книги / Переработка отходов производства и потребления
..pdfНа процесс диспергирования и получения качественной целлю лозно-бумажной массы при термомеханической обработке влияют: температура, давление, состав макулатуры, концентрация массы, содержание добавок и другие факторы.
Термомеханическая обработка макулатурной массы проводится при режимах, указанных в табл. 14.5.
|
|
|
|
|
Таблица 14.5 |
Режимы термомеханической обработки макулатурной массы |
|||||
|
Расход |
Темпера |
Концент |
Расход |
Назначение |
Вид макулатуры |
электро |
||||
пара, т/т |
тура, °С |
рация |
энергии, |
вторичных |
|
|
массы, % |
волокон |
|||
|
|
|
|
кВт-ч/т |
|
Картон, газеты, |
0,45 |
127 |
30 |
0,42 |
Картон |
типографские от |
|
|
|
|
|
ходы |
|
|
|
|
Туалетная |
Газеты, типограф |
0,45 |
125 |
32 |
0,40 |
|
ские отходы, пер |
|
|
|
|
бумага |
фокартой |
|
|
|
|
Краф-меш- |
Влагопрочные би |
0,50 |
145 |
5 |
0,60 |
|
тумизироваиные |
|
|
|
|
ки |
мешки |
|
|
|
|
|
Как видно из данных табл. 14.5, потребляемая мощность и рас ход пара зависят от состава макулатуры и назначения вторичных волокон, т. е. от требований к очищенной волокнистой массе.
14.6. Облагораживание целлюлозной массы
При переработке газетной, книжной, журнальной и другой ти пографской макулатуры с целью удаления из нее печатных красок и повышения белизны массу после диспергирования облагораживают.
Содержание краски в макулатуре составляет в различных ее видах от 0,5 до 7%. Краска содержит 15 -3 0 % сажи (углерода) и 70 - 85% масел и смол.
Облагораживание является важнейшей стадией переработки макулатуры, от которой зависит качество целлюлозно-бумажных волокон и возможность их использования в составе высококачест венной бумажной продукции. В настоящее время в России облаго раживанию подвергаются до 65% используемой газетно-журналь ной макулатуры (в мировой практике объем облагороженной маку латуры достигает 70%).
Существуют два способа проведения этой операции: промывка и флотация. Наибольшее распространение имеет последний с ис пользованием поверхностно-активных веществ, что объясняется меньшими затратами на его проведение.
Затраты при различных способах облагораживания макулатур ной массы приведены ниже:
|
Флотация |
Промывка |
Удельный расход электроэнергии, кВт ч/т |
376 |
488 |
Расход пара при р - 0,95 МПа, т/т |
0,8 |
1,55 |
Расход воды, м3/т |
4,8 |
90,0 |
Процесс облагораживания состоит из следующих фаз: подготов ки волокнистой суспензии с отделением частиц краски от волокна и получения чистого волокна путем удаления частиц краски из суспензии.
Отделение краски происходит в результате дезагрегирования и диспергирования массы и воздействия на нее химических веществ. Под влиянием щелочных химикатов, тепла и механического воз действия связующие вещества, содержащиеся в краске, омыляются, и создаются предпосылки ее отделения от волокон. Для этого применяют соду и пероксиды натрия или водорода. В качестве от беливающих химикатов применяют гипохлорит натрия NaCIO и гидросульфит натрия ЫаНБОз. Разрушение связи между краской и волокном ускоряется при повышении температуры во время роспу ска макулатуры в гидроразбивателе.
Удаление отделившейся от волокон краски производится мето дом флотации, который основан на увлечении частиц краски пу зырьками воздуха вследствие различной смачиваемости частиц краски и волокна. Пузырьки воздуха, поднимаясь, увлекают за со бой краску и выносят ее на поверхность суспензии, где она вместе с образующейся пеной перетекает в приемную камеру.
Для более полного отделения краски используют предваритель ную выдержку пульпы в башенном коллекторе перед флотацией, что особенно эффективно для отделения трудноудаляемой краски при переработке высокосортной макулатуры.
С целью создания условий для селективной флотации применя ют флотоагенты, которые добавляют в суспензию волокна перед флотационной установкой. Роль флотоагентов заключается в улуч шении пенообразования при флотации. Для этого применяют неи оногенные алкилфенольные поверхностно-активные вещества (ПАВ) в сочетании с жирными кислотами (например, олеиновой). Наиболее целесообразно на стадии предварительного диспергирова ния и выдержки в башенном коллекторе использовать ПАВ, а за тем во время флотации применять жирные кислоты, имеющие длинную молекулярную цепочку с водовоспринимающим (гидро фильным) и водоотталкивающим (гидрофобным) концами.
