Зміст
Вступ
Розділ 1Основні відходи, які утворюються в процесі хімічних виробництв
Розділ 2Основні способи утилізації хімічних відходів
2.1 Утилізація газовихвідходів
2.2 Утилізація рідкихвідходів
2.3 Утилізація твердихвідходів
Розділ 3Технологічна схема рекуперації відходів
Висновки
Список літератури
Вступ
Хімічні процеси іреактори, об'єднані в хіміко-технологічні системи, складають основу виробництвав багатьох галузях промисловості: нафтохімічній, металургії чорних і кольоровихметалів, целюлозній і лісохімічній, харчовій, хіміко-фармацевтичній,виробництві мінеральних добрив та будівельних матеріалів, фото- ікіноматеріалів. Продукти хімічної промисловості забезпечують хімізацію всьогонародного господарства, у тому числі й агропромислового комплексу.
Розвиток хімічноїпромисловості вимагає усе більше робити акцент па розробку і упровадженнявисокоефективних энерго- і ресурсосберегающих, а також екологічно чистихтехнологій.
Всуперечперевагам та матеріалам, які дає людині хімічна промисловість існує проблемадосить значного масштабу – забруднення довкілля відходами. Відходи викидаютьсяу всі частини біосфери, і спричинюють значні небажані наслідки.
Мета нашої роботипроаналізувати основні способи утилізації та рекуперації відходів хімічноїпромисловості.
Для досягненняпоставленої мети ми повинні вирішити такі завдання:
1) перерахувати основні відходихімічної промисловості;
2) розглянути основні способиутилізації хімічних відходів;
3) проаналізувати технологічнусхему рекуперації відходів.
Розділ 1 Основні відходи, які утворюються в процесі хімічнихвиробництв
Всі відомі технологічні процеси хімічноговиробництва супроводжуються утворенням великої кількості відходів у виглядішкідливих газів та пилу, шлаків, шламів, стічних вод, що містять різні хімічнікомпоненти, які забруднюють атмосферу, воду та поверхню землі.
Хімічна промисловість спричиняє значнізабруднення метаном, аміаком, пилом. Загальні обсяги промислових викидів уповітряний простір колосальні. Найбільш небезпечними забруднювачами атмосфери єкислотоутворюючі оксиди — азоту, сірки, а також вуглекислий газ, чадний газ,аміак, фтор, хлор та промисловий пил. Їх надходження в повітря помітно змінилосклад сучасної атмосфери порівняно з доіндустріальним періодом [8].
Основним джерелом забруднення атмосфери викидамиметалургійних заводів є коксохімічне, агломераційне, сталеплавильне та іншівиробництва.
Коксохімічне виробництво забруднює атмосферуоксидом та діоксидом вуглецю, оксидом сірки. На 1 т перероблюваного вугіллявиділяється близько 0,75 кг діоксиду сірки та по 0,03 кг різних вуглеводнів та аміаку. Поблизу коксохімічних заводів середні рівні вмісту в повітрідіоксиду сірки (сірчаного газу) складають від 0,05 до 0,2 мг/м3.
Цехи сіркоочистки коксохімічних заводів звичайнообладнані електрофільтрами, через які в атмосферу потрапляють сірчаний газ,сірководень, діоксид азоту, аерозоль сірчаної кислоти. За даними, вмістсірководню у вихідних газах складає 0,14 мг/м3, а діоксид азоту — 0,9 мг/м3. Розрахунки показують, що на відстані 1 км від цеху сіркоочистки в повітрі може міститися до 0,2 мг/м3 сірчаного газу. Окрімгазів, коксохімічне виробництво викидає в атмосферу велику кількість пилу.Наприклад, при виробництві коксу на 1 тонну переробленого вугілля виділяєтьсяблизько 3 кг вугільного пилу. Велика кількість пилу виділяється прирозвантаженні вугілля, в середньому 0,005% від маси розвантаженого вугілля.
Джерелами забруднення повітряного басейну нааглофабриках є агломераційні стрічки, барабанні та чашеві охолоджувачіагломерату, випалювальні печі, вузли пересилки, транспортування, сортуванняагломерату та інших компонентів, що входять до складу шихти. Кількістьагломераційних газів — 2,5-4,0 тис. м3 на 1 тонну отримуваного агломератуз вмістом в них пилу від 5 до 10 г/м3. До складу газів входятьоксиди сірки та вуглецю, а пил містить залізо і його оксиди, а також оксидимарганцю, магнію, фосфору, кальцію, іноді частинки титану, міді, свинцю [4].
Сірчистий газ SО2 утворюється якпобічний продукт при металургійному виробництві та спалюванні кам'яного вугілляабо нафти, що вміщують домішки сірки. Обсяги викидів сірчистого газузалишаються великими в промислово розвинених країнах, незважаючи на введенняжорсткого державногоконтролю та економічних санкцій на наднормативні викидиокислів сірки.
Виробництво сталі супроводжується виділенням ватмосферу значної кількості газів та пилу. Виплавка однієї тонни сталіпов'язана з викидами в атмосферу 0,04 т твердих часток, 0,03 т діоксиду сірки,близько 0,05 т оксиду вуглецю. Пил містить сполуки марганцю, заліза, міді,цинку, кадмію, свинцю та інших сполук. При виплавці високо- та складнолегованихсталей в пил, крім оксидів заліза, потрапляють і діоксиди кремнію, сполукисірки, фосфору, оксиди ванадію, сполуки хрому, нікелю, молібдену, селену,телуру та ін. Кількість газів, що утворюються, і вміст в них твердих частокзалежить від способу виробництва сталі, використання кисневого дуття та іншихфакторів.
Забруднення навколишнього середовища навколопідприємств чорної металургії в залежності від переважного напряму вітріввідчувається в радіусі 20-50 км. На 1 км2 цієї території на добувипадає 5-15 кг пилу.
Навколо металургійних заводів формуютьсясвоєрідні техногенні області, в усіх поверхневих утвореннях яких (ґрунті,снігу, воді, рослинності) міститься широкий набір шкідливих речовин, включаючитакі надзвичайно небезпечні, як свинець та ртуть.
