Мар 05 2003

СПОСОБЫ ДЕСТРУКЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Опубликовано в 20:49 в категории Отходы и их утилизация

СПОСОБЫ ДЕСТРУКЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

В ФИЛЬТРАТЕ ПОЛИГОНА с. ПИРОГОВО, г. КИЕВ

В.В. Осипов, Г.М. Гуня, В.Н. Мищенко,

С.Л. Прокопенко, Е.Г. Сиренко

Институт химии поверхности НАН Украины, г. Киев

Накопление воды в объеме свалок твердых бытовых отходов является их общей проблемой и связано, в основном, с атмосферными осадками. Это наблюдается при отсутствии или бездействии соответствующей дренажной системы. В результате происходит замедление, вплоть до полной остановки, жизнедеятельности метанобразующих бактерий и образование фильтрата, состав которого характеризуется высокими значениями ХПК и БПК.

Эта проблема существует на полигоне с. Пирогово, (г. Киев), где фильтрат является высокоминерализованным стоком с высоким содержанием органических соединений, солей тяжелых металлов, ПАВ и аммонийного азота [1]. Его токсичность и сложность организации биологической очистки (в частности, ввиду зависимости ее эффективности от сезонных колебаний температуры) приводит к необходимости использовать физико-химическую обработку.

Есть два принципиально отличных способа очистки – биологический и физико-химический. В условиях Киева возможна их комбинация или только физико-химический, поскольку для биологической очистки (кроме указанных выше затруднений), необходимо существенное разбавление фильтрата и транспортировка его к местам обработки.

Физико-химическая обработка на первый взгляд заметно дороже и, как на сегодня понятно, должна состоять из нескольких различных технологий. Их использование не исключает дальнейшую финишную биологическую обработку, но в этом случае ее применение возможно без строительства специальных сооружений.

Практикуемая ныне в Киеве технология обратного осмоса (аналог практически идеального фильтра) является универсальной, но не обладает потребной мощностью и чрезвычайно дорогая. Ее использование свя-

зано с накоплением концентрата (>20%), который возвращается на свалку, оставляя не решенным вопрос его дальнейшей обработки. Это снимает вопрос утилизации, но увеличивает нагрузку на установки. Кроме того, их импортное наполнение создает зависимость от дорогостоящих (импортных же) профилактических средств очистки фильтрующих мембран.

Кроме фильтрации, в настоящее время во всем мире чаще предпочитают использовать технологии деструкции. Они позволяют не собирать (концентрировать) нежелательные органические примеси, а разлагать их в процессе последовательного разрушения молекул вплоть до углекислого газа и воды (состояние полной минерализации). Этот процесс регулируется и может быть остановлен на стадии образования, например, из токсинов биологически утилизируемых веществ. При этом исчезает необходимость полной деструкции и, соответственно, уменьшаются затраты.

Предлагаемые способы решения проблемы.

Одной из таких технологий, имеющих принципиальное значение, может быть окислительная деструкция органических веществ [2,3]. Эта технология успешно используется для обработки промышленных стоков, вышла на одно из первых мест в мире по распространенности и имеет тенденцию стать основной. Результатом обработки является радикальное снижение количества органических веществ. Неорганические вещества только частично реагируют, поэтому для фильтрата Пирогово с большим содержанием солей требуется дополнительная обработка или большое разбавление. Ею может быть электродиализ или обратный осмос. Для свалки Пирогово применение установки деструкции органических соединений сразу позволяет значительно увеличить ресурс уже используемых установок обратного осмоса, мембраны которых чувствительны к наличию именно органических загрязнений, но успешно выделяют концентрат минеральных солей.

В основе технологии лежат реакции гидроксильных радикалов – наиболее активных из известных на сегодня окислителей. Способы их генерации и транспортировки в среду, подлежащую обработке, могут значительно отличаться как по эффективности, так и по цене. Наиболее известным (и, на первый взгляд, недорогим), способом деструкции, в котором проявляются черты реакции с гидроксильными радикалами, является фотолиз на поверхности закрепленного или дисперсного расходного катализатора (например, TiO2 ) в присутствии атмосферного кислорода. Но оказалось, что его применение ограничивается возможностью протекания принципиально более сложных, чем окислительная деструкция реакций, прозрачностью реакционных сред, коррозией катализатора и т.д.

Заметно отличаются от него реагентные способы обработки. Хотя они предполагают приготовление и доставку окислителя, но менее чувствительны к составу обрабатываемого вещества. Наиболее известен способ "озонирования". Его главным недостатком является высокая селективность в реакциях окисления - не все органические молекулы разлагаются с одинаковой эффективностью. Развитием окислительных методов стали методы "Усиленного Окисления" (Advanced Oxidation). Их общими чертами являются использование эффекта одновременного воздействия окислителя и катализатора, окислителя и действующего «актиничного» света, а также совместное действие окислителя, катализатора и света. Это приводит к так называемому "синергическому" или мультипликативному эффекту, когда действие различных агентов не складывается, а умножается. Результатом является многократное (в тысячи и более раз) ускорение реакции деструкции и принципиальное уменьшение селективности.

