Промышленные и бытовые отходы → Установки для переработки отходовПромышленные и бытовые отходы → Установки для переработки отходовПромышленные и бытовые отходы → Установки для переработки отходовИногда для удаления газообразных загрязнений поток газообразных отходов пропускают через промывные установки. При этом проблема появления сточных вод решается с помощью использования «сухих систем очистки газов», основной составляющей которых является гашеная (негашеная) известь или известняк. Водные растворы (или суспензии) этих материалов распыляют в потоке выбросов газов, что приводит к нейтрализации кислотных газов, а после испарения воды в установке остаются только кальциевые соли минеральных кислот.
Простейшим сооружением для сжигания зараженных отходов может стать траншея в земле глубиной 75 см и шириной до 100 см. На высоте 40 см от дна оборудуют колосники (металлические прутья). Под колосниками размещают горючий материал, а сверху — отходы. Сырые отходы предварительно смешивают с сухим мусором. В среднем для выпаривания 1 кг отходов необходимо до 1300 ккал/кг, а для сжигания органической массы — более 6000 ккал/кг.
Высокотемпературная сушка может не только обеззаразить отходы, но и уничтожить неприятный запах, а иногда высушенные отходы могут быть использованы в качестве вторичного сырья или удобрений. Плотность высушенных отходов в несколько раз меньше, чем сырых. Необходимо отметить относительную дороговизну этого способа: требуется создание специальных цехов, размещение сушилок, транспортирующих устройств, измельчителей массы, специальных печей (например, ракетный двигатель), циклонов (для отделения газообразной фракции), дымососов, вентиляторов.
|
Металл в составе пыли |
Концентрация металла |
Металл в составе пыли |
Концентрация металла |
|---|---|---|---|
|
Алюминий |
12,056 |
Олово |
0,167 |
|
Цинк |
3,08 |
Кадмий |
0,071 |
|
Свинец |
1,76 |
Хром |
0,044 |
|
Медь |
0,185 |
Ртуть |
0,001 |
Для обеззараживания отходов может быть использована пароструйная установка, разработанная ВНИИ ветеринарной вирусологии и микробиологии. Жидкий навоз (при влажности 98%) обрабатывается паром при температуре 130С и давлении 300 Па в течение 15 мин. Из накопительной емкости отходы поступают в обеззараживающую установку, состоящую из 1-го теплообменника (предварительный нагрев поступающих стоков), пароструйных аппаратов, трубчатого выдерживателя, в котором отходы выдерживаются при температуре 130°С, и затем направляются во 2-й теплообменник, где происходит охлаждение до 40С. К недостаткам метода можно отнести невозможность обработки отходов влажностью ниже 98%, а также засорение до непроходимости массы тракта (теплообменника, пароструйных аппаратов).
Во многих случаях целесообразно осуществлять регенерацию некоторых отходов, например отработанных нефтематериалов и масел. Регенерацию отработанных масел осуществляют с применением поверхностно-активных веществ (ПАВ) по схеме: отработанное масло — глина — вода.
Отработанные масла, поступающие на регенерационную станцию, сливаются в приемные емкости (1), из которых они насосом (2) перекачиваются в мешалки (3).
После наполнения мешалки (их может быть несколько) маслом оно подогревается проходящим через змеевик паром до температуры 80°С. После нагрева отработанного масла в мешалку подается сжатый воздух от компрессора (4) и малыми порциями (не более 5% массы масла) 10% водный раствор (5) ПАВ (кальцинированная сода или тринатрийфосфат).
Перемешивание масла с ПАВ для коагуляции взвешенных примесей продолжается до 20 мин, после чего подачу сжатого воздуха и пара прекращают. После отстаивания в течение 4 час происходит осаждение скоагулировавшихся частиц, и смесь промывается горячей водой. После окончания промывки и спуска избытка воды насосом (2) производится перекачка масла в контактную мешалку (6). После заполнения мешалки масло в ней подогревается проходящим через змеевик паром до температуры 80°С, после чего включается электродвигатель перемешивающего устройства и в мешалку (6) при непрерывном перемешивании подаются из бункера (7) отбеливающая глина (до 5% массы масла) и такое же количество воды. Образовавшуюся эмульсию из мешалки насосом (2) подают в трубчатую огневую печь (8) и затем в испаритель (9). Масло с глиной из испарителя насосом (2) подается в фильтр-прессы (10). Отфильтрованное масло поступает в промежуточные емкости (11), откуда в зависимости от качества идет в производство или на повторную обработку (3). Выход регенерированного масла в среднем составляет до 70%, а остальная масса вывозится на свалку. Процесс требует значительных затрат.
