Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Решение экологических проблем в технологии полимеров и композитов. Учебное пособие для бакалавров

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 141 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Н. В. Борисова, Т. П. Устинова

РЕШЕНИЕ

ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

В ТЕХНОЛОГИИ ПОЛИМЕРОВ

И КОМПОЗИТОВ

Учебное пособие для бакалавров

Вузовское образование

Саратов • 2020

УДК 678 ББК 35.09 Б82

Авторы:

Борисова Наталья Валерьевна — канд. тех. наук, доц.

ЭТИ (филиал) ФГБОУ ВО «СГТУ имени Ю. А. Гагарина»;

Устинова Татьяна Петровна — д-р тех. наук, проф.

ЭТИ (филиал) ФГБОУ ВО «СГТУ имени Ю. А. Гагарина»

Рецензент:

Бычкова Елена Владимировна — д-р тех. наук, доц.

ЭТИ (филиал) ФГБОУ ВО «СГТУ имени Ю. А. Гагарина»

Борисова, Н. В.

Б82 Решение экологических проблем в технологии полимеров и компози-

тов : учебное пособие для бакалавров / Н. В. Борисова, Т. П. Устинова. — Саратов : Вузовское образование, 2020. — 140 с. — (Высшее образование). — Текст : электронный.

ISBN 978-5-4487-0676-9

В учебном пособии обобщены теоретические сведения, а также научные достижения кафедры «Технология и оборудование химических, нефтегазовых и пищевых производств» Энгельсского технологического

института (филиала) ФГБОУ ВО «СГТУ имени Ю. А. Гагарина », которые

раскрывают возможные варианты утилизации отходов полимерных

материалов.

Подготовлено в соответствии с Федеральным государственным

образовательным стандартом высшего образования.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по

направлению подготовки бакалавров 18.03.01 «Химическая технология»,

профиль «Технология и переработка полимеров». Особую помощь издание может оказать студентам при изучении дисциплины «Экологические проблемы переработки полимеров» и выполнении раздела «Экологическое обоснование предлагаемой технологии» в выпускной квалификационной работе.

Учебное электронное издание

Редактор Н.Г. Шиндина

Технический редактор, компьютерная верстка Е.В. Якубович

Корректор Т.Г. Саблина

Обложка С.С. Сизиумовой

Для создания электронного издания использовано:

Приложение pdf2swf из ПО Swftools, ПО IPRbooks Reader,

разработанное на основе Adobe Air

Подписано к использованию 21.01.2020. Объем данных 7 Мб.

Издание представлено в электронно-библиотечных системах

IPR BOOKS (www.iprbookshop.ru),

Библиокомплектатор (www.bibliocomplectator.ru)

Бесплатный звонок по России: 8-800-555-22-35

Тел.: 8 (8452) 24-77-97, 8 (8452) 24-77-96

Отдел продаж и внедрения ЭБС:

доб. 206, 213, 144, 145

E-mail: sales@iprmedia.ru

Отдел комплектования ЭБС:

доб. 224, 227, 208

E-mail: mail@iprbookshop.ru

По вопросам приобретения издания обращаться:

доб. 208, 201, 222, 224

E-mail: izdat@iprmedia.ru, author@iprmedia.ru

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................................................... 5

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ БЕЗОТХОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

В ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ПОЛИМЕРОВ ................................................. 7

1.1. Инновации и охрана ОПС на предприятиях

химической промышленности ................................................................................................... 7

1.2. Перспективные физико-химические

методы контроля загрязнений ОС ........................................................................................... 12

1.3. Моделирование и прогнозирование

сложных физико-химических процессов в ОС ...................................................................... 13

1.4. Бессточные и оборотные системы водопользования ..................................................... 13

1.5. Изменение технологических принципов и охрана ОС

на предприятиях полимерных материалов ............................................................................. 16

ГЛАВА 2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МЕНЕДЖМЕНТ НА ПРЕДПРИЯТИИ ........................... 23

2.1. Органы экологического управления России ................................................................... 26

2.2. Экологическое право ......................................................................................................... 27