Чорна металургія є одним з найбільших споживачівводи. Сучасний завод на виробництво 1 т сталі витрачає 180-200 м3 води. Незважаючи на те, що на металургійних заводах широко використовуєтьсяоборотне водопостачання, кількість стічних вод дуже велика. Вони містятьмеханічні домішки органічного походження, а також гідрооксиди металів, стійкіта легкі нафтопродукти, розчинені токсичні сполуки органічного та неорганічногопоходження. Стічні води мають приблизно однаковий якісний склад забруднення,однак концентрація забруднюючих речовин, як правило, змінюється в широкомудіапазоні залежно від видів та особливостей технологічних процесів [4].
Стічні води аглофабрик містять залізо, оксидкальцію, вуглець. На коксохімічних заводах стічні води утворюються від хімічнихцехів (фенольні стічні води) і від процесу гасіння коксу. Витрати свіжої водина одну тонну коксу складають 1,2-1,6 м3 (при використанні фенольноїводи для гасіння коксу). В процесі очистки коксового газу від сірководнюмиш'якосодовим методом утворюється за годину 4-6 м3 стічних вод, вяких містяться феноли, аміак, сірководень, ціаніди, бензольні вуглеводи, що єканцерогенними речовинами.
Стічні води в процесі виробництва сталіутворюються при очистці газів мартенівських печей, конверторів, охолодженні тагідроочистці виливниць, пристроїв безперервного розливання сталі та обмиваннякотлів-утилізаторів. При киснево-конверторій виплавці сталі вміст завислихчасток в стічній воді систем очистки газу досягає 7000 мг/л.
При скидах забруднених стічних вод металургійнихпідприємств у водоймищі збільшується кількість завислих часток, значнакількість яких опадає поблизу місця скиду, підвищується температура води,погіршується кисневий режим, від виносу з водою мастильних продуктів з прокатнихцехів утворюється масляна плівка на поверхні водоймища. Потрапляння шкідливихречовин може призвести до загибелі водних організмів та порушення природнихпроцесів самоочищення водоймищ. Шкідливий вплив на людей, тварин, макро- тамікроорганізми, рослинний світ мають багато металів, їх сполуки та іншінеорганічні речовини, що містяться в стічних водах металургійних підприємств.
При технологічних процесах хімічної промисловостіутворюється велика кількість твердих відходів, які складуються на великихплощах та в більшості випадків шкідливо впливають на грунт, рослинність, водніджерела та повітряний басейн. Звалища твердих відходів займають зараз тисячігектарів корисного ґрунту. В них накопичено близько 500 млн. т шлаків [4].
Шламопилові відходи утворюються практично на всіхстадіях виробництва. Зараз в нашій країні щорічно утворюється близько 80 млн. тдоменних, сталеплавильних та феросплавних шлаків, а також 1 млн. т шламів, 110тис. т пилу. Шлам містить велику кількість заліза (майже 50%).
При виробництві сталі шлаків утворюється в дварази менше, ніж в доменному виробництві. їх вихід на рік складає 25 млн. т, зних 66,5% мартенівські шлаки, 30% — конверторні та 3,1% — електросталеплавильні. До 1975 р. основна маса шлаків (близько 87,6%)направлялася на звалища.
Доменні, феросплавні, мартенівські шлаки містятьзначні кількості сполук фосфору та оксиду кальцію, а також інші елементи, щовикористовуються як добрива в сільському господарстві.
Найбільшу небезпеку для грунтів становлять антропогеннізабруднювачі. Найбільш токсичними для ґрунту (1 клас небезпечності) є свинець,ртуть, уран, торій, кадмій, берилій, хром, нікель та кобальт. Токсичні такожгерманій, олово, вольфрам, молібден, літій, вісмут, марганець, мідь, миш'як,селен, алюміній. Більшість цих речовин концентрується в трофічних ланцюгах.Хоча самі по собі важкі метали не є ксенобіотиками, але в підвищенихконцентраціях вони завдають біологічної шкоди всім живим організмам.
Розділ2 Основні способи утилізації хімічних відходів
2.1 Утилізаціягазових відходів
Однією з особливостей атмосфери є її здатність до самоочищення. Самоочищенняатмосферного повітря відбувається внаслідок сухого та мокрого випаданнядомішок, абсорбції їх земною поверхнею, поглинання рослинами, переробкибактеріями, мікроорганізмами та іншими шляхами. Садіння дерев та кущів сприяєочищенню повітря від пилу, оксидів вуглецю, діоксидів сірки та інших речовин.Найкращі поглинальні властивості стосовно діоксиду сірки має тополя, липа,ясен. Одне доросле дерево липи може акумулювати протягом доби десяткикілограмів діоксиду сірки, перетворюючи його в нешкідливу речовину. Велика рольв очищенні атмосферного повітря належить ґрунтовим бактеріям тамікроорганізмам. При температурі 15-35 °С мікроорганізми переробляють на 1 м2 до 81 т на добу оксидів та діоксидів вуглецю. Однак можливості природи щодосамоочищення мають обмеження, що слід враховувати при розробці нормативів ГДВ.
За несприятливих метеорологічних умов, коли викиди із забрудненнямиможуть бути шкідливими для здоров'я населення, підприємства повинні знизитивикиди шкідливих речовин за рахунок технічних засобів або повної (часткової)зупинки джерел забруднення [9].
Сучасні вимоги до якості та ступеня очищення викидів досить високі. Дляїх дотримання необхідно використовувати технологічні процеси та обладнання, якізнижують або повністю виключають викид шкідливих речовин в атмосферу, а такожзабезпечують нейтралізацію утворених шкідливих речовин; експлуатувати виробничета енергетичне обладнання, котре виділяє мінімальну кількість шкідливихречовин; закрити невеликі котельні та підключити споживачів до ТЕЦ;застосовувати антитоксичні присадки, перевести теплоенергетичні установки зтвердого палива на газ.