Примером использования радиационного метода является примененный в Омской области линейный импульсный ускоритель электронов (ИЛУ-6) для обеззараживания сточных вод. Установка размещена в помещении полузаглубленного типа и состоит из резонатора, генератора и системы электропитания. Для обеспечения радиационной защиты (при мощности дозы 0,1 мр/ч) стены помещения выполнены из сборного железобетона толщиной 1,25 м. Пучок электронов направлен сверху вниз. Ввод и вывод сточных вод выполнен на глубине 2 м. Обеспечивается облучение пучком ускоренных электронов движущегося по лотку со скоростью 1,8 м/с потока сточной воды с толщиной слоя 6 мм. Доза облучения составляет 1000, 1500 и 2000 Гр при энергии электронов 1,4 МэВ.
Метод обеспечивает полную дегельминтизацию сточных вод, а чтобы эффективно устранить другие бактериальные загрязнения необходимо либо снизить скорость течения и толщину слоя стока, либо увеличить дозу облучения и мощность пучка ускоренных электронов, что также может оказаться существенным недостатком метода. После облучения стоки поступают в емкость объемом 250 м3, а затем — в пруд-накопитель. Для исключения неоднородности облучения массы стоков в потоке ускоренными электронами применяется двустороннее облучение.
В США с 1970 г. эксплуатируется очистная установка на 38 м3 бытовых стоков в сутки, в которой стоки после биоочистки обеззараживаются гамма-излучением от ИИИ (60Со). При дозе 5000 Гр число бактерий кишечной палочки снижается в 10 000 раз, происходит снижение ВПК и мутности воды.
В 1971-1972гг. ВНИИВС была доказана возможность использования гамма-облучения для обеззараживания жидкого навоза от возбудителей туберкулеза, бруцеллеза, ящура; болезни Ауески, листериоза, рожи свиней, сальмонеллезов, эшерихиозов, гельминтоза. Например, в жидком навозе с содержанием взвешенных веществ 7300 мг/л, БПК5 — 3140 мг/л и окисляемостью 1784 мг/л инактивация возбудителей туберкулеза наступала после воздействия ионизирующего излучения (ИИ) дозой 13 000 Гр, бруцеллеза — 12 000 Гр, ящура — 9000 Гр, болезни Ауески 7000 Гр, листериоза — 4000 Гр, рожи свиней — 5000 Гр, сальмонеллезов — 2000-6000 Гр, эшерихиозов — 8000 Гр, яиц гельминтов — 1000 Гр. Гибель спор антракоида в жидком навозе происходила при дозе облучения 20 000 Гр.
Стерилизующее действие ИИ обусловливается прямым (возбуждение и ионизация молекул биологически важных компонентов клетки) или косвенным (ионизация молекул воды с образованием свободных радикалов, гидропероксидных и пероксидных соединений) воздействием радиации. Суммарное воздействие этих факторов приводит микробную клетку к гибели. При обеспечении повышенного содержания кислорода в обрабатываемом стоке воздействие ИИ усиливается, что можно осуществить подачей стока на гамма-установку пневматическим способом (сжатым воздухом). Для снижения мощности дозы установки можно осуществлять рециркуляцию стоков или снижать скорость их движения и глубину потока. Перспективным является также дополнительно к облучению применение барботажа воздухом или добавка к стокам аммиака.
В Украинском НИИ механизации и электрификации сельского хозяйства разработан метод электрофлотации жидкой фракции бесподстилочного навоза, полученной после обработки на барабанном вибрационном сепараторе. Особенностью метода является разделение анодного и катодного пространства флотационного аппарата ионитовой мембраной, а для извлечения взвешенных частиц используется водород, выделяющийся на катоде.
