Апр 15 2001

Термическое обезвреживание пестицидов

Опубликовано в 18:02 в категории Утилизация отходов

Термическое обезвреживание пестицидов

и непригодных лекарственных препаратов

Л.И. Засыпка1, И.Д. Лоева2, Б.И. Псахис3

1Государственная санитарно-эпидемиологическая служба

Одесской области, Украина

2Одесский гидрометеорологический институт, Украина

3НТИЦ « Водообработка» ФХИ НАН Украины, г. Одесса

Проблема обезвреживания и утилизации токсичных отходов на современном этапе развития цивилизации приобрела первостепенное значение, то есть решению этой проблемы посвящены работы ученых многих стран мира.

Рядом организаций Украины и России (в наибольшей мере в НПО "Техэнергохимпром", Россия; НТИЦ " Водообработка" и СКТБ с ОП ФХИ НАН Украины) проведен анализ более 500 видов различных отходов химических производств.

Установлено, что в большинстве своем отходы являются многокомпонентными смесями органических и неорганических соединений. Поскольку состав и агрегатное состояние отходов в большой мере зависят от характера химического производства, то для каждого конкретного случая необходимо исследование физико-химических свойств отходов и разработка соответствующей технологии их термического обезвреживания.

Отходы, которые могут быть обезврежены термическим методом, как правило, высоко токсичны, имеют сложный химический состав. Переработка их в полезные продукты в большинстве случаев экономически нецелесообразна, а удаление в отвалы ведет к загрязнению окружающей среды. Жидкие отходы представлены в основном сточными водами, которые не принимаются на биологическую очистку, и кубовыми остатками после регенерации органических веществ. Пастообразные отходы - это шламы, смолы, осадки из фильтров и отстойников, счистки из емкостей и теплообменного оборудования, образующиеся как от основных технологических процессов, так и от процессов биологической и механической переработки отходов. Твердые отходы обычно представлены де-

ревянной тарой, бумажной, пленочной и тканевой тарой, загрязненной органическими веществами, отработанными фильтроматериалами, загрязненными обтирочными материалами, спецодеждой и т.п.

Применение огневого метода обезвреживания отходов позволяет получать практически нетоксичные газообразные продукты полного окисления, которые удаляются в атмосферу, и минеральную часть (золу), удаляющуюся в отвалы и на переработку.

В ряде случаев, в зависимости от химического состава отходов, дымовые газы могут содержать окислы серы, фосфора, азота, хлористый водород. В этих случаях следует применять специальные уловители и нейтрализаторы токсичных компонентов.

В зависимости от агрегатного состояния и свойств отходов для огневого обезвреживания применяются шахтные, камерные, барабанные вращающиеся, циклонные и другие печи.

Наиболее совершенными для сжигания жидких отходов являются циклонные печи, преимущества которых обусловлены аэродинамическими особенностями (вихревая структура газового потока), обеспечивающими высокую интенсивность и устойчивость процесса сжигания с малыми тепловыми потерями и минимальными избытками воздуха. Это позволяет создавать малогабаритные устройства, работающие с высокими удельными тепловыми нагрузками, в десятки раз превышающими нагрузки камерных, шахтных и барабанных печей. Широкое применение циклонные печи нашли для обезвреживания сточных вод, загрязненных органическими и минеральными компонентами. Подача воздуха и топлива осуществляется тангенциально газо-мазутными горелками предварительного смешения, расположенными на боковой поверхности камеры сгорания. Распыливание сточных вод осуществляется центробежными механическими форсунками, установленными радиально ниже зоны горения топлива. При сжигании тяжелого топлива (мазута), а также при распыливании вязких отходов наблюдается заброс несгоревших частиц на стенки камеры сгорания и образование коксовых отложений, что приводит к нарушению процесса. Подача суспензий центробежными форсунками практически невозможна вследствие их забивания. Для распыления жидкостей с большой вязкостью и суспензий с максимальным размером частиц до 300 мкм применяются пневматические (паровые) форсунки и специальные способы ввода отходов в камеру сгорания. Введение отходов аксиально встречными потоками позволяет аэродинамически запереть приосевую зону, предотвратить образование коксовых отложений и вынос несгоревших частиц с дымовыми газами через приосевую зону, наиболее полно использовать объем камеры сгорания и, в конечном итоге, повысить эффективность процесса. В случае необходимости сжигания большого количества несовместимых отходов подача может осуществляться несколькими пневматическими форсунками, установленными в нижней части вертикальной камеры сгорания и направленными навстречу потоку отходящих газов.