Способи очищення викидів в атмосферу від шкідливих речовин можнаоб'єднати в такі групи:
— очищення викидів від пилу та аерозолів шкідливих речовин;
— очищення викидів від газоподібних шкідливих речовин;
— зниження забруднення атмосфери вихлопними газами від двигуніввнутрішнього згоряння транспортних засобів та стаціонарних установок;
— зниження забруднення атмосфери при транспортуванні, навантаженні івивантаженні сипких вантажів.
Для очищення викидів від шкідливих речовин використовуються механічні,фізичні, хімічні, фізико-хімічні та комбіновані методи.
Механічні методи базуються на використанні сил ваги (гравітації), силінерції, відцентрових сил, принципів сепарації, дифузії, захоплювання тощо.
Фізичні методи базуються на використанні електричних та електростатичнихполів, охолодження, конденсації, кристалізації, поглинання.
У хімічних методах використовуються реакції окислення, нейтралізації,відновлення, каталізації, термоокислення [9].
Фізико-хімічні методи базуються на принципах сорбції (абсорбції,адсорбції, хемосорбції), коагуляції та флотації.
Гравітаційні пилоочисні камери працюють за принципом зниження швидкостіруху газів до рівня, коли пил та частинки рідини осідають під впливом сил ваги.
Гравітаційні пилоосаджувальні камери — це порожнинна або з полицямикоробка з листової сталі з бункером для збирання пилу.
При зниженні висоти камери процес очищення поліпшується, тому порожнинукамери розділяють полицями, котрі проектуються під кутом або з можливістю регулювання.Гравітаційні пилоосаджувальні камери придатні для осадження частинок пилудіаметром понад 50 мкм. Гідравлічний опір гравітаційних камер лежить в межах50-150 Па. Швидкість газу — 0,2-1,5 м/с. Камери забезпечують ступінь очищенняне більше 50 %, тому їх використовують як попередній ступінь пиловловлювання.
Інерційні сепаратори працюють на принципі різкої зміни напрямку потокугазів. У місцях зміни напрямку відбувається осідання твердих частинокзабруднюючих речовин. Сепаратори дозволяють осаджувати частинки діаметром 25—30мкм. Інерційні газоочисники мають продуктивність від 45 до 582 м3/год…До цього типу можна віднести і жалюзійні пиловловлювачі, котрі маютьгідравлічний опір 100-400 Па, допускають температуру газу, що очищається, до450 °С, швидкість на підході до решітки — 15—25 м/с.
Циклонні сепаратори працюють за принципом використання відцентровогоефекту.
Практично використовуються такі типи циклонних сепараторів:
— горизонтальні пиловловлювачі, котрі працюють за принципом надання газамвихороподібного кругового руху за допомогою вертушки з системою невідхилюванихлопатей;
— вертикальні сепаратори, що працюють за принципом подавання газу зверхучерез горизонтально встановлену кільцеву крильчатку, котра надає газовіобертового руху; тверді частинки осідають на дні, а очищений газ відводитьсячерез центральну трубу;
— вертикальні сепаратори з тангенціальне розташованою вхідною частиною. Уцьому сепараторі затриманий газ надходить збоку або знизу і набуваєтангенціального руху, котрий виносить тверді частинки до стінок, а потім впилозбирачі;
— ротаційні струменеві пиловловлювачі є різновидом відцентровогоциклонного сепаратора, в котрому вихороподібність руху газу посиленатангенціальним повітряним потоком. У них пил накопичується в середині повітряногосередовища і під дією гравітаційних сил падає на дно пилозбирача [8].
Апарати мокрого очищення газів від пилу працюють за принципом промиваннягазів. Ці види очисних пристроїв застосовуються на дільницях фарбуваннявиробів, нанесення полімерних покриттів, в замкнених системахповітрокористування. Такі пристрої дозволяють очищати гази від дрібнихмеханічних забруднень. Існує велика кількість апаратів мокрого очищення газів.Застосовуються і прості водяні завіси, через котрі пропускаються забруднені потокиповітря.
За принципом роботи апарати мокрого очищення газів поділяються напорожнинні і насадкові; барботажні та пінні; ударно-інерційні; відцентрові;динамічні та турбулентні промивачі.
Порожнинні та насадкові апарати-скрубери працюють за принципом пропусканнягазів через потік розпиленої розбризканої або стікаючої по насадках води.Швидкість потоку газів не перевищує 1—1,2 м/с, гідравлічний опір апаратів неперевищує 250 Па. Витрата води складає до 10 м3 на 1 м апарата.Найбільш повно скрубери видаляють частки розміром більше 10 мкм. Недолікомскруберів є часте забивання отворів розпилювачів.
При роботі барботажних та пінних апаратів забруднені гази проходять черезшар рідини або піни. Апарати мають великий гідравлічний опір (до 2000 Па). Вонидозволяють вловлювати частки розміром до 2 мкм. Продуктивність апаратівконструкції ЛТІ — від 2 до 45 тис. м3/год, швидкість проходженнягазів — до 2 м/с, ступінь очищення — до 99 %.
Апарати ударно-інерційного типу працюють за принципом інерційногоосаджування механічних забруднень під час зміни напрямку газового потоку надповерхнею рідини. Найбільшого застосування набули статичні пиловловлювачі типуПВМ, ротоклони та скрубери ударної дії. Продуктивність ударно-інерційнихапаратів — 2500-90 000 м3/год. Швидкість потоку газу — до 56 м/с,ступінь очищення — до 98 %. Витрата води — 0,8-4 м3/год на 1000 м3газу [9].
Відцентрові апарати мокрого очищення газів працюють за принципомзавихрення газів спеціальними лопатками або за рахунок тангентальногопідведення газу з одночасним зрошенням з форсунок, їх використовують дляочищення димових газів з великим вмістом сірчаних газів, забезпечуючи ступіньочищення до 90 %. Використовуються також динамічні та турбулентні промивачі.
