книги / Переработка отходов производства и потребления

шлама за счет сгорания токсичных органических веществ и улав­ ливание ценных минеральных продуктов. Дозирование шлама в циклонную печь осуществляется двухвалковым шнеком. При пере­ работке шламов используют газообразное топливо для разогрева реактора.

Малые габариты циклонных реакторов обусловливают незначи­ тельные потери тепла в окружающую среду. В сочетании с низким коэффициентом расхода воздуха это позволяет осуществлять сжи­ гание обводненных шламов при повышенных температурах с жид­ ким шлакоудалением, что недостижимо в барабанных и шахтных печах. Кроме того, циклонные реакторы обладают повышенной сепарационной эффективностью, вследствие чего выделяющиеся газы содержат меньше пыли, что облегчает их обработку перед выбро­ сом в атмосферу.

Работоспособность огневых реакторов, полнота выжигания ор­ ганических веществ из шлама зависят от температуры процесса го­ рения. При этом наиболее целесообразно образующиеся при горе­ нии шлаки удалять в жидком состоянии, при котором обеспечива­ ется высокая полнота окисления выделяющихся продуктов. При твердом шлакоудалении, т. е. когда температура процесса недоста­ точна для расплавления шлака, не происходит полного выжигания веществ из шлама.

При огневой переработке гальванических шламов температура отходящих газов составляет для различных процессов от 900 до 1600 °С, коэффициент расхода воздуха - от 0,35 до 1,2. Удельная объемная нагрузка реактора составляет около 600 кг/ч шлама на 1 м3 реактора.

Обезвоженные гальванические шламы используют в промыш­ ленности строительных материалов. Для устранения экологической опасности отходов гальванических производств используют метод химической фиксации токсичных соединений, находящихся в шла­ ме. Фиксация производится путем ферритизации, силикатизации, отверждения с использованием вяжущих материалов и спекания твердой фазы.

Например, хромсодержащие шламы после сушки используют в производстве декоративного стекла в качестве красителей. В зави­ симости от состава шлама можно получить стекла следующих цве­ тов: зеленого, синего, коричневого, черного и их оттенков.

Использование до 10% порошка, полученного в результате сушки шлама, в составе глазури керамических облицовочных пли­ ток позволяет увеличить их глянец. Варку стекла для получения таких плиток производят при 1410 - 1460 °С в слабовосстанови­ тельной или окислительной среде.

Добавка 3% порошка в смесь для изготовления строительной керамики позволяет повысить ее прочностные свойства. Обжигают керамику в туннельной печи при 980 °С.

При изготовлении кирпичей в глину добавляют 3 - 5 % обезво­ женных шламов с влажностью 60 - 80%, что позволяет улучшить технологические свойства композиции. Использование обезвожен­ ного порошка при изготовлении керамической черепицы повышает ее прочностные свойства.

Гидроксидные шламы гальванических производств добавляют в количестве до 5% в асфальт, бетон, гипсовые смеси. Незначитель­ ное распыление частиц асфальта в процессе эксплуатации дорож­ ного покрытия не вносит существенных изменений в химический состав грунта и дренажных вод.

Железосодержащие шламы после сушки используют для полу­ чения керамзита, а также для производства высококачественных

ферросплавов. При получении ферросплавов обезвоженный шлам при содержании влаги до 10% смешивают с окалиной, золой, угольной пылью и другими компонентами, затем прессуют в виде брикетов, которые используют вместе с коксом и флюсами для получения ферросплавов методом восстановительной плавки.

Весьма перспективны гидрометаллургические методы перера­ ботки гальванических шламов, так как они позволяют селективно извлечь практически все цветные металлы. Влажность используе­ мых в этих процессах шламов не должна превышать 10%, а масса отдельных кусков не должна быть более 1 кг. Хорошим способом выщелачивания цветных металлов, например меди, цинка и др., является экстракция на ионообменных смолах в органическом экс­ трагенте с последующей реэкстракцией меди из раствора серной кислотой и дальнейшим электролитическим осаждением меди. Из­ влечение других металлов возможно с помощью других экстраген­ тов. Однако при разработке таких технологий следует помнить, что в шламах различные металлы несовместимы между собой, так, цинк является ядом для никеля, свинец - для цинка и никеля и т. п. Последнее обстоятельство приводит к тому, что во многих случаях регенерация металлов из шламов гальванического произ­ водства не производится.

16.2. Регенерация отработанной серной кислоты

Серная кислота является важнейшим продуктом химической промышленности как по объему производства, так и по разнообра­ зию областей применения. Крупными потребителями серной кис­ лоты являются химическая и нефтехимическая промышленность, ме­ таллургия, машиностроение, сельское хозяйство и другие отрасли.