Для предприятий, на которых образуется большое количеств жидких и небольшое количество твердых отходов, применяются комбинированные печи. Твердые отходы подвергаются разложению и частичному сжиганию в камере, расположенной в газоходе печи. Газообразные продукты разложения и неполного сгорания твердых отходов направляются на дожигание в циклонную камеру, в которой сжигаются жидкие отходы и топливо. Совместное сжигание позволяет уменьшить капитальные затраты на создание установки и сократить расход топлива на термическое обезвреживание жидких отходов, обладающих низкой теплотой сгорания.

Оснащение вращающихся печей вихревыми дожигателями позволяет получить дымовые газы с объемной долей окиси углерода менее 0,1%. Дожигатель представляет собой цилиндрическую камеру с пережимом, имеющую тангенциальные каналы для ввода дымовых газов и воздуха. Дожигатель оснащен горелочными устройствами для подачи топлива в случае необходимого повышения температуры.

Термическое обезвреживание пестицидов

В Одесской области скопилось около тысячи тонн ядохимикатов и пестицидов, запрещенных к применению либо пришедших в негодность. В общей массе пестицидов, подлежащих обезвреживанию, около 78% находятся в твердом состоянии, порядка 6% - в пастообразном, а остальная масса – в жидком виде. Кроме того, проблематичным остается временное захоронение 800 тонн дуста ДДТ.

Пестициды, подлежащие обезвреживанию, характеризуются сложным химическим составом и свойствами. Их можно в зависимости от элементного состава действующего вещества (д. в.) условно разделить на следующие группы:

– хлорсодержащие (группа 1);

– хлор-, азотсодержащие (группа 2);

– хлор-, азот-, сера-, металлсодержащие (группа 3);

– сера-, азот-, фосфорсодержащие (группа 4);

– азотсодержащие (группа 5);

– пестициды неизвестного состава и биопрепараты (группа 6);

– молотая и коллоидная сера (группа 7);

– ртутьсодержащие (группа 8).

Наибольшим количеством представлены хлорсодержащие отходы (~ 92%).

По агрегатному состоянию пестициды для подготовки к сжиганию условно разделены на следующие потоки:

поток 1: твердые (порошкообразные) отходы – 1154,22 т, в том числе: [хлорсодержащие пестициды (1085,41 т); хлор-, азотсодержащие (34,74 т) ; хлор-, азот-, сера-, металлсодержащие (13,61 т); сера-, азот-, фосфорсодержащие (6,75 т); азотсодержащие (1,05 т); пестициды неизвестного состава и биопрепараты (1,7 т), сера (5 т); ртутьсодержащие – 8.1 (5,96 т)];

поток 2: пастообразные отходы – 75,15 т, в том числе: [хлорсодержащие пестициды – (48,42 т); хлор-, азотсодержащие (5,39 т) ; хлор-, азот-, сера-, металлсодержащие (7,6 т); сера-, азот-, фосфорсодержащие (8,34 т); азотсодержащие – (5,4 т)];

поток 3: водные растворы – 17,08 т, в том числе: [хлорсодержащие пестициды (14,48 т); хлор-, азотсодержащие (2,6 т)];

поток 4: загрязненная тара - картонные и пластмассовые барабаны, бумажные мешки с полиэтиленовым вкладышем, деревянные ящики (~15 т), металлическая тара.

На основании анализа научно – технической литературы, представленных сведений об отходах, а также опыта работы с подобными отходами предлагаются технические решения по технологии термического обезвреживания запрещенных к применению и пришедших в негодность пестицидов.