Очищенная от взвешенных частиц жидкость неоднородной массы (имеются твердые высокодисперсные и коллоидные частицы с концентрацией до 7 кг/м3) направляется в анодную камеру аппарата, где насыщается мелкодисперсными пузырьками кислорода и обеззараживается за счет атомарного кислорода и озона, образующихся на аноде. В этом процессе в качестве коагулянта используется фосфорная кислота (2 л на 1 м3 фильтрата). Проведенные химический и бактериологический анализы показывают, что процесс обеспечивает снижение БПК5 с 6000 до 1480 мг/л, окисляемость — с 2000 до 800 мг/л, коли-титр может быть доведен до 333, а микробное число — с 5 х106 до 3000, яйца гельминтов флокулировались в пену, которая затем обрабатывалась электрогидравлическим или термическим методом.
Сущность электрогидравлического метода обеззараживания заключается в том, что инфицированную жидкую фракцию стоков порциями подают в специальную камеру и в жидкости производят высоковольтный разряд. Это приводит к возникновению в зоне разряда сверхвысокого давления, мощному ультрафиолетовому и ультразвуковому облучению и ряду других физико-химических воздействий.
В ВИЭСХ исследовалось бактерицидное действие ультрафиолетового облучения на яйца фасциол (А. А. Ковалев, 1980), которые погибали через 4 с при использовании источника излучения мощностью 60 Вт и толщине пленки стока до 1,5 мм. Наибольший эффект обеззараживания стоков электрокоагуляцией достигается при обработке осветленной жидкости ультрафиолетовыми лучами.
|
Условия опыта |
Число яиц гельминтов |
рН фильтрата | ||
|---|---|---|---|---|
|
Плотность тока, А/м2 |
Время очистки, мин |
Исходное |
После очистки | |
|
160 |
2 |
50 |
38 |
2,6 |
|
|
|
52 |
28 |
|
|
|
6 |
48 |
18 |
|
|
320 |
2 |
50 |
10 |
2,6 |
|
|
4 |
51 |
2 |
|
|
|
6 |
52 |
— |
|
|
480 |
2 |
49 |
18 |
5,6 |
|
|
4 |
51 |
2 |
|
|
|
6 |
49 |
— |
|
|
640 |
2 |
52 |
1 |
5,6 |
|
|
|
51 |
— |
|
|
|
6 |
48 |
— |
|
|
800 |
2 |
50 |
1 |
2,5 |
|
|
4 |
49 |
|
|
|
|
6 |
51 |
— |
|
Метод дезинвации и обеззараживания стоков омагничиванием (высоким напряжением) заключается в воздействии на протяжении 6—8 сут переменного магнитного поля (частотой 8—16 Гц) с постоянной составляющей напряженностью 150-500 Э. Эффективность повышается, если процесс протекает в щелочной среде при рН 12,9-13,5 или в присутствии хлорной извести (порядка 100 мг/л).
Другим методом термической обработки отходов является пиролиз, который проводится при высокой температуре в отсутствие кислорода, т.е. сгорания отходов не происходит. Пиролиз приводит к распаду молекул (крекинг) на мономерные и олигомерные органические соединения, которые используются при проведении химических синтезов. Наиболее целесообразно применять этот метод для разложения пластмасс (даже несортированных, которые нельзя использовать для вторичной переработки) и отработанных автомобильных шин.
После проведения пиролиза (разложения больших молекул органических веществ на более мелкие) в принципе получают два основных продукта:
Так как пиролиз не требует кислорода (воздуха), то подлежащие очистке газы (сероводород, органические соединения серы, циановодород, галогеноводрроды) имеют сравнительно незначительный объем, а их сжигание приводит к образованию диоксида серы, оксидов азота, органических и неорганических веществ и выделению неприятных запахов. Сточные воды от установок для пиролиза сильно загрязняются органическими веществами (фенолы, хлорированные углеводороды). В твердых продуктах пиролиза наблюдаются в высоких концентрациях поли конденсированные углеводороды.
|
Количество взвешенных веществ, мг/л |
Расход воды, л/мин |
Коли-титр |
Число микробов в 1 см3 |
|---|---|---|---|
|
2424 |
Без обработки |
10-9 |
9,4 млн |
|
2424 |
0,1 |
10-9 |
8,7 млн |
|
1301 |
0,1 |
10-8 |
380 тыс. |
|
943 |
0,1 |
10-3 |
50 тыс. |
|
282 |
0,1 |
1 |
90 |
|
80 |
0,1 |
1 |
28 |
Из сказанного можно сделать вывод; что пиролиз отходов нельзя считать экологически безопасным методом переработки отходов.