Отходы, образующиеся при использовании серной кислоты, включают кроме отработанной серной кислоты травильные раство­ ры, кислые гудроны и сточные воды, содержащие кислоту менее 10% (масс.). В промышленном производстве насчитывается более 200 видов отработанной серной кислоты, содержащих около ста ви­

дов примесей.

Отработанная серная кислота обезвреживается и утилизируется следующими способами:

*нейтрализацией растворов без использования образующих­ ся продуктов;

*использованием загрязненных растворов в других техноло­ гических процессах;

*регенерацией отходов с получением товарной серной кислоты. Сточные воды с низкой концентрацией серной кислоты обычно

нейтрализуют щелочами. Метод нейтрализации применяют при небольших количествах отходов и отсутствии в них органических примесей.

Отработанную кислоту применяют после очистки и концентри­ рования в производстве сульфатных минеральных удобрений. Не­ посредственное использование отходов кислоты в других процессах ограничено из-за наличия в них примесей.

Основная масса отработанной серной кислоты и кислых гудро­ нов подвергается регенерации (кислые гудроны - это высоковязкие смолообразные жидкости, содержащие серную кислоту и большое количество органических веществ. Содержание кислоты в них со­ ставляет 24 - 89%).

В зависимости от состава отработанной кислоты применяют различные методы регенерации: термическое расщепление, экстра­ гирование органических примесей, адсорбцию, каталитическое окисление пероксидом водорода, коагулирование, выпаривание и др. Наибольшее распространение у нас в стране получила регене­ рация серной кислоты огневым методом, при котором происходит

Сернокислотный раствор с помощью форсунок распыляют в по­ токе продуктов сгорания топлива в огневом реакторе V. Туда же с помощью вохдуходувки 2 подается воздух, предварительно пропу­ щенный через воздухоподогреватель 4. Органические примеси при этом окисляются с образованием СО2 и Н2О, а серная кислота рас­ щепляется с образованием SO2. Сернистый газ из огневого реакто­ ра поступает в котел-утилизатор 5, а из него - в систему очистки б, где очищается от пыли, сернокислотного тумана и подвергается осушке, после чего с помощью газодувки 7 подается в узел пол­ учения кислоты 8. Насыщенный пар из котла-утилизатора 5 пода­ ется в пароперегреватель 5, а оттуда - потребителям. Очищенные дымовые газы с помощью дымососа 9 выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 10.

Огневая регенерация серной кислоты из отходов позволяет од­ новременно с их обезвреживанием получать товарную продукцию высокого качества при сокращении расхода природного сырья и снижении затрат на 25 - 30% по сравнению с ее производством из первичного сырья (элементарной серы).

Для рентабельной регенерации серной кислоты необходимо предварительное обезвоживание (концентрирование) отходов, ко­ торое осуществляют в контактных теплообменниках за счет тепло­ ты отходящего из огневого реактора сернистого газа. При этом од­ новременно происходит закалка газа.

При огневой утилизации отработанных травильных растворов и гидролизной серной кислоты получают побочный продукт - порош­ кообразный оксид железа. В том случае если травильные растворы не загрязнены различными примесями, получаемый оксид железа применяется в производстве красителей, активных катодных масс, ферритных порошков, полирующих паст и т. д. Загрязненный ок­ сид железа используется как металлургическое сырье. В процессе регенерации травильных сернокислотных растворов образуется сульфат железа, который можно использовать непосредственно без дополнительной обработки как ядохимикат, а также для мелиора­ ции почв и очистки сточных вод. Кроме того, этот продукт может использоваться как сырье для получения серы и оксида железа.

Существуют методы переработки сульфата железа в сернистый газ (а следовательно, в серную кислоту). В частности, разработана технология получения серной кислоты путем одновременного сжи­ гания сульфата железа и серы в реакторе с ’’кипящим слоем при температуре 900 — 1000 °С. Образующиеся в процессе сжигания продукты сгорания подвергаются очистке от пыли, охлаждаются до 290 - 300 °С и направляются на получение серной кислоты по

классической схеме.

16.3. Переработка отходов растворителей

Многие технологические процессы в промышленности и на транспорте связаны с использованием органических растворителей, которые, выполнив свою роль, уносятся с воздухом вентиляцион­ ной системой, загрязняя окружающуюсреду, либо сливаются в на­ копители и заменяются на свежие. Общее количество растворите­ лей, ежегодно расходуемых предприятиями страны, приближается к 0,5 млн. т. Все растворители относятся к легковоспламеняющим­ ся жидкостям (ЛВЖ), являющимся пожаро-, взрывоопасными ве­ ществами. Их сброс в накопители, унос паров в атмосферу наносят серьезный ущерб окружающей среде.

По степени опасности ЛВЖ делят на три группы (табл. 16.1).

Таблица 16.1.