Гидрофильные группы собирают частицы краски и, поднимаясь вверх с пузырьками воздуха, создают на поверхности суспензии
устойчивую пену, которая удаляется из камеры с помощью специ альных приспособлений.
На полноту и скорость удаления частиц краски влияют такие характеристики процесса флотации, как расход воздуха, диаметр пузырьков, скорость их всплытия и т. д. Концентрация волокни стой массы во флотаторе не должна превышать 1,2%, так как при более высоком ее значении возрастает вязкость суспензии, что за трудняет всплытие пузырьков воздуха с осевшей на них краской.
Обычно устанавливают последовательно две флотационные ус тановки. При малом размере помещения установки можно распо лагать одну над другой в двух уровнях; их общая высота не превы сит 4 м. Далее пена подается в центрифугу, где сгущается до кон центрации 3 0 -3 5 % , после чего образовавшийся шлам удаляется в шламосборник, а облагороженная масса также сгущается и посту пает в бассейн.
Степень белизны облагороженной массы зависит от качества макулатуры, способа нанесения печати, состава красителей и свя зующих и от технологии отделения краски от волокон.
Распущенная, очищенная и отбеленная волокнистая масса яв ляется прекрасным сырьем для производства различной бумажной продукции и картона. Ее использование осуществляется по техно логии, принятой в целлюлозно-бумажной промышленности наряду с первичным сырьем, полученным из древесины и другого природ ного целлюлозного сырья.
В последние годы разработаны новые способы облагораживания макулатуры. Интересен следующий способ удаления клеящих ве ществ, которыми пропитаны некоторые виды бумажной продукции. Процесс осуществляется в смесителе, где подогретая дезагрегиро ванная макулатурная масса перемешивается с перлитовым песком. При этом песок адсорбируется расплавленным клеем и при после дующей флотации вместе с ним удаляется.
Представляет интерес способ обеззараживания макулатурной
массы с помощью ионизирующего излучения |
[доза 1 0 -3 0 кДж/кг |
( 1 - 3 Мрад)], что позволяет использовать |
такую макулатуру в |
производстве бумаги для упаковки пищевых продуктов. Облучение макулатуры производится в кипах при концентрации абсолютно сухого волокна 88%.
Глава 15. ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ
К нефтепродуктам относят большую группу материалов, полу чаемых из нефти, в том числе: топлива, масла, смазки и др. К топливам относятся бензин, газотурбинные, дизельные, бытовые топлива, мазуты. Масла подразделяются на моторные, трансмисси онные, энергетические и индустриальные. Ассортимент смазок чрезвычайно широк и включает более 200 марок полужидких, пла стичных и твердых материалов. Все нефтепродукты, как правило, являются многокомпонентными системами. В их состав входят раз личные добавки (антидетонаторы, противостарители, загустители, присадки и др.), которые предназначены для придания нефтепро дуктам технических свойств, обеспечивающих их работоспособ ность в специфических условиях.
15.1. Источники и классификация нефтесодержащих отходов
Нефтесодержащие отходы и нефтепродукты являются одними из основных загрязнителей окружающей среды. Они образуются при транспортировке сырой нефти и продуктов ее переработки, эксплуатации различных машин и механизмов, в первую очередь автотранспорта, авариях транспорта, очистке транспортных емко стей и в других случаях.
Основные потребители нефтепродуктов сосредоточены в круп ных промышленных центрах. Это предприятия транспорта и раз личных отраслей промышленности: машиностроения, химической, нефтехимической, легкой, металлургической и многих других, ис пользующих топливо, смазочные масла, промывочные жидкости и другие продукты переработки нефти.
Около 65% общих потерь нефтепродуктов в окружающую сре ду составляют сбросы от промышленных механизмов и транспорт ных средств. Кроме неизбежных потерь, связанных с реализацией технологических процессов (угар масла, испарение топлива, унос СОЖ со стружкой металла и т. п.), большие потери нефтепродук тов происходят из-за плохой организации труда и слабой техноло гической дисциплины, а иногда и просто из-за варварского отно шения к природе. Примером может служить слив отработанного масла из двигателя автомобиля прямо на землю.
Использование нефтепродуктов (бензина, керосина и др.) в ка честве моющих средств является давно устаревшей технологией, приводящей к загрязнению окружающей среды и нерациональному использованию ресурсов. Более эффективно использовать для этих
15 - 355
целей специальные моющие растворы. Несмотря на это, еще очень часто нефтепродукты используют для очистки загрязненных агре гатов транспортных средств и другой техники.
