Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Методы переработки бытовых и промышленных отходов. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1310 11 12 13 > Следующая >>>

Диоксины могут образовываться и при охлаждении веществ в дымовых газах, из которых они могут образовываться. Такими веществами являются ПХВ, уголь, древесина, NaCl, HCl. Шлак, образующийся при сжигании ТБО, вследствие избытка воздуха и быстрого охлаждения, не содержит диоксинов. Охлаждаемые газы при

С содержат Диоксины, фиксируемые золой-уносом. В связи с

450

этим золу необходимо складировать или подвергать специальной обработке, переводя в нерастворимую форму, например, остеклованием.

С учетом адсорбции диоксинов летучей золой в количестве ∼ 80%, их поступление в атмосферу.

2.10.3.1 Очистка газов при термической переработки ТБО

Термические методы переработки твердых промышленных и бытовых отходов без какой либо предварительной подготовки обработки требуетиспользование шурующих или переталкивающих колосниковых решеток. Температура, сжигания: 900-1000 0С, Сжигание при температуре 850-920 0С (в печах кипящего слоя) способствует снижению образования оксидов азота за счет окисления азота воздуха, в результате чего снижаются выбросы NОх. Кроме того, при сжигании в кипящем слое легче связать кислые соединения серы и хлора,путем добавки в топочное пространство соединений кальция.

Сжигание в плотном слое кускового материала без принудительного перемешивания и перемещения производится в вертикальной шахтной печи, куда сверху подается отходы крупностью преимущественно 200 мм и шамот (крупностью 70-120) в качестве теплоносителя в соотношении 1:0,4. Процесс проводится при малых скоростях потока в синтез-газе, который проходит слой материала и выводится сверху без золоуноса. В связи с этим, большая часть вредных примесей, в т.ч. тяжелых металлов отфильтровываются в слое материала и не выбрасываются в окружающую среду. Температура в зоне составляет 1200 0С, что обеспечивает полное разложение опасных соединений, в т.ч, диоксинов и фуранов. Существуют два пути образования дибензодиоксинов и дибензофуранов: первичное образование в термическом процессе при температуре 300-600 0С и вторичное образование на стадии охлаждения дымовых газов при температурах 250-456 0С (реакции их образования происходят на поверхности частиц летучей золы в присутствии соединений хлора при катализе соединениями железа и меди). Чтобы свести к минимуму вторичное образованиедиоксинов в процессе газификации реализуют закалку отходящих газов (ихбыстрое охлаждение до 150 0С). Кроме

того, объем отходящих газов при шахтномспособе в 4-5 раз меньше, чем при слоевом сжигании на переталкивающихрешетках.

Для снижения количества отходящих газов (и одновременно для улучшенияих состава) совершенствуют собственно термический процесс с применением в качествегазифицирующего агента кислорода, либо с применением дополнительной энергии (в т.ч. использование доменных процессов, электрошлаковых печей и применение плазменных технологий), что повышает температуру газификации до 1400-2000 0С и более.

Повышение температуры сгорания отходов способствует содержания в используемом окислителе (воздухе) доли инертного компонента (азота), на нагрев которого расходуется значительная часть энергии. Аиспользование в качестве окислителя кислорода позволяет уменьшить количество образующихся при высоких температурах оксидов азота, очистка от которых требует сложного оборудования.

Использование плазменной технологии, будетцелесообразным при пиролитическом (без доступа кислорода) разложении твердых отходов. При пиролизе особое влияние на термическое разложениеоказывают скорость нагревания и температура, с повышением которых значительно увеличивается выход газа (растет содержание водорода) и жидкихпродуктов. Теплотворная способность газов 10000-13000 кДж/мЗ, часть которых можноиспользовать в горелках пиролитического реактора.

Установки высокотемпературного пиролиза (более 1400 0С) позволяют нарядус бытовыми обезвреживать и производственные отходы.

В подобных установках по тракту дымовых газов за системой газоочисткиустанавливают автоматический газоанализатор, воздействующий через системурегулирования на дроссельные заслонки, установленные на линиях отходящих дымовых и пиролизных газов. При появлении в потоке дымовых газов продуктовнеполного сгорания открывается дроссельная заслонка на линии пиролизного и прикрывается заслонка на линии дымовых газов. Таким образом, в объем пиролитического газа подают минимум балластных продуктов полного сгорания, в дымоход.

