Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

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. Таковыми являются пестициды.

Глава 1. ВЛИЯНИЕ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА НА ПОЧВЫ (МЕЛИОРАЦИЯ, ПЕСТИЦИДЫ, УДОБРЕНИЯ).

Для улучшения почвы в целях сельскохозяйственного производства проводят систему мероприятий, называемую мелиорацией. К мелиорации относятся: осушение, орошение, окультуривание пустошей, заброшенных земель и болот. В результате проведения мелиорации потеряно особенно много водно-болотных угодий, что способствовало процессу вымирания видов. Проведение мероприятий по коренной мелиорации часто приводит к столкновению интересов сельского хозяйства и охраны природы. Решение о проведении мелиорации должно приниматься лишь после составления комплексного экологического обоснования и сравнения краткосрочных выгод с долгосрочными народнохозяйственными затратами и экологическим ущербом. Мелиорации сопутствует так называемое вторичное засоление почв, происходящее вследствие искусственного изменения водно-солевого режима, чаще всего при неправильном орошении, реже - при неумеренном выпасе на лугах, при неправильном регулировании паводков, неправильном осушении территории и т.д. Засоление - это накопление в почвах легкорастворимых солей. В естественных условиях оно происходит за счет выпадения солей из засолённых грунтовых вод или в связи с эоловым привносом солей из морей, океанов и с территорий, где широко распространены соленые озера. На орошаемых массивах существенным источником солей могут быть оросительные воды и выпадение солей в почвенной толще из минерализованных грунтовых вод, уровень которых при орошении часто поднимается. При недостаточном дренаже вторичное засоление может иметь катастрофические последствия, так как обширные массивы земель становятся непригодными для земледелия из-за большого накопления солей в почвах, сопровождающегося загрязнением почв тяжелыми металлами, пестицидами, гербицидами, нитратами, соединениями бора.

Пестицидами являются химические вещества, применяемые для уничтожения тех или иных вредных организмов. В зависимости от направления использования они подразделяются на несколько групп.

1. Гербициды (диурон, симазин, атразин, монурон и др.), использующиеся для борьбы с сорными растениями.

2. Альгициды (сульфат меди и его комплексы с алканоаминами, акролеин и его производные) - для борьбы с водорослями и другой водной растительностью.

3. Арборициды (каяфенон, кусагард, фанерон, ТХАН, трисбен, лонтрел и др.) - для уничтожения нежелательной древесной и кустарниковой растительности.

4. Фунгициды (цинеб, каптан, фталан, додин, хлорталонил, беномил, карбоксин) - для борьбы с грибковыми болезнями растений.

5. Бактерициды (соли меди, стрептомицин, бронопол, 2-трихлорметил-6-хлорпиридин и др.) - для борьбы с бактериями и бактериальными болезнями.

6. Инсектициды (ДДТ, линдан, дильрин, альдрин, хлорофос, дифос, карбофос и др.) - для борьбы с вредными насекомыми.

7. Акарициды (бромпропилат, дикофол, динобутон, ДНОК, тетрадифон) - для борьбы с клещами.

8. Зооциды (родентициды, ратициды, авициды, ихтиоциды) - для борьбы с вредными позвоночными - грызунами (мыши и крысы), птицами и сорной рыбой.

9. Лимациды (метальдегид, метиокарб, трифенморф, никлосамид) - для борьбы с моллюсками.

10. Нематоциды (ДД, ДДБ, трапекс, карбатион, тиазон) - для борьбы с круглыми червями.

11. Афициды - для борьбы с тлями.

К пестицидам относятся также химические средства стимулирования и торможения роста растений, препараты для удаления листьев (дефолианты) и подсушивания растений (десиканты).

Собственно пестициды (действующие начала) - природные или чаще всего синтетические вещества, применяющиеся не в чистом виде, а в виде различных комбинаций с разбавителями и ПАВ. Известно несколько тысяч действующих веществ, постоянно используется около 500. Ассортимент их постоянно обновляется, что связано с необходимостью создания более эффективных и безопасных для людей и окружающей среды пестицидов, а также развитием у насекомых, клещей, грибов и бактерий резистентности при длительном применении одних и тех же пестицидов.