Другим источником нефтесодержащих отходов являются очист ные сооружения предприятий. Большинство из них не имеет замк нутого цикла и после очистки сбрасывает загрязненную воду в об щегородские канализационные системы или прямо в водоемы и ре ки. Во многих случаях содержание нефтепродуктов в сточных во дах, поступающих в городскую канализацию, достигает 100 мг/л,
аиногда и значительно больше (автотранспортные предприятия).
ВМоскве, где экологический контроль за очистными сооружения ми особенно жесткий, сточные воды предприятий, поступающие на станции аэрации, содержат нефтепродуктов от 3 до 13,7 мг/л. На этих станциях в дальнейшем улавливается 80 - 97% нефтепродук
тов. Однако имеющие место эпизодические залповые выбросы неф тепродуктов в сточные воды резко усложняют работу станций аэрации.
Большие количества сточных вод, загрязненных нефтепродук тами, поступает в канализационные системы от предприятий неф тепродуктообеспечения (нефтебаз, средств доставки нефтепродук тов и т. п.). Среди таких сточных вод - отстойные, промывочные, технологические, а также загрязненный нефтепродуктами конден сат.
Значительное количество нефтепродуктов поступает в город скую канализацию вместе с ливневыми водами, смывающими с по крытий дорог, дворов, проездов, территорий заводов нечаянно про литые нефтепродукты, умышленно слитое на землю и асфальт масло, конденсат выхлопных газов автотранспорта и другие нефте содержащие отходы. Зимой нефтепродукты попадают в канализа ционную систему и водоемы вместе со сбрасываемым снегом, кото рый содержит их до 0,6 кг/м3.
Еще один источник нефтесодержащих отходов - технологиче ская вода после мойки автотранспортных средств. Только на мойку автомобилей расходуется свыше 500 млн. м3 воды, а кроме этого, значительное количество воды расходуется на мойку внутризавод ских подъемно-транспортных машин, работающих с использовани ем топлива нефтяного происхождения.
Со временем происходит накопление нефтепродуктов в водо емах, реках и в почве, поскольку объем попадающих в них отхо дов превышает возможности природы к самоочищению от нефтесо держащих отходов биохимическими методами.
Нефтесодержащие отходы можно разбить на следующие основ ные группы: отходы безреагентной обработки нефтесодержащих сточных вод; отходы, образовавшиеся в результате реагентной об работки нефтесодержащих сточных вод; смешанные отходы труд-
неразделяемых нефтесодержащих материалов (станочных эмуль сий, синтетических ПАВ, флотоконцентратов и др); принимаемые на регенерацию масла; продукты очистки нефтяных резервуаров.
К первой группе относятся осадки и жидкие отходы, задержи ваемые на очистных сооружениях предприятий, шламы из шламонакопителей нефтеперерабатывающих заводов. Такие отходы со держат много воды, но легко отделяются от нее.
Ко второй группе отходов относятся осадки, образующиеся при очистке сточных вод с применением химических веществ (сульфа та алюминия, хлорида железа, гидроксида кальция и др.), имею щие сложные физические свойства (гелеподобность), в результате чего отделение воды от нефтепродуктов затруднено.
Третья группа отходов содержит мало горючих компонентов, а физико-химические свойства их таковы, что они практически не поддаются отделению от воды.
К четвертой группе отходов относятся высококонцентрирован ные отходы нефтепродуктов, требующие специфических методов утилизации.
Для обезвреживания нефтесодержащих отходов могут приме няться рассмотренные выше методы фильтрации, химической и би охимической обработки, сжигания и др. Разработанные способы утилизации являются высокоэффективными, так как наряду с обезвреживанием токсичных продуктов позволяют получать цен ную продукцию.
15.2. Обезвоживание нефтесодержащих отходов
Для уменьшения объемов нефтеотходов, а также для повыше ния эффективности применяемых способов утилизации их предва рительно отделяют от воды. Для этого применяют отстаивание, фильтрацию, центрифугирование, разделение в гидроциклонах, сушку, вымораживание. Так, отходы первой группы легко разделя ются при отстаивании: за 1 ч объем осадка уменьшается на 35%. Для фильтрации отходов с высоким содержанием нефтепродуктов применяют ленточные фильтры и ручные фильтр-прессы. Для улучшения фильтрации нефтеотходов проводят интенсивное их пе ремешивание, усредняющее состав, а также добавляют в них золу, полиэлектролиты и другие реагенты, изменяющие физико-химиче ские свойства отходов и облегчающие процесс фильтрации. Осадки и отходы второй и третьей групп, также содержащие большое ко личество воды, гравитационными методами обезвоживаются плохо и требуют иных способов разделения. Для улучшения фильтрации нефтесодержащих осадков второй группы в них добавляют коагу лянты, например известь (10 г/л) и хлорид железа (1 г/л). После коагуляции производится фильтрация на вакуум-фильтре. Произ-
15*
2
водительность фильтра достигает 40 кг/ (м • ч), а влажность осадка
составляет 68 - 75%.