Обезвреживание пестицидов, представляющих собой сложные препаративные формы, включающие различные органические, элементоорганические и неорганические соединения, может быть осуществлено термическим методом. Сущность данного метода заключается в окислении органических составляющих отходов кислородом воздуха в интервале температур 800-1300° С с образованием газообразных продуктов сгорания (СО2, Н2О, НСl, SO2, SO3, Р2О5). Минеральные составляющие отходов остаются при этом без изменения или претерпевают превращение с образованием окислов металлов и солей. Сжигание отходов с последующей газоочисткой позволяет полностью решать проблему обезвреживания отходов.

На термическое обезвреживание нецелесообразно принимать молотую и коллоидную серу (5 т), в связи с тем, что при ее сжигании образуются токсичные соединения (SO2, SO3), для нейтрализации которых требуется большой расход нейтрализующего агента. Поскольку физико – химические свойства серы при хранении практически не меняются, необходимо проработать вопрос ее утилизации.

Пестициды, содержащие ртутьорганические соединения, выделены в отдельную группу. Для термического обезвреживания данных отходов необходимо разработать самостоятельную технологию и оборудование.

Поскольку пестициды, подлежащие термическому обезвреживанию, представляют собой тонкодисперсные порошки, пасты и водные растворы целесообразно сжигать их в тонкораспыленном виде.

Для термического обезвреживания отходов рекомендуется установка, включающая оборудование для приема, подготовки, подачи и сжигания отходов, охлаждения, очистки и удаления дымовых газов.

В связи с несовместимостью некоторых видов отходов (например, недопустимо смешение цинеба, пентатиурама, хлорофоса) следует предусмотреть раздельный прием, подготовку, подачу и сжигание по партиям одноименных пестицидов.

Порошкообразные и пастообразные отходы (потоки 1 и 2) поочередно принимаются непосредственно в бункер дозатора или другого оборудования. Жидкие отходы (поток 3) принимаются в приемную емкость.

Подготовка отходов к сжиганию заключается в приготовлении из них легкораспыляемых систем. Из порошкообразных отходов и воды готовят суспензии; из водных растворов и пастообразных отходов при добавлении воды или растворителя (керосина, дизтоплива) готовят эмульсии. Вязкость подготовленных отходов должна быть не более 0,7247 •10-4 м2/с (10° Е). Для получения устойчивых, не расслаивающихся систем рекомендуется суспензии и эмульсии обрабатывать в соответствующем оборудовании.

Загрязненную тару необходимо обезвреживать. Картонные и пластмассовые барабаны, бумажные мешки с полиэтиленовым вкладышем, деревянные ящики направляются на сжигание. Металлическая тара обрабатывается водным раствором щелочи и водой, смыв используется для приготовления суспензий и эмульсий. Металлическая тара после обработки направляется на утилизацию.

Узел сжигания утилизируемого устройства (УС) состоит из камеры сгорания и камеры дожигания. Равномерная подача подготовленных отходов в камеру сгорания, для обеспечения качественного сжигания, осуществляется пневматическими форсунками.

Для первоначального розжига и поддержания температуры в камерах сгорания и дожигания устанавливаются горелки. Температура в камере сгорания поддерживается на уровне 900 – 1100° С. Дымовые газы из камеры сгорания направляются в камеру дожигания, где при температуре 1100 – 1300° С и интенсивном смешении компонентов горения завершается процесс окисления продуктов неполного сгорания.

В качестве дутьевого воздуха используется воздух из системы вентиляции узла приема и подготовки отходов.

Сгораемая тара сжигается одновременно с подготовленными отходами или самостоятельно по мере накопления.

Дымовые газы из камеры дожигания направляются в узел мокрой очистки дымовых газов (УМО), где проходят две ступени очистки в циклонно-пенных аппаратах (ЦПА). В ЦПА первой ступени осуществляется быстрое охлаждение, очистка от пыли и связывание кислых компонентов (HCl, SO2, Р4О10). Нейтрализация кислых компонентов, образующихся при горении отходов, осуществляется за счет введения соответствующего количества нейтрализующего агента; причем часть его вводится в отходы на стадии подготовки, а часть может подаваться отдельным потоком в камеру сгорания или в камеру дожигания, остальное – в узел мокрой очистки дымовых газов.