При роботі електростатичних установок очищувані гази пропускають черезелектростатичне поле високої напруги (до 50 кВ), створюване спеціальнимиелектродами. При проходженні через електричне поле частинки набуваютьнегативного заряду і притягуються до електродів, котрі з'єднані із землею, томумають позитивний заряд відносно частинок. Для очищення електродів передбаченаспеціальна механічна система. Електростатичний метод очищення газів дозволяєвловлювати частинки розміром до 0,1 мкм. Початкові видатки на створенняелектростатичних фільтрів вищі, ніж для апаратів інших типів, однакексплуатаційні видатки нижчі. Споживання енергії цими пристроями складає0,3—0,6 кВт на 10 000 м3 газу.
У пористих фільтрах забруднені гази пропускають через тканину, сукно,повсть, синтетичні матеріали (нітрон, лавсан, хлорин), металеві сітки, гравійтощо. Ці фільтри забезпечують високу якість очищення. Основний їхній недолік — зниження тиску газу після фільтрації, висока вартість експлуатації, частазаміна фільтрувальних елементів [8].
Найбільш поширеними апаратами для очищення газів від механічних частинокс рукавні фільтри, основним елементом котрих є рукавоподібний мішок, натягненийна трубчасту раму. При проходженні газів через мішок пилові частинкизалишаються на тканині. Видалення пилу з мішків здійснюється механічнимвитрушуванням, продуванням його в зворотному напрямку, очищенням — струменямиповітря, використанням низькочастотних акустичних генераторів для відокремленнятвердих частинок від мішка.
Використовуються також зернисті фільтри, в тому числі з металокераміки, атакож тканинні рулонні фільтри, котрі забезпечують високу якість очищення.Однак їхнім недоліком с невисока пилоємність та швидке засмічування.
У технологічних вентиляційних та енергетичних викидах на підприємствахнайбільш часто зустрічаються діоксид сірки, оксиди азоту, оксиди та діоксидивуглецю, мінеральні речовини від виробництва будівельних матеріалів, сполукиметалів, феноли, синтетичні матеріали, лакофарбові матеріали тощо.
Методи очищення викидів від газоподібних речовин за характеромфізико-хімічних процесів з очищуваними середовищами поділяються таким чином:
— промивання викидів розчинниками, що не сполучаються із забруднювачами(метод абсорбції);
— промивання викидів розчинами, що вступають в хімічне з'єднання ззабруднювачами (метод хемосорбції);
— поглинання газоподібних забруднювачів твердими активними речовинами(метод адсорбції);
— поглинання та використання каталізаторів;
— термічна обробка викидів;
— осаджування в електричних та магнітних полях;
— виморожування.
Метод абсорбції базується на розділенні газоповітряної суміші на складовічастини шляхом поглинання шкідливих компонентів абсорбентом. В якостіабсорбентів вибирають рідини, здатні поглинати шкідливі домішки. Для видаленняз викидів аміаку, хлористого та фтористого водню використовується вода. Одинкілограм води здатен розчинити сотні грамів хлористого водню та аміаку.Сірчисті гази у воді розчиняються погано, тому витрата води у цьому випадкудуже велика. Для видалення з викидів ароматичних вуглеводнів, водяної пари таінших речовин застосовується сірчана кислота. Для здійснення процесу очищеннягазових викидів методом абсорбції застосовуються плівкові, форсункові,трубчасті апарати – абсорбери [9].
Метод хемосорбції базується на поглинанні газів та пари твердимипоглиначами з утворенням хімічних сполук. Цей метод використовується приочищенні викидів через вентиляції гальванічних дільниць. При цьому розчинникомдля очищення викидів від хлористого водню є розчин їдкого натру. Цей методвикористовується також для очищення викидів від окисів азоту.
Метод адсорбції базується на селективному вилученні з газових сумішейшкідливих домішок за допомогою твердих адсорбентів. Найбільш широко якадсорбент застосовується активоване вугілля, іонообмінні смоли та ін.
Геометричні параметри адсорбента вибираються та розраховуютьсяномограмами або за аналітичними залежностями.
Каталітичний метод базується на перетворенні токсичних компонентіввикидів у менш токсичні або нешкідливі за рахунок використає каталізаторів.
В якості каталізаторів використовують платину, метали платинового ряду,окиси міді, двоокис марганцю, п'ятиокис ванадію тощо. Каталітичний метолвикористовується для очищення викидів від окису вуглецю за рахунок йогоокислення до двоокису вуглецю [7].
Термічний метод базується на допалюванні та термічній нейтралізаціїшкідливих речовин у викидах.
Цей метод використовується тоді, коли шкідливі домішки у викидахпіддаються спаленню. Термічний метод ефективний у випадку очищення викидів відлакофарбових та просочувальних дільниць. Системи термічного та вогневогознешкодження забезпечують ефективність очищення до 99 %.
Загалом послідовність вибору типу очисних пристроїв та фільтрів така:
— виявлення характеристик викидів (температура, вологість, вид таконцентрація домішок, токсичність, дисперсність тощо);
— визначення типу очисного пристрою або фільтра за витратою газу,необхідним ступенем очищення, можливостями виробництва та іншими факторами;
— знаходження робочої швидкості газів;
— техніко-економічний аналіз можливих варіантів очищення;
— розрахунок параметрів очисного пристрою;
— проектування та вибір очисного пристрою або фільтра.
При виборі засобів очищення викидів в атмосферу слід керуватися такимирекомендаціями:
— сухі механічні способи та пристрої не ефективні при видаленнідрібнодисперсного та липкого пилу;
— мокрі методи не ефективні при очищенні викидів, в котрих містятьсяречовини, що погано злипаються і утворюють грудки;
— електроосаджувачі не ефективні у випадку видалення забруднень з малимпитомим опором і котрі погано заряджаються електрикою;
— рукавні фільтри не ефективні для очищення викидів з липкими тазволоженими забрудненнями;
— мокрі скруберине можна застосовувати для роботи поза приміщеннями в зимових умовах.2.2 Утилізація рідкихвідходів
Організаційні заходи зводяться до попередження скидання стічних вод уводойми без їх очищення. Технічні заходи передбачають очищення стічних водрізними методами, повторне використання стічних вод для технічних потреб таполиву, створення обортних та замкнених систем водокористування, вдосконаленнятехнологічних процесів на підприємствах у напрямку зменшення надходженнязабруднень у стоки, перехід на безвідходні технології, змешення забрудненнятериторій нафтопродуктами, котрі зі зливовими стоками можуть потрапляти доводойм [11].