Существует два пути утилизации наиболее распространенных РАО (ТВЭЛов):
Основное требование при захоронении РАО — надежная изоляция от экосферы на весь период их опасного действия. Поэтому в первую очередь возникает проблема хранения отходов. Известны ошибки в обращении с РАО при наработке оружейного плутония в 1949-1951 гг. Жидкие РАО (общей активностью до 2,5 млн Ки) ПО «Маяк» вначале сливались непосредственно в реку и только после осознания опасности — в замкнутые водоемы. Высокоактивные РАО хранились; в специальных емкостях, не отвечающих требованиям, хранилища ПО «Маяк». В 1957 г. произошел взрыв одной из таких (80 т) емкостей с выбросом РВ активностью до 20 млн Ки. Не безопасным оказался и вариант захоронения жидких РАО в глубокозалегающих водоносных горизонтах с замедленным водообменом (60-е годы). К настоящему времени в водоносных горизонтах захоронено более 50 млн м3 жидких РАО с суммарной активностью до 2 млрд Ки. Требования МАГАТЭ не допускают захоронения РАО в жидком виде, особенно для долгоживущих радионуклидов.
Традиционно к низко- и среднеактивным жидким РАО применяют химическое осаждение, ионный обмен, выпаривание, фильтрование, мембранные методы, битумирование, остеклование. При этом можно выделить этапы: улавливание (особенно важен для газообразных РАО), концентрирование (выпаривание жидких РАО), упаковка, хранение, захоронение.
Радиоактивные отходы перед захоронениями доводят до твердого состояния выпариванием, а затем заключают в стеклообразную, цементированную или битумную массу и помещают в металлическую, бетонную, пористую керамическую конструкцию или другое приспособление (в Приморье — это специальное судно «Пенега»). В реакторах электрической мощностью 1 ГВт за год образуется до 500 м3 твердых РАО, а от переработки ТВЭЛов (тепловыделяющих элементов АЭС) еще 10 м3 высокоактивных, 40 м3 среднеактивных и 130 м3 малоактивных РАО. В процессе переработки производится разрушение топливных элементов и растворение их в сильных кислотах с выделением газов и летучих продуктов деления.
Эти газообразные отходы отфильтровываются и поглощаются водой (удаляется полностью радиоактивный йод, а также некоторое количество трития и криптона-85, которые выбрасываются в атмосферу), т.е. при значительном количестве РАО сохраняется угроза заражения биосферы тритием и криптоном. За 40 лeт деятельности ПО «Маяк» в его санитарно-защитной зоне площадью 270 км2 сосредоточено, продуктов радиохимического производства суммарной активностью в 1 млрд Ки (из них более 120 млн Ки депонированы в открытых водоемах и донных отложениях), а в районе захоронения РАО сформировалась линза загрязненных радионуклидами подземных вод площадью до 10 км2, объемом 4 млн м3, суммарной β-активностью 6000 Ки. Первоначально технологическая схема обращения с РАО предусматривала получение нитратацетатных растворов; но при высыхании они оказались взрывоопасными. Захоронение РАО в местах их образования удобно, снижает затраты на перевозки, но при огромных объемах РАО придется создавать большое количество опасных зон захоронения, а обеспечение их безопасной эксплуатации потребует огромных затрат и вывода из оборота значительных площадей.
Выбор мест окончательного захоронения РАО чаще становится вопросом не техническим, а политическим, так как вызывает протест населения, живущего в районе строительства хранилища. Извлекать многие компоненты из отработанного ядерного горючего сейчас нет смысла. Поэтому наиболее распространенной стала технология прессования. Отделив все слаборадиоактивные элементы конструкции (корпус, крышки, колпаки), высокоактивные РАО прессуют, помещают в медный контейнер (не поддается коррозии в течение тысяч лет) и заливают свинцом. За время гарантии надежности контейнера активность содержимого контейнера снизится до безопасного уровня.
Существенным является выбор геологического горизонта для хранилища. Наиболее пригодны для этого глубокие шахты в каменной соли (т.е. можно с уверенностью сказать, что здесь нет контакта с водой, так как соль не растворилась), глине, скальных породах и других водонепроницаемых горизонтах.