2.3. Экологическая стандартизация и нормирование качества ОПС ................................... 28

2.4. Контроль за выбросами загрязняющих

веществ в окружающую среду ................................................................................................. 42

2.5. Экологическая экспертиза объекта .................................................................................. 47

2.6. Экологическая сертификация (экосертификация) .......................................................... 50

2.7. Экологическое лицензирование (эколицензирование) .................................................. 51

2.8. Экологическое аудирование (экоаудит) .......................................................................... 52

2.9. Экономические аспекты природопользования ............................................................... 53

ГЛАВА 3. СИСТЕМА ПЕРЕРАБОТКИ И УТИЛИЗАЦИИ

ОТХОДОВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ............................... 59

3.1. Виды, строение и свойства полимерных отходов .......................................................... 59

3.2. Идентификация полимерных отходов ................................................................................. 65

3.3. Основные направления рециклинга полимерных отходов ............................................ 84

3.4. Модификация рецикловых полимеров ............................................................................ 95

ГЛАВА 4. ПРИМЕРЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЁТОВ ................................................... 113

4.1. Определение степени соответствия технологического

процесса экологическим требованиям .................................................................................. 113

4.2. Оценка экологичности технологического процесса ..................................................... 116

4.3. Экологическое нормирование на предприятии

химической промышленности ............................................................................................... 119

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ..................................................................................... 132

ВВЕДЕНИЕ

Полимеры (ПМ) и материалы на их основе, благодаря комплексу уни-

кальных свойств, находят широкое применение во всех областях народного хо-

зяйства, успешно заменяя металл, стекло, бумагу, картон и пр. В настоящее

время мировое производство пластмасс составляет порядка 180 млн т., а вскоре приблизится в 250 млн т [1]. Потребление пластмасс на душу населения в мире продолжает увеличиваться, о чем свидетельствуют данные Plastics Europe Market Research [2]. А если учесть ускоренный рост населения на нашей плане-

те, исключительными рекордсменами в этой области остаются Китай и Индия,

суммарная численность населения которых составляет порядка 2,7 млрд чело-

век, то может увеличиться не только потребление пластмасс на ближайшие десятилетия, но соответствующий рост бремени пластиковых отходов.

Доминирующей группой полимеров и сополимеров на их основе по-

прежнему остаются полиэтилен, полипропилен, полистирол, причем главным и

основным сегментом современного рынка потребления этих полимеров является тара и упаковка. Как показывают маркетинговые исследования Plastics Europe Market Research, более трети объёма производства полимеров расходу-

ется именно на эту область применения. Потребительская ценность данного ви-

да продукции снижается еще до утраты полимерным материалом своих исход-

ных свойств, что неминуемо приводит к образованию большого количества по-

лимерных отходов. В странах Европы используемые полимеры согласно законодательству подлежат обязательному возврату, представляя собой вполне реальное вторичное сырьё [3]. До недавнего времени использование вторичного полимерного материала (ПМ) в России являлось привилегией предприятий по производству и переработки полимеров и композитов. Но расширение, как ас-

сортимента возобновляемых ПМ, так и разновидностей отработавших свой ре-

сурс изделий (плёнки, пакеты, трубы, профили и пр.) привели к необходимости

освоению новых химико-технологических процессов восстановления свойств в

различной степени деградированных ПМ, модификации вторичного сырья, со-

здания технологии смесевых составов из ПМ с различной степенью совмести-

мости. В конечном счете, сформировалось самостоятельное направление — ре-

циклирование ПМ. Рециклинг огромного количества ПМ способствует реше-

нию не только сырьевых, но и экологических проблем, в частности, защиты

окружающей природной среды (ОПС).

Пути решения вопросов защиты ОС весьма разнообразны. Данное учеб-

ное пособие при рассмотрении производств полимерных материалов акцентирует внимание студентов на:

1. Создание безотходных технологий, где авторы обобщают опыт специа-

лизированных производств в этом плане (сокращение числа технологических операций, использование бессточных оборотных систем, изменение технологи-

ческих принципов при получении одного и того же продукта и пр.).