Реальные системы, типа фильтрата, имеют существенные ограничения в виде высокой оптической плотности и присутствия в исходной смеси «ловушек» для высокоактивных радикалов. Но, тем не менее, лабораторные опыты на образцах фильтрата Пирогово убедительно показали увеличение скорости деструкции (в ~ 10 раз) в сравнении с обычным озонированием и соответствующим снижением потребления дорогостоящего окислителя - озона. Первые успешные эксперименты пилотных устройств были проведены в г. С-Петербурге на котловане жидких органических (большей частью – нефтепродукты) сбросов на полигоне Сосновый Бор, разделенных на фракции в результате отстоя слоя ~ 15 м и на Борщаговском химфармзаводе в Киеве. Использовалась отечественная разработка, отличающаяся от известных конструкцией реактора и новым эффективным катализатором.

Во всех случаях, независимо от состава исходного раствора, происходит эффективное разложение органических веществ. Для образцов фильтрата Пирогово, уменьшение ХПК (химической потребности кислорода – мере присутствия органических веществ) происходило от ~5000 до ~800. Ненулевое значение ХПК связывалось с высоким содержанием хлоридов – неорганических веществ успешно удаляемых способом обратного осмоса.

Как уже используется предлагаемая технология за границей с оценкой стоимости деструкции модельных веществ.

Разные реализации АО сравнивались на примере полной минерализации 4-хлорфенола и стоков красильного производства. Полное обесцвечивание стоков только озоном происходит за 20 минут. Минерализация на 75%

ЛАБОРАТОРНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАБОТКИ ОБРАЗЦА ФИЛЬТРАТА ПОЛИГОНА

ПИРОГОВО.

04

достигается за 90 минут с использованием технологии АО. Добавление катализатора в систему ускоряет минерализацию 4-хлорфенола, но не эффективно для разложения красителей [4].

На примере реакций с 25 потенциальными загрязнителями питьевой воды (галоидалканы, винилхлорид, дихлорэтан, трихлорэтан, перхлорэтилен, хлорбензол, хлорфенолы, бифенилы, эфиры, пестициды и некоторые ароматические соединения - бензол, толуол, ксилол, этилбензол, альдикарб, атразин, 1,2-дибромо-3-хлорпропан, эндрин, галоформы, линдан, пиклорам и др.) обнаружили, что реакция АО практически неселективна [5].

ОЦЕНКА РАСХОДА ОЗОНА И СТОИМОСТИ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА

(отдельно стоимость оборудования и стоимость требуемой энергии)

Исходим из того, что оценки дают 1 кг озона на 10 м3 фильтрата. Это значение завышено ввиду: а) приблизительности реактора; в) отсутствия количественных данных по необходимым тратами озона (много теряется при фотолизе, при отсутствии рекуперации отходящего озона и т.д.).

ОБЪЕКТ ОЦЕНКИ

СТОИМОСТЬ В у.е.

И ЭНЕРГОЗАТРАТЫ

Стоимость оборудования / 1 г озона в час

71 - 130

Стоимость оборудования подготовки фидерного газа для генератора озона на 1 г озона в час

30 - 45

Затраты энергии на производство 1 г озона в час:

Для генератора озона

Для подготовки воздуха

8 вт на 1 г озона

1 вт на 1 л фидерного газа

Литература

1. В.А. Прокопов, Г.В. Толстопятова, Э.Д. Мактаз //Пути решения проблемы очистки фильтрата свалки твердых бытовых отходов г.Киев// Химия и технология воды, 1995, т.17, №1 С.43-50

2. Е.С. Апостолова, А.А.Пендин, С.В. Холодкевич, П.Г.Юшина /Кинетическая модель окисления органических соединений в водной среде при комбинировании действия озона и ультафиолета.// Журн. приклад. Химии 1995, Т.68, вып. 11, С.1904-1910

3. Handbook Advanced Photochemical Oxidation Processes //U.S. EPA/625/R-98/004, December 1998.

4. Mathieson-I Bradley-RH // Surface Oxidation of Polyether Ketone Films Using Ultraviolet Ozone // JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY 1994, Vol 4, Iss 7, pp 1157-1157

5. Haag-WR Yao-CCD // Rate Constants for Reaction of Hydroxyl Radicals with Several Drinking-Water Contaminants // ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY 1992, Vol 26, Iss 5, pp 1005-1013).

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.