Курс: Промышленная экология. Часть 2.

Раздел: Переработка промышленных отходов.

Лекция 1 Основные принципы создания малоотходных экологически безопасных производств при переработке отходов в химической промышленности

Цель дисциплины – изучение разработки химико-технологических процессов переработки отходов.

Основные понятия:

ХТП – совокупность физических и химических операций, в результате которых либо утилизируют отходы, либо обезвреживают.

ХТП – сложная система, взаимодействующая с ОС. При разработке ХТП необходимо руководствоваться следующими основными принципами:

1. Системность.

Необходимо увязать (согласовать) разработку ХТП с экологическими вопросами защиты ОС (уровень антропогенной нагрузки, экономический ущерб и т. д.), а также связать с социальными вопросами (влияние на качество жизни, здоровье и т. д.).

2. Комплексная переработка отходов с получением индивидуальных товарных продуктов с последующей их реализацией.

3. Рациональное использование энергии (тепло химических реакций, фазовых превращений; физическое тепло, аккумулированное в отходе; тепло отходящих газов, жидкостей и твердых потоков).

4. Принцип цикличности – создание замкнутых систем водопользования, замкнутых систем газо- и воздухооборота.

Структурная схема промышленного производства.

Рис. 1.1. Структурная схема промышленного производства.

а) Основные стадии переработки отходов.

б) Схема переработки отходов.

а )

б)

Конечная переработка

Пояснения к схеме (на рис 1.1)

Кондиционирование – подготовка отхода к дальнейшей переработке (другими словами, это выделение, разделение отходов).

Например, селективный разбор аккумуляторов, выделение аммиака абсорбцией скруббером и т. д. Недостаток мусоросжигательных заводов – в отсутствии стадии кондиционирования, что приводит к повышенному содержанию влаги, увеличению количества золы и, как следствие, уменьшению эффективности технологического процесса.

Кондиционирование может производиться вручную или механически.

Обезвреживание – необратимый процесс перевода токсичных веществ в нетоксичные, их разложение до элементарных составляющих (Н₂О, СО₂ и т. д.).

Например, дезинфекция воды – это уничтожение патогенных микроорганизмов. Наибольшее распространение получил способ дезинфекции путём введения в воду газообразного хлора. Возможно обеззараживание вод озоном, для чего используются бактерицидные ультрафиолетовые лампы. Другие примеры: сжигание красок, создание полигонов отходов и т.д. Территорию полигона необходимо специально отгораживать от почв, подземных вод, постоянно проводить мониторинг. Полигоны регистрируются и оплачиваются.

Утилизация – переработка отходов с целью возврата в голову процесса вторичного сырья. Например, переработка отходов пластика, алюминиевых банок (30 % выплавляемого металла в Англии за счет сбора банок) и т.д.

Условные обозначения:

ИР – исходные реагенты, их подготовка (очистка воздуха, воды, очистка природного газа от сернистых соединений).

Про – во – производство – получение продукта с заданными качеством, параметром, свойствами. Отрасли: химическая, энергетическая, угольная, металлургическая, машиностроительная, нефтехимическая и т.д. Свойства продукта отображаются в ГОСТах, ТУ и др.

На стадии потребления теряются такие свойства продукта, как:

• срок годности (физический износ),

• контрафактный продукт,

• моральный износ.

На стадии производство и потребление образуются отходы:

Опр – отходы производства – остатки материала, полуфабрикатов, утративших полностью или частично свои потребительские свойства (пример: переработка аккумуляторов).

Опотр – изделия, материалы, утратившие свои потребительские свойства в результате физического, морального износов или контрафактная продукция. Пример: гальванические, трёхвалентные элементы добавляют в цемент.

ВМР – вторичный материальный ресурс – как потенциал для повторного использования.

ВЭР – вторичный энергоресурс (тепло химических реакций, фазовых превращений; физическое тепло, аккумулированное в отходе; тепло отходящих газов, жидкостей и твердых потоков).

ВС – вторичное сырье – часть ВМР, которые могут быть повторно использованы; часть ВМР после кондиционирования.

НО – неутилизируемые отходы.

Инд. ТП – индивидуальный товарный продукт.

Р – рассеивание – неучтенная часть отходов, оказывающая антропогенное воздействие на окружающую среду.

Пример 1.1. Переработка фосфогипса.

ФГ – тв. отход производства экстракционной фосфорной кислоты.

В основе получения H₃PO₄ лежит реакция разложения.

Химическая схема:

Са₅F(PO₄)₃ + 5H₂SO₄ + 10H₂O → 3H₃PO₄ + 5CaSO₄∙2H₂O + HF (1.1)

Реакцию 1.1 осуществляют в экстракторах. Процесс носит название: «Сернокислотное разложение апатита».

Апатит – минерал Ca₅F(PO₄)₃ (месторождение – Кольский п-ов, Карелия, г. Апатиты)

Активная часть:

CaO ~45%

P₂O₅ ~до 42%

Примеси: фтор (очень коррозионный компонент, поэтому приходится включать добавки) + редкоземельные Ме (рутений, европий – полупроводники) до 7%.

В результате сернокислотного разложения получают реакционную смесь:

• жидкость – H₃PO₄

• фосфогипс – тв. ве - во – CaSO₄·2H₂O (двугидрат сульфата кальция)

• газообразное ве - во–HF, SiF₄

Реакционную смесь подвергают разделению:

• карусельные вакуумфильтры (прочны, лёкгий монтаж, надёжная конструкция): ЭФК и ФГ

• жидкостная абсорбция: HF + H₂O^пар

В Московской области есть завод по производству ЭФК в г. Воскресенске – АО «Воскресенские минудобрения». По объему промышленного пр-ва в ассортиментной линейке занимает 3 место после серной и азотной кислот.