Осадки моечной воды при мойке автотранспорта легко разделя ются в центробежном поле, для чего используют гидроциклоны, соединенные с бункерами-уплотнителями. В гидроциклоне проис ходит сгущение осадка, а в бункере-уплотнителе - дальнейшее его обезвоживание методами уплотнения. Недостатком этого метода является значительный (до 50%) унос мелкодисперсной твердой фазы с водой. Для этих же целей применяются центрифуги непре рывного или периодического действия, обладающие высокой,устой чивостью к эрозионному износу. Содержание твердой фазы в очи щенной воде после центрифуги, как правило, составляет не более 0,001%, а влажность твердого осадка - не более 24%.
Очистка моечной воды автопредприятия может быть организо вана по схеме, приведенной на рис. 15.1.
Рис. 15.1. Схема установки для очистки моечной воды автопред приятия:
1 - решетка; 2 - гидроциклон; 3 - уплотнительный бункер; 4, 7 - емкости; 5 - насос; 6 - центрифуга
Однако, учитывая огромное количество предприятий, имеющих в своем хозяйстве автотранспорт, рассчитывать сегодня на то, что все они будут иметь очистные сооружения, оснащенные центрифу гой, фильтром и другим оборудованием, не приходится. Поэтому более рационально использовать мобильные установки, способные очищать нефтесодержащие моечные воды предприятий по заранее согласованному графику с последующим вывозом твердой фазы и нефтесодержащего шлама на дальнейшую утилизацию.
15.3. Сжигание нефтеотходов
Нефтеотходы, которые нельзя регенерировать, подвергаются сжиганию. При горении таких отходов, содержащих значительное количество воды, происходят сложные химические процессы, свя занные с испарением воды и наличием ее паров в зоне пламени. Это повышает скорость горения отходов вследствие увеличения ко личества активных центров, каковыми являются положительно и отрицательно заряженные ионы, образующиеся в результате диссо циации воды. Появление в зоне пламени обводненного топлива
большого числа активных центров атомарного водорода Н+ и гид роксила ОН" во много раз ускоряет реакцию окисления топлива.
Вода не только является инициатором реакции, но и участвует в протекании самих реакций. Это подтверждается изменением ин тенсивности свечения пламени, которое наблюдается с увеличени ем содержания воды в смеси. При сжигании обводненных топлив уменьшается дымление, которое является следствием дефицита кислорода в зоне протекания реакции.
Процесс сжигания нефтесодержащих отходов может реализовы ваться в топках различной конструкции: камерных, циклонных, надслоевых. Особый интерес представляет турбобарботажный спо соб горения, который характеризуется следующими основными признаками:
1.Процесс сжигания осуществляется в цилиндрической или уз кой кольцевой камере при большой кратности обмена в тонком слое, приводимом во вращательное турбулентное движение. Слой топлива быстро прогревается и частично распыляется на более мелкие, чем при других способах, капли.
2.Процесс ведется при пониженном количестве первичного воздуха и при большой его скорости. Барботажные элементы объе
динены в коллекторные блоки.
3. Подача вторичного воздуха в камеру сгорания осуществляет ся над слоем отходов тангенциально с пересечением ее рабочего сечения. Недоиспарившиеся капли, вынесенные из слоя под дейст вием центробежной силы, сепарируются на стенках камеры сгора ния, что исключает механическую неполноту сгорания.
4. Процесс сжигания ведется при повышенном значении коэф
фициента избытка воздуха.
Турбобарботажная установка ’’Вихрь-Г’ с печью производи тельностью 200 кг/ч показана на рис. 15.2.
Рис. 15.2. Передвижная уста новка ’’Вихрь-Г*:
1 - регулятор подачи нефтеотходов; 2 - запальный патрубок; 3 - отверстия для подачи ’’вто ричного” воздуха; 4 - камера сгорания; 5 - труба; 6 - турбо барботажная крестовина; 7 - днище горелки; 8 ~ шибер ”пер вичного” воздуха; 9 - шибер "вторичного” воздуха; 10 - энергоблок; 11 - вентилятор;
12 ~ шасси
При определенных |
условиях (коэффициент избытка воздуха |
а = 1,4 —1,9; закрутка |
’’вторичного” воздуха со скоростью свыше |
50 м/с) печи диаметром до 0,6 м можно изготавливать цельноме таллическими без футеровки и водяного охлаждения из обычной нержавеющей стали 1Х18Н9Т, что упрощает и удешевляет их кон струкцию.