В составе дымовых газов при сжигании ТБО, как указывалось, помимо взвешенных веществ, оксидов азота, серы и углерода могут присутствовать при наличии в сжигаемых ТБО хлор- и фторсодержащих компонентов (в основном в пластмассовых отходах, при наличии пестицидов и гербицидов) диоксинов и фуранов.

(Температура плавления 303-305 0С, устойчивы в процессах

оксидацииинертны к кислотам и щелочам. Разлагаются при температуре 600 0С, а при выдержкепри 1000 0С более 3 секунд полностью разлагаются). Охлаждаемые дымовые газыпри 450 0С также могут содержать диоксины и фураны, фиксируемыезолой-уносом. Кроме того, зола-унос содержит тяжелые металлы. Вэтой связи улавливаемую из отходящих газов золу необходимо подвергатьспециальной обработке, переводя, в частности, в связанную и нерастворимуюформу, например, путем остекловывания. Использование электрофильтров позволяетв среднем уловитъ 90% диоксинов и фуранов.

Очистка газов включает физико-химические, механические итермохимические способы.

При применении термохимического способа обезвреживание по принципуреагентной очистки в ступенчатых реакторах на первой ступени по направлениюдвижения газов производят дожигание остаточного углерода и оксида углерода в камере дожиганияпри температуре на уровне 1200 0С и времени не менее2секунд. Для этого подают в камеру воздушное дутье или природный газ. При этом происходит обезвреживание неразложившихся диоксинов и фуранов.

Во второй ступени содержащиеся в дымовых газах кислые компонентыв видеНС1, НF, Р2О5, SО ихфиксацией при 1200-1000 0С путем впрыска в реакционный объем камеры водного раствора Nа2SОЗ, концентрацией10%, предусматривая 20%-ный избыток активного компонента относительно его стехиометрического количества.

Обработка газов при 1000-850 0С на третьей ступени сводится к восстановлению содержащихся в них оксидов азота карбамидом СО(NН2), подаваемым в объем камеры этой ступени в виде 1-1,5%ного водного раствора.

Заключительной стадией очистки газов является их обезпыливание при 250-1600С в рукавных фильтрах из стеклоткани с эффективностью очистки выше 99,5%. Уловленную пыль отправляют на обезвреживание.

нейтрализуют химической

3. ОСНОВЫРАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ

Экологически чистое промышленное производство возможно через создание малоотходных или безотходных технологических систем (БТС). БТС – это совокупность технологических средств и направлений, направленных на рациональное использование природных ресурсов и исключающих вредное воздействие на окружающую среду за счет создания новых технологических процессов получения традиционных видов продукции, уменьшающих образование значительного количества отходов и обеспечивающих комплексное использование сырья.

Проектирование природоохранных производств, технологических линий с непрерывным или периодическим циклами представляет собой многообразный трудоемкий процесс, который можно разделить на технологическое и конструкционное проектирование.

Технологическое проектирование выполняется по нормам «Единой системы технологической документации» (ЕСТД) и включает разработку структуры технологических производственных связей, определение параметров технологического процесса, выбор основных технических параметров аппаратов, сооружений и коммуникаций.

Конструкционное проектирование выполняется по нормам «Единой системы конструкторской документации» (ЕСКД) и включает выбор конструкционных типоразмеров и расчет параметров аппаратов, разработку чертежей технологического оборудования, компоновку производства, разработку нормативной технической документации.

Важнейшей частью технологического проектирования предприятия, основных и вспомогательных производственных цехов, является создание технологической схемы, отражающей взаимосвязь и характер отдельных технологических процессов и оборудования.

Как проектный документ, технологическая схема представляет собой графическое изображение совокупности операций, составляющих законченный процесс и сопровождается описанием и необходимыми расчетами.

Технологический уровень и качество технологической схемы определяется детальной проработкой отдельных технологических узлов предварительно намеченной принципиальной схемы (рис. 24).

Технологическим узлом называют аппарат или сооружение, а также их совокупность, где начинается и полностью заканчивается один из этапных процессов, необходимых для переработки исходного материала.