С целью исключения конденсации водяных паров в газоходе и дымовой трубе (ТД) охлажденные и очищенные дымовые газы направляются в подогреватель газов (ПГ), где нагреваются отходящими из камеры дожигания дымовыми газами до 130 – 200° С и затем сбрасываются в атмосферу.

Подача воздуха на горение отходов и топлива и транспортировка дымовых газов по всему тракту установки осуществляется за счет соответствующих тягодутьевых машин.

Сбрасываемые в атмосферу дымовые газы соответствуют директиве ЕЭС-9367 от 16.12.94г., предусматривающей содержание вредных компонентов в дымовых газах при сжигании опасных отходов: СО не более 100 мг/м3, NOх не более 150 мг/м3; HCl не более 10 мг/м3, HF не более 1 мг/м3, SO2 не более 50 мг/м3, Сорг. не более 10 мг/м3, пыль не более 10мг/м3, сумма ПХДД и ПХДФ (в пересчете на 2,3,7,8-ТХДД) менее 0,1нг/м3. Нормы на содержание вредных компонентов в дымовых газах установлены при следующих условиях: дымовые газы – сухие, температура – 273° К, давление – 101,3 гПа, содержание О2=11 % об.

Зола из узла сжигания и шлам из отстойника (ОТ) содержат в своем составе в основном SiO2, Al2O3, Fe 2O3, TiO2, CaO, MgO, NaCl, Na2SO4, Na4Р2О7, KCl, CuO, ZnO. В зависимости от состава сжигаемого отхода зола и шлам направляются на утилизацию или захоронение. Водный раствор солей из отстойника направляется на охлаждение дымовых газов в узел мокрой очистки.

Технико – экономические показатели установки термического обезвреживания отходов приведены в таблице.

Таблица 1. Технико – экономические показатели

Наименование показателя

Величина

показателя

Производительность установки по отходам, кг/ч

до 250

Производительность печи по подготовленным отходам, кг/ч

до 850

Объемный расход топлива (природного газа), м3/ч

170

Массовый расход сжатого воздуха, кг/ч

250

Массовый расход воды, кг/ч

в том числе:

в узел подготовки отходов

в узел охлаждения дымовых газов

1580

570

1010

Температура дымовых газов перед дымовой трубой, 0С

130 - 200

Расход нейтрализующего агента (NaОН) на 1кг горючего элемента, кг

Хлора

Серы

Фосфора

1,183

2,625

2,710

Объемный расход дымовых газов, нм3/ч

4000

Масса золы и шлама (влажность 40 %), кг/ч

400

Аэродинамическое сопротивление газового тракта, кПа

5,0

Установленная мощность электрооборудования, кВт

140

Площадь, занимаемая установкой, м2

100-120

При двухсменной работе установки производительностью 250 кг/ч отходы сельскохозяйственного производства, накопившиеся в Одесской области, могут быть обезврежены за полтора года. При непрерывной работе установки время обезвреживания накопленных пестицидов составит ~ 7 мес.

Для обезвреживания пестицидов рекомендуется создать установку производительностью 250 кг/ч, включающую узлы приема, подготовки, подачи и сжигания отходов; очистки, охлаждения и удаления дымовых газов.

С целью уточнения технических решений при разработке технологии термического обезвреживания необходимо провести исследования условий приготовления из отходов легкораспыливаемых систем.

Ориентировочная стоимость основного технологического оборудования установки составит 100 000 $.

Термическое обезвреживание

непригодных лекарственных препаратов

Отходы пластмасс предварительно измельчаются и равномерно дозируются в камеру сгорания с помощью шнекового питателя. Прочие твердые отходы, упакованные в сгораемую тару с максимальным размером 300 мм, или россыпью подаются на сжигание с помощью загрузочного устройства, оснащенного толкателем, через загрузочный люк с водоохлаждаемой заслонкой. Жидкие отходы из накопительного бака насосом подаются на форсунку и сжигаются в распыленном виде. В зависимости от реологических свойств отходов применяется механическая или пневматическая форсунка.