В печах диаметром более 0,8 м эффект вращающегося кольца холодного воздуха значительно ослабевает, и такие установки нуждаются в футеровке огнеупорным материалом, так как их стенки нагреваются выше 700°С.
Установки ’’Вихрь” выпускаются с утилизацией тепла и с мокрой (реагентной и безреагентной) очисткой дымовых газов. Мо бильные установки такого типа могут широко применяться для сжигания горючих отходов непосредственно на месте их образова ния.
Основные характеристики турбобарботажной установки ’’Вихрь”, разработанной для сжигания нефтеотходов, приведены ниже:
Высота слоя отходов, см Коэффициент избытка воздуха
Количество первичного воздуха, % от общего расхода
Скорость выхода первичного воздуха, м/с
Характер подачи вторичного воздуха
Допустимое содержание в отходах, %: влаги твердых минеральных примесей
Размер частиц твердых примесей, мкм
Суммарная площадь сечения барботажных отверстий, % от общей площади ванны
Конструкционный материал камеры сгорания: при диаметре < 0,6 м при диаметре > 0,6 м
0,2 - 3,0
1 ,4 - 1,9
5 - 1 0 > 50
Закрутка по внутренней и наружной сторонам коль цевой камеры
<60
<15
0 - 2000
< 0,1
Нержавеющая сталь Сталь с футеровкой огне упорным кирпичом
Рекомендуемые к сжиганию углеводороды |
От ЛВЖ до тяжелых ма |
|
зутов (Лсип= 30 - 360 °С) |
Для сжигания нефтесодержащих жидких отходов, в том числе промстоков и отработанных углеводородных топлив, не подлежа щих регенерации, представляет интерес мобильная установка, смонтированная на двухосном шасси-прицепе МАЗ 5224В, основ ным элементом которой является циклонная печь. В состав уста новки, разработанной Конструкторским бюро транспортно-химиче
ского машиностроения, входят камеры сгорания и выброса, нагре ватель, емкости с топливом и водой, центробежный и струйный насосы, запорно-регулирующая аппаратура и система управления.
Камера сгорания представляет собой охлаждаемую воздухом циклонную печь, снабженную огнеупорной футеровкой. Пары от ходов с помощью воздуха подаются в камеру через четыре танген циально установленных сопла, топливо для поддержания горения впрыскивается через центробежные форсунки, моторы установле ны радиально в устьях воздушных сопел. Циклонный принцип ор ганизации сжигания создает хорошую турбулизацию веществ, по даваемых в камеру. Основные характеристики мобильной установ ки, смонтированной на базе шасси МАЗ 5224В приведены ниже:
Производительность при обезвреживай |
> |
500 |
|
промстоков, кг/ч |
|
||
Производительность при обезвреживай |
> |
200 |
|
паров, нм3/ч |
|
||
Расход топлива (Т-1; дизельное), кг/ч |
50 -140 |
||
Потребляемая мощность, кВт |
< |
60 |
|
Запасы: |
|
1,8 |
|
топлива, т |
................... |
||
воды, т |
0,55 |
||
сжатого воздуха (Р - 20 МПа), т |
0,08 |
||
Продолжительность непрерывной работы, ч |
15 |
|
|
Температура в камере сгорания, “С |
900 - 1000 |
Главным достоинством этой установки является мобильность, что позволяет использовать ее для периодической очистки стоков, содержащих нефтеотходы, накапливающиеся на сравнительно не больших предприятиях, в частности, в различных автотранспорт ных хозяйствах, пунктах мойки автомобилей, небольших произ водственных предприятиях, для которых строительство дорогостоя щих очистных сооружений экономически неэффективно.
Отработанные минеральные масла после некоторой переработ ки могут быть превращены в полноценное топливо, ничем не усту пающее продуктам переработки сырой нефти. С этой целью их подвергают термическому крекингу и дистилляции.
Установки, разработанные для этих процессов, включают реак тор, дефлегматор, холодильник, камеру дожигания легколетучих фракций, центрифугу, фильтры. При необходимости производства фракций нефтепродуктов с узким диапазоном температур кипения (например, бензина, дизельного топлива, мазута) установка доу комплектовывается дистилляционной колонной.
Некоторые характеристики установок для крекинга отработан ных минеральных масел приведены в табл. 15.1.