. Принципиальная технологическая схема

транспортные средства, транспортирующие и груз

оборудование для механического разделения,

усреднения, отстаивания, фильтрования, сортировки и классификации

оборудование для механической переработки (измельчение

ование для осуществления физических или

химических методов переработки (сорбции, выпаривания

реакторы различных типов для химической переработки

Технологическая схема разрабатывается для непрерывного

циклического процесса. При циклическом процессе производятся

пуски и остановки системы и отдельных узлов после завершения

каждого цикла, что может сказываться на качестве выпуска

продукции. Зато легко достигается переход от производства

На основании принципиальной схемы разрабатывается

функциональная технологическая схема с изображением

с.

технологическая схема производства силикатного кирпича

При непрерывном процессе обеспечивается получение

качественной продукции и образуется сравнительно

количество отходов, снижаются потери сырья и материалов

ля непрерывных процессов отличается более

производительностью. Непрерывные процессы

автоматизируются. В ряде случаев в периодическую схему

непрерывно работающие технологические узлы (мойка

Рис. 24

К технологическим узлам относятся:

механизмы;

ит.д.

гранулирование, обогащение, формование);

- оборуд

кристаллизации, экстракции и т.д.)

- сооружения биологической переработки;

- оборудование для термической переработки.

вида продукции к другому.

выбранного оборудования. В качестве примера на ри

оподъемные

емой

25 приведена

Оборудование д

экстракция и т.д.).

Рис. 25. Технологическая схема производства силикатного кирпича

1 – бункер; 2 – винтовой питатель; 3 – пневмоподъемник;

4 – разгрузитель; 5 – фильтр воздушный; - 6 – элеватор; 7 – винтовой

конвейер; 8 – бункер пресса; 9 – пресс; 10 – тележка; 11 – винтовой питатель;

12 – ленточный конвейер; 13 – автоклав; 14 – отгрузка готовой продукции.

4. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СВОЙСТВ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ

Использование промышленных отходов вносит в технологию определенную долю нестабильности, которая может отражаться на качестве выпускаемой продукции. В отличие от природного сырья, свойства которого определяются, в основном, геологическими условиями формирования, их генезисом, на характеристиках техногенных отходов дополнительно отражается вся их технологическая предыстория (техногенез). Разработанная П.И. Боженовым классификация побочных продуктов промышленности в значительной степени определяется условиями их формирования. В ней автор предлагает выделять попутные продукты класса А - не утратившие природных свойств (вскрышные породы, хвосты обогащения и т.д.), класса Б - искусственные продукты, полученные в результате глубоких физико-химических процессов, и класса В продукты, образовавшиеся в результате длительного хранения в отвалах.

Особая сложность использования отходов как по П.И. Боженову, так и по мнению ряда других авторов, заключается в том, что побочные продукты промышленности имеют существенную техногенную неоднородность, в значительной степени отражающуюся на свойствах готовых изделий и, в том числе, строительных материалов. Поэтому широкое внедрение техногенных продуктов в производство требует разработки более детальных классификаций отходов как потенциального сырья, учитывающих не только условия формирования, но характер изменения их свойств, а также рекомендуемые технологии переработки и использования.

4.1 Активность (структурная нестабильность) техногенного сырья

Специфической особенностью твердых тел является то, что их реакционная способность, физические и физико-механические свойства не определяются однозначно химическим и фазовым составом. Поэтому возникает необходимость дополнительного учета структурных изменений в твердофазных материалах. Подобный подход широко используется в материаловедении при рассмотрении классической цепочки: «состав – структура – свойство». Вместе с тем свойства природного и техногенного сырья, особенности протекания процессов синтеза, а также свойства готовых строительных материалов предопределяются не просто характером, но и кинетикой

(динамикой) структурных изменений. В этом случае несколько

меняется даже традиционное определение структуры: структура – это совокупность структурных элементов и связей материала, обеспечивающая сохранение или определенный характер изменения основных его свойств при внешних воздействиях и внутренних превращениях.

С химической точки зрения для уточнения реакционной способности реагента в том или ином процессе также часто вводят понятия активности и активации, которые непосредственно связаны с наличием и образованием неравновесных дефектов. Последние могут быть различны по природе и в разной степени влиять на реакционную способность и свойства твердых тел в тех или иных физикохимических процессах синтеза строительных материалов (адсорбция, химические реакции, спекание, гидратация и т.д.). Именно дефектность структуры обеспечивает перенос частиц (процессы массообмена) и синтез новых фаз. Идеально упорядоченный кристалл (рис. 2) не способен к какому-либо транспорту вещества и в этом плане является «мертвым» объектом. Изменение неравновесных дефектов, а также характер их взаимодействия определяет все свойства данного материала. Чаще всего они формируются на микроуровне (менее 0,1 мкм) и в своем развитии выходят на макроуровень, например, при формировании свойств изделия (конструкции) или разрушении композита. Мерой активности твердой фазы является избыток энергии Гиббса по отношению к фазе тождественного состава, находящегося в нормальном состоянии:

акт.