Очищення стічних вод на підприємствах може здійснюватися за однією зтаких схем:
— очищення стічних вод на заводських очисних спорудах;
— очищення стічних вод після їхнього забруднення на заводських, а потімна міських очисних спорудах з подальшим спуском у водойми;
— безперервне очищення промислових вод та розчинів на локальних очиснихспорудах протягом певного часу, після чого вони передаються на регенерацію,після регенерації повертаються в оборот та лише після з'ясування неможливостірегенерації усереднюються і передаються на заводські очисні споруди таутилізуються. Способи очищення забруднених промислових вод можна об'єднати втакі групи: механічні, фізичні, фізико-механічні, хімічні, фізико-хімічні,біологічні, комплексні (рис. 1).
/>
Рис. 1. Основні способи очистки води
Механічні способи очищення застосовуються для очищення стоків від твердихта масляних забруднень. Механічне очищення здійснюється одним з таких методів:
— подрібнення великих за розміром забруднень у менші за допомогоюмеханічних пристроїв;
— відстоювання забруднень зі стоків за допомогою нафтовловлювачів,пісковловлювачів та інших відстійників;
— розділення води та забруднювачів за допомогою центрифуг тагідроциклонів;
— усереднення стоків чистою водою з метою зниження концентрації шкідливихречовин та домішок до рівня, при котрому стоки можна скидати у водойми або вканалізацію;
— вилучення механічних домішок за допомогою елеваторів, решіток, скребківта інших пристроїв;
— фільтрування стоків через сітки, сита, спеціальні фільтри, а найчастіше— шляхом пропускання їх через пісок;
— освітлення води шляхом пропускання її через пісок або спеціальніпристрої, наповнені композиціями або мінералами, здатними поглинати завислічастки.
Вибір схеми очищення води від завислих часток та нафтопродуктів залежитьвід виду та кількості забруднень, необхідного ступеня очищення.
Фізико-механічні способи очищення стоків та води базуються на флотації,мембранних методах очищення, азотропній відгонці [11].
Флотація — процес молекулярного прилипання частинок забруднень доповерхні розподілу двох фаз (вода — повітря, вода — тверда речовина). Процесочищення СПАР, нафтопродуктів, волокнистих матеріалів флотацією полягає вутворенні системи «частинки забруднень — бульбашки повітря», щоспливає на поверхню та утилізується. За принципом дії флотаційні установкикласифікуються таким чином:
— флотація з механічним диспергуванням повітря;
— флотація з подачею повітря через пористі матеріали;
— електрофлотація;
— біологічна флотація.
Зворотний осмос (гіперфільтрація) — процес фільтрування стічних вод черезнапівпроникні мембрани під тиском. При концентрації солей 2—5 г/л повинен бутитиск до 1 МПа, а при концентрації солей 10-30 г/л — близько 10 МПа.
Ультрафільтрація — мембранний процес розподілу розчинів, осмотичний тисккотрих малий. Застосовується для очищення стічних вод від високомолекулярнихречовин, завислих частинок та колоїдів.
Електродіаліз — процес сепарації іонів солей в мембранному апараті,котрий здійснюється під впливом постійного електричного струму. Електродіаліззастосовується для демінералізації стічних вод. Основним обладнанням єелектродіалізатори, що складаються з катіонітових та аніонітових мембран.
Хімічне очищення використовується як самостійний метод або як попереднійперед фізико-хімічним та біологічним очищенням. Його використовують длязниження корозійної активності стічних вод, видалення з них важких металів,очищення стоків гальванічних дільниць, для окислення сірководню та органічнихречовин, для дезинфекції води та її знебарвлення [8].
Нейтралізація застосовується для очищення стоків гальванічних, травильнихта інших виробництв, де застосовуються кислоти та луги. Нейтралізаціяздійснюється шляхом змішування кислих стічних вод з лугами, додаванням достічних вод реагентів (вапно, карбонати кальцію та магнію, аміак тощо) абофільтруванням через нейтралізуючі матеріали (вапно, доломіт, магнезит, крейда,вапняк тощо).
Окислення застосовується для знезараження стічних вод від токсичнихдомішок (мідь, цинк, сірководень, сульфіди), а також від органічних сполук.Окислювачами с хлор, озон, кисень, хлорне вапно, гіпохлорид кальцію тощо.
Розглянемо фізико-хімічні методи.
Коагуляція — процес з'єднання дрібних частинок забруднювачів в більші задопомогою коагулянтів. Для позитивно заряджених частинок коагулюючими іонами єаніони, а для негативно заряджених — катіони. Коагулянтами є вапняне молоко,солі алюмінію, заліза, магнію, цинку, сірчанокислого кальцію, вуглекислого газутощо. Коагулююча здатність солей тривалентних металів в десятки разів вища, ніждвовалентних і в тисячу разів більша, ніж одновалентних.
Флокуляція — процес агрегації дрібних частинок забруднювачів у воді зарахунок утворення містків між ними та молекулами флокулянтів. Флокулянтами єактивна кремнієва кислота, ефіри, крохмаль, целюлоза, синтетичні органічніполімери (поліакриламід, поліоксиетилен, поліакрилати, поліетиленаміни тощо)[8].
Для освітлення води одночасно використовуються коагулянти та флокулянти,наприклад, сірчанокислий алюміній та поліакриламід ППА. Коагуляція тафлокуляція здійснюються у спеціальних ємностях та камерах.
При очищенні води використовується і електрокоагуляція — процесукрупнення частинок забруднювачів під дією постійного електричного струму.