Температура вспышки ЛВЖ

Температура вспышки в тигле, “С

Отходы растворителей необходимо собирать и подвергать ути­ лизации. Однако предприятия далеко не всегда утилизируют рас­ творители, так как по экономическим соображениям не заинтере­ сованы в их повторном использовании. Объясняется это тем, что многие методы регенерации растворителей экономически неэффек­ тивны.

В основе рекуперации растворителей лежит адсорбция - погло­ щение паров вещества пористыми адсорбентами, например угле­ родными (активными углями) или минеральными (силикагелем). Иногда в качестве поглотителей используют нелетучие жидкости (такой процесс называется абсорбцией). Процесс адсорбции наибо­ лее эффективно происходит, когда размер пор адсорбента в не­ сколько раз превышает размер поглощаемых молекул. Адсорбция резко уменьшается с повышением температуры из-за более энер­ гичного теплового движения газовых молекул. Эта зависимость ис­ пользуется для выделения поглощаемых веществ из адсорбента.

Рекуперация растворителей может быть организована в перио­ дическом и непрерывном цикле. При периодической схеме воздух, содержащий пары растворителя, проходит через неподвижный слой адсорбента, из которого после его насыщения извлекается утилизи­ руемый растворитель.

выбросов является активный уголь. Отечественная промышлен­ ность производит несколько марок автивных углей: АР-А, АР-Б, АР-В.

При прохождении адсорбера пары растворителей адсорбируют­ ся на поверхности активного угля, а очищенный воздух выбрасы­ вается в атмосферу. После насыщения адсорбента парами раство­ рителей подача паровоздушной смеси в адсорбер прекращается, и начинается вторая стадия процесса, т. е. десорбция. В адсорбер с помощью газодувки 5 в течение 1,5 - 2 ч подается острый водяной пар с температурой 110 - 115 °С. Десорбированные пары раствори­ теля вместе с парами воды конденсируются в холодильнике J, куда они попадают, выйдя из адсорбера. Образовавшийся конденсат сте­ кает в декантатор 4, где происходит расслоение жидкости - смеси растворителей и воды.

Из декантатора вода сливается в оборотную систему водоснаб­ жения, а смесь растворителей подается на ректификацию, где про­ исходит их разделение и получение индивидуальных продуктов, использующихся повторно в процессе синтеза поливинилового спирта. После завершения десорбции паров растворителей процесс переходит в третью стадию: активный уголь сушат горячим возду­ хом с температурой 105 - 110 °С, подогрев которого осуществляют в калорифере 6. По окончании сушки в адсорбер подается охлаж­ денный воздух с температурой не более 30 °С и наступает четвер­ тая стадия процесса рекуперации - охлаждение адсорбента.

Конечно, процесс рекуперации растворителей экономически оправдан только при большом количестве образующихся отходов, поскольку рекуперационная установка достаточно дорога, а сам процесс длителен и многостадиен. Поэтому он применяется только на тех предприятиях, где образуются значительные количества от­ работанных разворителей. На предприятиях, где количество обра­ зующихся отходов ЛВЖ невелико, преобладает огневой метод их обезвреживания.

Сжигание отходов растворителей должно проводиться либо в специальной установке на территории предприятия, либо по согла­ сованию с местными органами санитарного и пожарного надзора на специально отведенных полигонах. При уничтожении отходов ЛВЖ удобно использовать передвижную турбобарботажную уста­ новку ’’Вихрь”. При этом необходимо тщательно соблюдать нормы техники безопасности, так как многие растворители не только лег­ ко воспламеняются, но их пары образуют с воздухом взрывоопас­ ные смеси.

Некоторые виды растворителей и других летучих продуктов можно сжигать только на установках с полной очисткой дымовых газов. К ним относятся соединения, содержащие ртуть, свинец, мышьяк, кремний, марганец, фосфор, галогены (хлор, бром, иод, фтор), нитросоединения, амины, цианиды и др.

Поскольку в промышленности широко используются хлорсодер­ жащие растворители, кратко остановимся на особенностях их ути­ лизации. Наибольшее распространение имеют дихлорэтан, четы­ реххлористый углерод, трихлорэтилен и дихлорпропилен.

При сжигании хлорсодержащих растворителей образуется хлор, являющийся высокотоксичным газом, улавливание которого пред­ ставляет значительные трудности. Для исключения образования элементарного хлора необходимо сжигать пары таких растворите­ лей совместно с природным газом, что позволит увеличить выход хлористого водорода и, следовательно, товарной соляной кислоты. Это можно проследить на примере сжигания трихлорэтилена. В первом случае, когда сжигание происходит только в среде воздуха, реакция протекает по уравнению:

СНС1 = СС12 + 202 - 2С02 + НС1 + С12,

т. е. в результате реакции образуются и хлористый водород, и чис­ тый хлор.