Основными характеристиками пестицидов являются активность по отношению к целевым организмам, избирательность действия, безопасность для людей и окружающей среды. Активность пестицидов зависит от их способности проникать в организм, передвигаться в нем к месту действия и подавлять жизненно важные процессы. Избирательность зависит от различий в биохимических процессах, ферментов и субстратов у организмов разных видов, а также от применяемых доз. Экологическая безопасность пестицидов связана с их избирательностью и способностью сохраняться какое-то время в среде, не теряя своей биологической активности. Многие пестициды токсичны для людей и теплокровных животных.

Химические соединения, применяемые в качестве пестицидов, относятся к следующим классам: фосфороорганические соединения, хлорпроизводные углеводороды, карбаматы, хлорфенольные кислоты, производные мочевины, амиды карбоновых кислот, нитро- и галогенфенолы, динитроанилины, нитродифениловые эфиры, галогеналифатические и алифатические кислоты, арилоксиалканкарбоновые кислоты, ароматические и гетероциклические кислоты, производные аминокислот, кетоны, пяти- и шестичленные гетероциклические соединения, триазины и др.

Применение пестицидов в сельском хозяйстве способствует повышению его продуктивности и снижению потерь, однако сопряжено с возможностью остаточного попадания пестицидов в продукты питания и экологической опасностью. Например, накопление пестицидов в почве, попадание их в грунтовые и поверхностные воды, нарушение естественных биоценозов, вредное влияние на здоровье людей и фауну.

Наибольшую опасность представляют стойкие пестициды и их метаболиты, способные накапливаться и сохраняться в природной среде до нескольких десятков лет. При определенных условиях из метаболитов пестицидов образуются метаболиты второго порядка, роль, значение и влияние которых на окружающую среду во многих случаях остаются неизвестными. Последствия неумеренного применения пестицидов могут быть самыми неожиданными, а главное, биологически непредсказуемыми. Поэтому за ассортиментом и техникой применения пестицидов установлен жесткий контроль.

Пестициды поражают различные компоненты природных систем: уменьшают биологическую продуктивность фитоценозов, видовое разнообразие животного мира, снижают численность полезных насекомых и птиц, а в конечном итоге представляют опасность и для человека. Подсчитано, что 98% инсектицидов и фунгицидов, 60 - 95% гербицидов не достигают объектов подавления, а попадают в воздух и воду. Зооциды создают в почве безжизненную среду.

Пестициды, содержащие хлор (ДДТ, гексахлоран, диоксин, дибензфуран и др.), отличаются не только высокой токсичностью, но и чрезвычайной биологической активностью и способностью накапливаться в различных звеньях пищевой цепи (табл.3). Даже в ничтожных количествах пестициды подавляют иммунную систему организма, повышая, таким образом, его чувствительность к инфекционным заболеваниям. В более высоких концентрациях эти вещества оказывают мутагенное и канцерогенное действие на организм человека. Поэтому в последнее время наибольшее применение находят пестициды с низкими нормами расхода (5-50 г/га), распространение получают безопасные синтетические феромоны и другие биологические методы защиты.

Мировое производство пестицидов около 5 млн. тонн. Возрастание объемов применения пестицидов объясняется тем, что экологически более безопасные альтернативные методы защиты растений недостаточно разработаны, особенно в области борьбы с сорняками. Все это обусловливает особую актуальность детального и всестороннего изучения и прогнозирования всевозможных изменений, возникающих в биосфере под влиянием этих веществ. Необходима разработка эффективных мероприятий по предупреждению нежелательных последствий интенсивной химизации, либо по управлению функционированием экосистем в условиях загрязнения.

Для повышения урожайности культурных растений в почву вносят неорганические и органические вещества, называемые удобрениями. В природном биоценозе господствует естественный круговорот веществ: минеральные вещества, забираемые растениями из почвы, после отмирания растений снова возвращаются в нее. Если же в результате отчуждения урожая для собственного потребления или на продажу система нарушается, становится необходимым применение удобрений.

