981, с.358-361, с.598, с.364-365, с.302, с.454, с.319, с.601, с.482, с.585, с.547. 7. Б.В. Некрасов, Курс общей химии, М ГХИ, 1962, с.338-340, с.237, с.426-427, с.634-643, с.670-643, с.670-672, с.683. 8. Краткий справочник химика, Под ред. В.И. Перельмана, М ГХИ 1963, с.96-97, с.90-91, с.68-69, с.80-81, с.62-63, с.78-79. 9. Н.С. Ахметьев, Общая и неорганическая химия, М ВШ, 1981, с.492.