Сорбція — процес поглинання забруднень твердими та рідкими сорбентами(активованим вугіллям, золою, дрібним коксом, торфом, селікагелем, активноюглиною тощо). Адсорбційні властивості сорбентів залежать від структури пор,їхньої величини, розподілу за розмірами, природи утворення. Активністьсорбентів характеризується кількістю забруднень, що поглинаються на одиницюїхнього об'єму або маси (кг/м3).
Пристрої для вилучення зі стічних вод або розчинів за цим методомвиготовляють у вигляді фільтрів.
При адсорбції поглинання забруднювачів відбувається тільки поверхнеюадсорбента за рахунок молекулярних сил двох тіл, що взаємодіють.
При хемосорбції поглинання забруднювачів сорбентом відбувається зутворенням на поверхні розподілу нового компонента або фази.
Вибір сорбента визначається характером та властивостями забруднень.Процес очищення стоків різними видами сорбентів здійснюється в спеціальнихколонах, заповнених сорбентами [11].
Екстракція — вилучення зі стічних вод цінних речовин за допомогоюекстрагентів, котрі повинні мати такі властивості: високу екстрагуючуздатність, селективність, малу розчинність у воді, мати густину, щовідрізняється від густини води, невелику питому теплоту випаровування, малутеплоємність, бути вибухобезпечними та нетоксичними, мати невелику вартість.
Екстрагування речовин зі стічних вод здійснюється одним з методів:перехресно потоковим, ступінчасто протипотоковим, неперервно протипотоковим.
Цей спосіб використовується для вилучення зі стічних вод фенолу.
Іонний обмін базується на вилученні зі стічних вод цінних домішок хрому,цинку, міді, ПАР за рахунок обміну іонами між домішками та іонітами(іонообмінними смолами) на поверхні розподілу фаз «розчин — смола».За знаком заряду іоніти поділяються на катіоніти та аніоніти, котрі мають відповіднокислі та лужні властивості. Іоніти можуть бути природними та синтетичними.Практично застосовуються природні іоніти типу алюмосилікатів, гідроокислів тасолей багатовалентних металів, іоніти з вугілля та целюлози та різноманітнісинтетичні іонообмінні смоли.
Основною властивістю іонітів є їхня поминальна здатність — обміннаємність (кількість грам-еквівалентів у стічній воді, що поглинається їм5 іонітудо повного насичення) [7].
Після механічних, хімічних та фізико-хімічних методів очищення у стічнихводах можуть знаходитись різноманітні віруси та бактерії (дизентерійнібактерії, холерний вібріон, збудники черевного тифу, вірус поліомієліту, вірусгепатиту, цитпатогенний вірус, аденовірус, віруси, що викликають захворюванняочей). Тому з метою запобігання захворюванням стічні води перед повторнимвикористанням для побутових потреб підлягають біологічному очищенню.
Стерилізація води здійснюється шляхом нагрівання, хлорування, озонування,обробки ультрафіолетовими променями, біообробки, електролізу срібла, коли анодомс срібний електрод, а катодом — вугілля. Іони срібла мають бактерицидну дію.Для стерилізації 20 м3 потрібно виділити з анода 1 г срібла.2.3 Утилізаціятвердих відходів
У хімічній промисловості і суміжних галузяхутвориться велика кількість твердих відходів, що скорочують земельний фонд іотруюють ґрунт. Важливою умовою охорони ґрунту є суворе дотримання науковеобґрунтованих методик внесення добрив і обробки рослин ядохимикатами.
Одним із самих багатотоннажних відходів хімічноїпромисловості є піритний недогарок, що утвориться у виробництві сірчаноїкислоти. На заводах накопичено близько 40 млн. т піритних недогарків, причомущорічно додається 7 млн. т. Недогарок складається з оксидів заліза, сульфатів іоксидів інших металів, кварцу, алюмосилікатів і неокисленого FeS2. Унедогарку утримується близько 58% Fe, до 2% Сu, невеликі кількості срібла,золота й інших цінних компонентів. Піритні недогарки можуть бути використані вцементній і скляній промисловості. Найбільш перспективна комплексна переробканедогарків з високим змістом Сu, Zn, Pb, Ag і S шляхом випалу, що хлорує, щодозволяє витягти і використовувати цінні компоненти цього відходу. Після витягуцінних металів хлорним випалюванням, недогарок являє собою сировину дляодержання заліза. Як хлоруючий агента можна застосувати відходи виробництвасоди — розчин хлориду кальцію. Недогарок змішують і гранулюють з цим розчином,і отримані гранули обпалюють при 1500 К. При цьому відбувається сублімаціякольорових металів і утворення міцних гранул — сировина для доменноговиробництва чавуна [9].
Значна кількість твердих відходів утвориться увиробництві калійних добрив із сильвініту (KCl+NaCl). На 1 т хлориду каліюутвориться 1,8-2,6 т так званих галітових відходів — хлориду натрію з домішкамиКС1 і інших солей. Складування галітових відходів займає великі площісільськогосподарських угідь і веде до засолення ґрунту, підвищенню вмістумінеральних солей у підземних водах. Галітові відходи можна переробляти наповарену сіль.
У виробництві фосфорних добрив при збагаченні фосфорноїсировини флотацією утворюється велика кількість хвостів збагачення — 1,7-2 т на1 т фосфору. Комплексна переробка цих відходів необхідна з екологічної точкизору і з метою одержання кольорових і рідких металів (Al, Tі, V, Ga), а також ціннихнеметалічних продуктів — соди, поташу, цементу і т.д.
Інший із самих крупнотонажних відходів хімічноїпромисловості — це фосфогіпс, що скидається підприємствами, які виробляютьфосфорну кислоту і фосфорні добрива.