2. Использование инновационных подходов, в частности, методов эколо-

гического менеджмента, которые позволят регулировать качество ОПС в общей

системе рационального природопользования.

3. Применение различных вариантов рециклинга ПМ, что влияет на эко-

номические и экологические аспекты рассматриваемой проблемы.

Авторский коллектив выражает благодарность кандидату технических

наук, доценту Овчинниковой Галине Петровне за большой вклад в сбор инфор-

мационных литературных источников по теме учебного пособия и многолетний опыт работы по утилизации отходов полимерных материалов.

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ БЕЗОТХОДНЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ В ХИМИЧЕСКОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ ПОЛИМЕРОВ

1.1. Инновации и охрана ОПС на предприятиях химической промышленности

Научно-технический прогресс вызвал не только отрицательное воздей-

ствие на окружающую среду ОПС, но и одновременно позволил существенно

влиять и на её охрану. На основе инноваций разрабатывают новые методы и

средства борьбы с вредными выбросами, новые технологии, обеспечивающие

уменьшение отходов и максимальную их утилизацию, внедряют методы непре-

рывного контроля за состоянием ОПС и источниками её загрязнения. Достиже-

ния науки и техники внедряют в технологию охраны ОПС по следующим основным направлениям [4, 5]:

 разработка новых физико-химических процессов глубокой очистки вы-

бросов и регенерации промышленных отходов;

 разработка более совершенных систем контроля ОПС, вплоть до мони-

торинга за её состоянием из космоса;

 обобщение, моделирование и прогнозирование сложных процессов за-

грязнения и охраны ОПС с применением новейшей вычислительной техники.

Традиционные физико-химические процессы обезвреживания промыш-

ленных выбросов и стоков и аппараты для их осуществления на современном

этапе развития промышленного производства не всегда могут удовлетворять

требованиям экологически безопасного развития химической технологии и не

позволяют в ряде случаев решать новые, постоянно возникающие задачи. По-

этому идёт поиск приёмов и процессов, дающих возможность более эффектив-

но организовать охрану ОПС [6, 7].

Для решения экологических проблем разрабатывают методы очистки на

основе последних достижений плазмохимии, фотохимии, электрохимии, радиационной химии и др.

Одним из новых типов физико-химических процессов обезвреживания

выбросных газов и промышленных стоков, разрабатываемых в нашей стране и

за рубежом, является радиационная очистка при воздействии на газовые выбро-

сы и стоки ускоренных электронов, в результате происходит радиолиз токсич-

ных компонентов и превращение их в нетоксичные.

Термин «радиолиз» применяют для обозначения химических превраще-

 nСНСНСНСНСНСНСНСНn )()(

2222

незаполимеризовавшиеся мономеры + остатки эмульгатора и регулятора М, осадителя, вода

ний под действием ионизирующего излучения (как «электролиз» — под действием света, «пиролиз» — под действием тепла и др.).

В результате радиолиза на первой стадии образуются ионы и нейтральные

частицы, имеющие неспаренный электрон и называемый свободным радикалом:

М М+ + ē;

и/или

М R1 + R2;

Волнистая стрелка в схеме реакции означает воздействие радиации, а

точка над обозначением компонента реакции свидетельствует о наличии неспаренного электрона. Имея такой электрон, свободные радикалы приобретают

большую химическую активность, они быстро вступают в химические реакции. Их жизнеспособность в газовой фазе наиболее короткая, а твёрдом теле из-за низкой подвижности и они могут сохраняться довольно длительное время.

Например, в производстве каучука помимо основного полимера образу-

ется целый букет н.м.с.

бутадиен полимер

Особенность химических реакций под действием излучения состоит

в том, что обычное химическое взаимодействие заменится взаимодействием

молекул с валентноненасыщенными частицами (атомами, радикалами, ионами) и этих частиц между собой. Это существенно ускоряет протекание химических

реакций, которые определяют процессы очистки от загрязнений.

Для радиационно-химических процессов характерны высокие скорости,

эти процессы могут протекать при более низких температурах. Другим более важным преимуществом является универсальность воздействия ионизирующего излучения практически на любые компоненты, которых в реальных выбро-

сах достаточно много.