Для первоначального розжига, а при необходимости, для поддержания горения установлена горелка, работающая на жидком топливе. Температура в камере сгорания поддерживается на уровне 950-1100° С.

Дымовые газы из камеры сгорания направ­ляются камеру дожигания, где при температуре 1100-I300° С завершается процесс окисления продуктов неполного сгорания. Температурный уровень 1300° С поддерживается при сжигании хлорсодержащих отходов. Для поддержания температурного уровня в дожигателе установлена топливная горелка. Турбулизация потока в дожигателе достигается за счет тангенциального ввода дымовых газов и воздуха. Воздух, необходимый для горения отходов, вентилятором подается в подколосниковое пространство и в воздушное сопло дожигателя.

Зола, образующаяся при сгорании отходов, периодически удаляется из подколосникового пространства. Она не содержит токсичных компонентов и может использоваться в качестве наполнителя для изготовления шлакоблочных изделий.

Дымовые газы после дожигателя проходят две ступени очистки в циклонно-пенных аппаратах. В ЦПА первой ступени осуществляется охлаждение, очистка от пыли и связывание кислых компонентов. В ЦПА второй ступени производится окончательная очистка дымовых газов.

Охлажденные и очищенные газы с температурой 80-100° С направляются в подогреватель газов, нагреваются до 150-200° С и затем сбрасываются в атмосферу. Подогреватель газов входит в состав агрегата сжигания, включающего камеру сгорания и камеру дожигания. Транспортировка дымовых газов по всему тракту установки осуществляется за счет разрежения, со­здаваемого дымососом.

Шлам, отводимый из ЦПА, представляет собой раствор солей (NaCl, Na2SO4, Na2CO3) влажностью 90 % и может сливаться в канализацию.

Б

 

Отходы  на  измельчение

Для охлаждения элементов печи, расположенных в зоне высоких температур, на установке используется вода из оборотного цикла, оборудованного воздушным теплообменником и циркуляционным насосом.

Технико-экономические показатели установки приведены в таблице. Для расчета принят следующий состав отходов: C p –32,8%; H p –3,9%; Sгр –0,2 %; Cl г p –1,8 %; N p –0,7 %; O p –18,1 % ; W p –30,2 %; A p –12,3 %.

Таблица 2.


Наименование показателя

Величина

показателя

1. Производительность по отходам, кг/ч

2. Максимальная производительность установленных горелок по жидкому топливу, кг/ч

3. Расход дутьевого воздуха, max, м3/ч

4. Расход сжатого воздуха, max, кг/ч

5. Расход воды на охлаждение дымовых газов, кг/ч

6. Расход нейтрализующих компонентов (в пересчете на 100 % NаОН), кг/ч

7. Температура дымовых газов, 0С

– в камере сгорания

– в дожигателе

– после ЦПА

– перед дымовой трубой

8. Объем дымовых газов, сбрасываемых в атмосферу, м3/ч

9. Состав дымовых газов перед дымовой трубой, % об.

CO2

H2O

N2

O2

HCl, мг/м3, не более

SO2, мг/м3, не более

NOх , мг/м3, не более

CO, мг/м3, не более

Cорг, мг/м3, не более

пыль, мг/м3, не более

сумма ПХДД и ПХДФ (в пересч. на 2,3,7,8-ТХДД)

10. Количество стоков, направляемых в канализацию, кг/ч

11. Аэродинамическое сопротивление газового тракта, кПа

12. Установленная мощность электродвигателей, кВт

13. Площадь, занимаемая установкой, м2

до 50

до 25

750

15

250

до 1,6

950-1100

1100-1300

80

150-200

до 1000

5,1

29,0

60,0

5,9

10,0

50,0

100

100

10,0

10,0

52,0

5,0

30

40

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.