где G

и Gт - энергия Гиббса фазы в активном и нормальном

состояниях.

Абсолютная величина ∆G

∆G

изб

акт.

= G

изб

может быть определена экспериментально, однако она имеет лишь относительную ценность. Активность реагентов в конкретном физико-химическом процессе определяется не только абсолютной величиной ∆G локализацией избыточной энергии, т.е. энергетическим вкладом различных видов структурных дефектов, включая свободную поверхность, статические искажения решетки, микронапряжения, дислокации и макроскопические дефекты типа межблочных границ, точечные дефекты и их ассоциации и т.д. Очевидно, что в каждом конкретном случае природа активности и степень ее влияния на процессы с участием твердых фаз будет различной и должна проявляться через структурные изменения.

Следует заметить, что подобные определения активации являются

весьма общими и не учитывают динамический характер изменения

– Gт ,

изб

, но и

свойств твердого вещества в технологии. Рассмотрим во взаимосвязи структурно-фазовые процессы, имеющие место в технологиях переработки природных и техногенных материалов (рис.26). При этом активность оценивается в большей степени с позиций потенциальной возможности материала к структурным изменениям.

Повышение внутренней энергии твердого тела

Рис. 26. Особенности структурно-фазовых переходов твердых тел,

имеющих место при переработке природного и техногенного сырья

(фигурными стрелками показаны направления повышения структурной

нестабильности или активности материалов)

Идеальные, не имеющие дефектов, кристаллы обладают максимальной прочностью и минимальной активностью. Получение подобных материалов или близких к ним по свойствам в больших

Идеальные кристаллы

Реальные кристаллы

Активированные материалы

Метастабильные аморфные

(стекловидные) материалы

Нестабильное состояние

Повышение степени дефектности (разупорядоченности)

объемах весьма затруднено. В реальных кристаллах присутствуют в значительном количестве линейные дефекты (дислокации), примеси, что естественно ослабляет их структуру, и по мере повышения степени дефектности и внутренней энергии происходит увеличение активности сырья, которая достигает максимума у активированных материалов.

Активным в этом случае можно считать состояние, характеризующееся максимальной потенциальной способностью к структурным изменениям. Следует учитывать, что активное состояние в определенных условиях (отжиг, вылеживание и т.д.) может переходить в стабильное, когда неравновесные дефекты выстраиваются таким образом, что их напряжения взаимно компенсируются. При этом внутренняя энергия, степень дефектности остаются практически неизменными, а активность существенно снижается. Далее, по мере повышения степени дефектности и внутренней энергии вещество может переходить в аморфное метастабильное состояние, способность которого к структурным изменениям, несмотря на более высокое энергетическое состояние, снижается.

При высоких энергетических воздействиях вещество может даже переходить в нестабильное состояние, характеризующееся аномально высокой скоростью массопереноса и максимальной активностью.

Структурные изменения в материалах могут осуществляться с использованием традиционных технологических приемов. Но в любом случае в основе структурных изменений в твердых телах лежат механизмы формирования и релаксации различных напряжений. Напряжения могут быть:

- внешними, что обеспечивается использованием механических

воздействий – дроблением, помолом, прессованием и т.д.

- внутренними, которые создаются при осуществлении полиморфных превращений, химических реакций, кристаллизационных процессов, т.е. в условиях, когда начинает формироваться новая фаза, имеющая отличную от исходной плотность. Подобные процессы имеют место чаще всего при термических воздействиях. Существенное влияние при этом могут оказывать соответствующие примеси.

Напряжения вызывают деформацию кристаллической решетки, что до определенного состояния (активированного) повышает способность материала к структурным изменениям. При этом возможно образование микротрещин, разрушение материала – т.е. происходит повышение его внутренней и поверхностной энергии.

Необходимо учитывать все факторы, предопределяющие

100

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1310 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]