Радиационное обезвреживание токсичных примесей в разбавленных водных

растворах или газах, содержащих пары воды, заключается в косвенном действии

ионизирующего излучения на водные системы. Вначале в результате облучения

при распаде молекул воды образуются активные свободные радикалы и ионы (ОН, Н, гидратированные электроны и др.). Затем эти активные частицы взаимо-

действуют с токсичными примесями и превращают их в безвредные продукты:

HOНOН  

евоздействи оерадиационн

CHOHCH

COOH

OHСНСНСНСН







;

2) .

Промежуточные продукты радиолиза воды обладают как сильным окислительным, так и сильным восстановительным свойствами. Поэтому радиационный метод для обезвреживания многих загрязнённых компонентов является эффективным и универсальным. Метод излучений дает ряд преимуществ перед

традиционными методами:

 одновременно с органическими примесями разлагаются неорганические;

 ускоряется коагуляция и седиментация;

 устраняется цветность и запах;

 снижается БПК;

 происходит дезинфекция воды.

Принципиальная схема радиационной установки с ускорителем для обез-

вреживания промстока представлена на рис. 1 [7].

Рис. 1. Компановка радиационной установки для обезвреживания промстоков:

I — ускорительный зал; II — технологический зал; III — электромашинный зал;

IV — пультовая; 1 — генератор ускоряющего напряжения; 2 — блоки питания насосов;

3 — пульт управления; 4 — силовое оборудование; 5 — газовая система;

6 — преобразователь частоты; 7 — блок преобразователя; 8 — форвакуумный агрегат;

9 — развертка пучка электронов и выпускное окно; 10 — реакционная камера;

11 — магниторазрядный насос; 12 — конденсаторная батарея

Установка внедрена на Воронежском заводе синтетического каучука. Используется для обезвреживания растворов бионеразлагаемых СПАВ и др. соединений. Экономические оценки этого метода показывают, что стоимость радиационной химической очистки в 1,5 раза ниже стоимости традиционных ме-

тодов очистки (радиационная установка ~ 60 млн долл., традиционная ~ 100 млн долл.).

То есть можно говорить о принципиальной перспективности метода радиационно-химического обезвреживания.

Другим физико-химическим методом, реализующим высокоинтенсивные

энергетические воздействия на загрязнения является плазмохимическая перера-

ботка отходов. Этот метод основан на использовании низкотемпературной плазмы (Т  105 К), т.е. ионизированного газа, в котором концентрация положитель-

ных и отрицательных зарядов равны (так называемая квазинейтральность). Плазма образуется в результате воздействия на вещество интенсивных электри-

ческих разрядов, сверхвысокочастотного лазерного излучения и др. воздействий.

При подаче в низкотемпературную плазму отходов происходят плазмохимические реакции и токсичные вещества обезвреживаются до нетоксичных

низкомолекулярных продуктов. Ввиду высокой температуры в плазме подаваемые отходы в любом физическом состоянии (твёрдом, жидком, газообразном)

испаряются, ионизируются и в момент прохождения реакционной зоны в плаз-

мотроне обезвреживаются.

Оба процесса (радиационная химия и плазмохимия — это процессы химии высоких энергий, для которых правилами являются:

 Правило 1:

При обезвреживании загрязняющих веществ различных классов следует для повышения универсальности метода стремиться к использованию высоко-

интенсивных воздействий и термодинамически неравновесных систем.

Это правило можно проиллюстрировать на примере мембранной техно-

логии, которые перспективны для газо- и водоотделения в неравновесных системах. Для этих систем можно сформулировать другое правило:

 Правило 2:

При создании систем очистки и разделения смесей следует стремиться

использовать новые синтетические и композиционные материалы, позволяю-

щие осуществлять процессы с высокими коэффициентами разделения при ми-

нимуме энергетических затрат и в агрессивных средах (рис. 2).

При выборе новых путей использования достижений научно-

технического прогресса в деле ОС следует комбинировать несколько известных

физико-химических процессов в единый технологический цикл.

1 / 141 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]