Великі кількості твердих відходів скидаютьпідприємства азотної промисловості, виробництва високополимерних матеріалів ібагато інших хімічних виробництв. Відходи хімічної промисловості все в більшійступені утилізують як вторинну сировину. Однак цілий ряд хімічних заводів,побудованих без обліку вимог екології, до переводу їх на замкнутий виробничийцикл ще тривалий час будуть нарощувати потужності і скидати вся зростаючукількість твердих відходів. Необхідно в короткий термін цілком утилізувативідходи, доводячи їх до товарної продукції, або застосовуючи як вториннусировину. Неутилізовані тверді відходи необхідно знешкоджувати і піддаватипохованню. Орні і лісові ділянки ґрунту, зайняті раніше твердими промисловимивідходами, варто піддавати рекультивації, тобто відновленню природнихландшафтів. Для збереження літосфери необхідно постійно робити рекультиваціюземель навколо промислових підприємств, а також при розкритті земної поверхні зметою видобутку корисних копалин, при прокладці газо- і нафтопроводів і ін.
Існують такі методи знешкодження і похованнятвердих промислових відходів: 1) біологічне окислення в умовах, що моделюютьприродні; 2) термічна обробка; 3) складування відходів на поверхні землі і 4)поховання особливо шкідливих відходів на ділянках, що не мають господарськогозначення — яри, кар'єри, шурфи, траншеї, шпари [9].
Біологічне окислення застосовується длязнешкодження твердих відходів, у тому числі осадів, що утворяться в системахбіологічного очищення.
Термічна обробка — найбільш надійний спосібзнешкодження й утилізації твердих відходів. Спалювання здійснюють увисокотемпературних хімічних реакторах — печах, що забезпечують: 1) ретельнеперемішування для розвитку поверхні контакту фаз і для прискорення зовнішньої івнутрішньої дифузії кисню з метою максимального окислювання органічної частинивідходів; 2) високу температуру, достатню для повного знешкодження токсичноїчастини відходів. Застосовуються найчастіше барабанні і камерні печі, але такожциклонні і зі зваженим (киплячим) шаром твердого металу. У барабанних печахвідходи проходять кілька температурних зон — підсушування, підготовку доспалювання, запалення, горіння, догорання. У зоні підсушування застосовують димовігази з температурою 800 – 10000С. У зоні підготовки твердогоматеріалу відбувається частковий відгін летучих органічних продуктів;температура смоли, що утворюється, досягає 300 С — температури запаленняокремих складових відходів. Горіння твердої маси (у всіх типах печей)починається при 600оС. Температуру в зоні горіння підтримують умежах 1100 — 1500 °С. Найбільше повно й інтенсивно відбувається спалювання вциклонних печах і печах зваженого шару завдяки енергійному перемішуваннютвердого матеріалу з повітрям [9].
Досить перспективна термічна обробка твердихвідходів методом піролізу; продукти піролізу можуть служити енергетичнимпаливом, а також сировиною для органічного синтезу. Піроліз проводять увертикальних циліндричних печах (ретортних). Нагрівання забезпечують задопомогою електричної дуги, струмів високої частоти або застосуванням твердихтеплоносіїв — розплавів солей, продуктів піролізу твердого палива (напівкокс) іін. Піроліз ведуть при 300-900 °С в залежності від необхідного складугазоподібних продуктів. Склад газів залежить від складу відходів, щопереробляються, і від вмісту кисню в зоні піролізу. Для попередження утвореннясажі і токсичних продуктів у реакційну зону вводять водяну пару. Твердийзалишок піролізу може бути утилізований, як наповнювач для пластичних мас ігум, як сорбент.
Тверді відходи переробляють також під високимтиском, під дією якого утворяться спресовані спечені матеріали, що можевикористовувати промисловість будівельних матеріалів; таким методом обробляютьвідходи деревини, відвали золи, відходи збагачення мінеральної сировини.
Поховання твердих промислових відходів уповерхневих сховищах — найбільш розповсюджений спосіб їх знешкодження. Такийспосіб приводить до відчуження великих ділянок землі, що могли б якісновикористовуватися, і до забруднення поверхневих і підземних вод. Основний типповерхневих сховищ — шламонакопичувачі, що будують за каскадним принципом.Шламохранилища включають чашу, береги, греблю і дренажну систему, що захищаєґрунти під спорудженням від фільтраційних деформацій і, що відводить зі сховищазабруднені стоки для знешкодження [9].
Поховання промислових токсичних відходів наділянках, що не мають господарського значення, проводять після їх стабілізаціїобробкою сполучними або цементуючими речовинами — рідким склом, цементнимирозчинами, бітумами. Отримані блоки закладають у кар'єри, шпари, шурфи й іншіприродні або штучні поглиблення в поверхневих шарах землі. Такий прийомзастосовують для відходів, що містять сполуки ртуті, миш'яку, ціанідів, а такождля слабко радіоактивних відходів.
Усі способи консервації і поховання твердихвідходів аж ніяк не безпечні, ведуть до відчуження родючих земель і зв'язані зізначними витратами. Такі прийоми надалі недоцільні і повинні замінятися повноюутилізацією твердих відходів, у першу чергу як вторинну сировину.
Одна з важливих екологічних проблем — видалення івикористання твердих відходів великих промислових міст.
Розділ3 Технологічна схема рекуперації відходів
Вибір шляхів удосконалювання процесів охоронинавколишнього середовища в кожній виробничій системі залежить від економічноїобґрунтованості технічних рішень, а також від природних особливостейконкретного регіону. Наприклад, у південних регіонах нашої країни, у якихрозташоване велике число хімічних підприємств, існує гострий дефіцит водних ресурсів.У таких умовах першочерговою задачею є впровадження водооборотних циклів. Рядстарих хімічних підприємств, розташованих часто в чорті міської забудови,гостро має потребу в скороченні викидів летучих компонентів, зокрема паррозчинників. При впровадженні адсорбційної рекуперації розчинників не тількизапобігається викид в атмосферу токсичних компонентів, але і повертаєтьсязначна їхня частина в основне виробництво. Таким чином, шляхи і методипоступового створення маловідхідних, а потім і безвідхідних виробництв надіючих підприємствах насамперед ґрунтуються на специфіці цих виробництв [10].