Во втором случае при сжигании совместно с метаном из одной молекулы трихлорэтилена образуются три молекулы соляной кис­ лоты, а газообразный хлор не выделяется вовсе:

СНС1 = СС12 + 3,502 + СН4 - ЗС02 + ЗНС1 + Н20.

Процесс проводят при температуре 1000 - 1700 °С. Коэффици­ ент избытка воздуха не должен превышать 1,1 - 1,2, так как при большем значении часть газообразного хлора, не превращаясь в НС1, улетает вместе с дымовыми газами. При коэффициенте из­ бытка воздуха более 1,5 образуется чрезвычайно токсичное веще­ ство - фосген (СОС12), относящийся к боевым отравляющим веще­ ствам. Опасная для жизни концентрация фосгена составляет

450 мг на 1 м5 воздуха.

Существуют и другие способы утилизации хлорсодержащих растворителей, такие, как ректификация, ионный обмен, адсорб­ ция на молекулярных ситах. Но все они сложны, малопроизводи­ тельны и вследствие этого дороги.

16,4. Регенерация лакокрасочных материалов

На машиностроительных, судостроительных, электротехниче­ ских и других предприятиях широко используются лакокрасочные материалы. Наиболее распространенным способом их нанесения остается распыление из краскопульта в окрасочных камерах. Из этих камер непрерывно отсасывается воздух, который вместе с рас­ творителем уносит в вентиляционную систему и частицы краски. Последние задерживаются на гидрофильтрах —завесах из струи

воды, непрерывно орошающих стенки камер, и стекают вместе с ней в ванну окрасочной камеры. В общей сложности в ванну попа­ дает от 20 до 50% распыляемой краски. Загустевшая краска после очистки ванн является отходом производства и собирается в кон­ тейнеры.

Наиболее рационально отходы лакокрасочных материалов под­ вергать регенерации. Такой опыт их утилизации имеется на боль­ шинстве предприятий транспортного машиностроения, где количе­ ство образующихся отходов лакокрасочных материалов велико.

Процесс регенерации отходов красок включает сбор и сорти­ ровку, нагревание с целью удаления влаги, смешивание с раство­ рителем, диспергирование, очистку, разбавление до заданной вяз­ кости и расфасовку.

Регенерация лакокрасочных материалов может осуществляться по периодической технологии, схематично изображенной на

Рис. 16.3. Схема технологического процесса переработки отходов лакокрасочных материалов:

Подлежащие регенерации отходы, как правило, находятся в пастообразном или даже твердом состоянии и нуждаются в раство­ рении или разбавлении. Поэтому их вместе с растворителем загру­ жают в смеситель, где перемешивают в течение 4 - 5 ч, в резуль­ тате чего затвердевшая краска набухает и частично растворяется в растворителе. Полученная смесь пропускается через сетчатный фильтр с размером ячеек 10x10 мм2. Затем очищенная от крупных включений смесь поступает в диссольвер (высокоскоростной смеси­ тель) , где в течение 2 - 3 ч происходит диспергирование. Получен­ ную суспензию фильтруют через сетку с размером ячеек 1 мм2. Из диссольвера суспензия насосом перекачивается в шаровую мельни-

цу, где в течение 4 —8 ч происходит дальнейшее диспергирование краски. Если после этого частицы краски имеют необходимую дисперсность, то она из мельницы поступает в лопастной смеси­ тель, где разбавляется до нужной вязкости растворителем и затем сливается в приемную емкость для последующей расфасовки и упаковки. В том случае если частицы смеси, вышедшей из шаро­ вой мельницы, имеют размер выше допустимого, диспергирование продолжается в бисерной мельнице, где происходит перетирание суспензии в течение 3 - 4 ч до получения заданной дисперсности. Затем производятся разбавление, розлив и упаковка краски.

Ниже приведены сравнительные свойства первичной и регене­ рированной эмали марки АС-182:

Поступающие на регенерацию отходы красок могут находиться в различном физическом состоянии: от жидкого до твердого, отчего зависят продолжительность переработки и состав используемого оборудования.

Важнейшей операцией процесса регенерации лакокрасочных материалов является диспергирование твердой фазы в растворите­ ле. Поэтому подбору оборудования для этих целей необходимо уделить большое внимание. Для диспергирования наиболее часто используют двухлопастной смеситель с Z-образными лопастями, планетарную мешалку, шнековый смеситель, трехвалковую кра­ скотерку, шаровую и бисерную мельницы, диссольвер. Аппараты смесительного типа используют на начальной стадии регенерации пастообразных и твердых отходов. Мельницы применяют для при­ готовления из отходов маловязких лакокрасочных материалов.

На рис. 16.4 показан двухлопастной смеситель периодического действия. Выпускаемые аппараты такого типа имеют рабочий объ­ ем от 200 до 1000 л. Лопасти смесителя вращаются в противопо-