Для знову споруджуваних підприємств організаціябезвідхідних технологічних процесів повинна бути закладена на пошуковій іпередпроектної стадії, потім конкретизована при проектуванні і реалізована вході будівельно-монтажних робіт.
Принципова технологічна схема комбінатубезвідхідного виробництва приведена на мал.2. Агресивні пило-газові, рідкі ітверді відходи промислових підприємств за допомогою спеціальних засобів їхньогозабору, перемішування і переміщення нейтралізуються в підземному реакторі,сполученому із системою промислової каналізації.
Пило-газові викиди направляються в реактор зарахунок розрядження, створюваного могутньою вентиляційною установкою. У скруберахі самому реакторі гарячі пило-газові викиди проходять через що розприскується,за допомогою системи розпилення (зрошувачів), слабколужний оборотний розчин, щорозчиняє в собі хімічно активні газові компоненти, а також насичує гази водяноюпарою й осаджує пил. Багатокомпонентна газова суміш, що виходить у реакторі,містить (у порівнянні з повітрям) знижена кількість О2, і підвищенеСО2. Ця суміш охолоджується розчином і по плоскому наземномугазоводу надходить на біологічну обробку, по шляху обігріваючи тепличнегосподарство. Біологічна обробка газів може бути сполучена з виробництвомбіомас.
/>
Рис. 1. Технологічна схема комбінатубезвідхідного виробництва
Агресивні промислові стоки надходять у реактор ізмішуються зі стікаючим потоком оборотного розчину, заповнюючи його збитокчерез упарювання і втрати з осадом. Основна маса твердих відходів (різні шлаки)транспортуються до наземних пристроїв реактора — нейтралізаторові, де лужнішлаки промиваються поданим наверх і проясненим у відстійнику оборотнимрозчином. Після промивання шлаків розчин відстоюється і знову подається назрошення [4].
Визначена частина твердих відходів (пил, шлам)подається на знешкодження в реактор, минаючи нейтралізатор.
Промислові стоки, забруднені нерозчиннимиречовинами, минаючи реактор, подаються в загальний відстійник, де звільняються відсуспензій і заново направляються в систему водообороту.
Горючі відходи йдуть на спалювання в піч,недогарки — на комплексну переробку твердих продуктів, газ — у реактор, тепло — утилізується.
Побутові стічні води піддаються попередньомузнешкодженню, а потім природній обробці в ставках, де доводяться до стану,близького до природного. Вода використовується для технічного водопостачання ійде на зрошення.
У результаті всі промислові і побутові стічніводи замикаються в загальній системі водокористування. Їхнє скидання в природніводойми ліквідується.
Тверді речовини — осад з реактора, виробниче тапобутове сміття, шлаки, недогарки, органічні залишки від біологічного очищенняпобутових і промислових стічних вод надходять у блок цехів для комплексноїпереробки — у добриво, будматеріали і різні види сировини. Такий комбінатбезвідхідного виробництва у визначеній мері моделює, з погляду використанняприродних ресурсів, біогеохімічні системи, що розвилися на Землі.
Висновки
1. Всі відомі технологічні процеси хімічного виробництвасупроводжуються утворенням великої кількості відходів у вигляді шкідливих газівта пилу, шлаків, шламів, стічних вод, що містять різні хімічні компоненти, якізабруднюють атмосферу, воду та поверхню землі.
2. Для знешкодженнявідходів хімічної промисловості використовуються механічні, фізичні, хімічні,фізико-хімічні та комбіновані методи. Механічні методи використовують переважнодля знешкодження газоподібних та парових відходів, вони базуються на використаннісил гравітації, сил інерції, відцентрових сил, принципів сепарації, дифузії,захоплювання. Ці методи використовуються для вилучення пилу з газових відходіву коксохімічному виробництві, виробництві будматеріалів. Фізичні та хімічні методивикористовуються для утилізації в більшості випадків рідких відходів базуютьсяна використанні електричних та електростатичних полів, охолодження,конденсації, кристалізації, поглинання. У хімічних методах використовуютьсяреакції окислення, нейтралізації, відновлення, каталізації, термоокислення. Ціметоди використовуються для утилізації відходів при виробництві мінеральних солейта добрив, неорганічних кислот.
3. Для більшповної та рентабильної утилізації та рекуперації відходів хімічноїпромисловості доцільно використовувати схеми безвідходного технологічноговиробництва.
/>/>Список літератури
1) Антропогенные проблеми экологии / А.И.Коблева. — Днепропетровск:Проминь, 1997. — 144 с.
2) Борнацкий И.И. Теория металлургических процессов. — К.: Техника,1978. — 430 с.
3) Брылов С. А., Штродка К., Грабчак Л. Г. и др. Охрана окружающейсреды. — М.: Высш. шк., 1986. — 272 с.
4) Владимиров А, М., Ляхин Ю. И., Матвеев Л. Т. и др. Охрана окружающейсреды.— Л.: Гидрометеоиздат, 1991.— 423 с.
5) Воскобейников В.Г., Кудрин В.А., Якушев В.А. Общая металлургия. — М.: Металлургия, 1979. — 488 с.
6) ЗлобінЮ.А., Кочубей Н.В. Загальна екологія: Навч. посібник. – Суми: ВТД“Університетська книга”, 2003. – 416 с.
7) КлименкоЛ.П. Техноекологія. – Одеса – Сімферополь, 2000. – 542 с.
8) Мухленов И.М., Табоцева В.Д., Горштейн А.Е. Основы химическихтехнологий. — М.: Просвещение, 1964. — 632 с.
9) Основы химической технологии. / Под ред. И.П.Мухленова. – М.: Высшшкола, 1991. – 463 с.
10) Сытник К. М., Брайон А. В., Гордецкий А. В. Биосфера, экология,охрана природы. — К. Высш. шк., 1987. — 523 с.
11) Экологиягорода: Учебник./ Под ред. Ф.В.Стольберга. – К.: Либра,2000. – 464 с.