Удобрения подразделяют на минеральные, добытые из недр, или промышленно полученные химические соединения, содержащие основные элементы питания (азот, фосфор, калий) и важные для жизнедеятельности микроэлементы (медь, бор, марганец и др.), а также органические составляющие (перегной, навоз, торф, птичий помет, компосты и др.), способствующие развитию полезной микрофлоры почвы и повышающие ее плодородие.

Однако часто удобрения вносят в количествах, не сбалансированных с потреблением сельскохозяйственными растениями, поэтому они становятся мощными источниками загрязнения почв, сельскохозяйственной продукции, почвенных грунтовых вод, а также естественных водоемов, рек, атмосферы. Применение избыточных минеральных удобрений может иметь следующие негативные последствия:

- изменение свойств почв при длительном внесении удобрений;

- внесение больших количеств азотных удобрений приводит к загрязнению почв, сельскохозяйственной продукции и пресных вод нитратами, а атмосферы - оксидами азота. Все сказанное касается и фосфорных удобрений;

- минеральные удобрения служат источником загрязнения почв тяжелыми металлами. Наиболее загрязнены тяжелыми металлами фосфорные удобрения. Кроме того, фосфорные удобрения являются источником загрязнения другими токсичными элементами - фтором, мышьяком, естественными радионуклеидами (ураном, торием, радием). Существенное количество тяжелых металлов попадает в почвы и с органическими удобрениями (торфом, навозом), за счет высоких доз (по сравнению с минеральными) внесения.

Переудобрение приводит к высоким содержаниям нитратов в питьевой воде и некоторых культурах (корнеплодах и листовых овощах). Сами по себе нитраты относительно нетоксичны. Однако бактерии, обитающие в организме человека, могут превращать их в гораздо более токсичные нитриты. Последние способны реагировать в желудке с аминами (например, из сыра), образуя весьма канцерогенные нитрозоамины. Вторая опасность повышенных доз нитритов связана с развитием цианоза (грудничковая метгемоглобинемия или синюшность) у грудных и маленьких детей. Предельно допустимые количества (ПДК) нитратов для человека, по рекомендации ВАО, не должны превышать 500 мг N - NO3- в сутки. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) допускает содержание нитратов в продуктах до 300 мг на 1 кг сырого вещества.
Таким образом, избыточное вовлечение соединений азота в биосферу весьма опасно. Чтобы снизить негативные последствия, целесообразно использовать совместное внесение органических и минеральных удобрений (при уменьшении нормы минеральных и увеличении доли органических удобрений). Необходимо запрещать внесение удобрений по снегу, с самолетов, сбрасывать отходы животноводства в окружающую среду. Целесообразно разрабатывать формы азотных удобрений с небольшой скоростью растворения.

Для предотвращения загрязнения почв и ландшафтов различными элементами, в результате внесения удобрений, следует применять комплекс агротехнических, агролесомелиоративных и гидротехнических приемов в сочетании с интенсификацией природных механизмов очистки. К таким приемам можно отнести полезащитную агротехнику, минимальную обработку почв, совершенствование ассортимента средств химизации, мало - и микрообъемное внесение удобрений вместе с семенами, оптимизацию сроков и доз внесения. Кроме того, этому будет способствовать создание агролесомелиоративных систем и организация системы химического контроля за составом минеральных удобрений, содержанием тяжелых металлов и токсических соединений.

Глава 2. ТЕРМИЧЕСКОЕ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ПЕСТИЦИДОВ

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 деревянной 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.

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, Fe2O3, 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.

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.

Глава 3. ПУТИ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ НЕКОТОРЫХ ПЕСТИЦИДОВ, ЗАПРЕЩЕННЫХ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

К 70-м годам прошлого века в сельском хозяйстве активно применяли десятки тысяч видов химических препаратов, которые представляют опасность для окружающей среды и здоровья человека. Под нажимом общественности в европейских странах многие пестициды были запрещены, а применение других поставлено под строгий контроль.

В хлопкосеющих регионах Узбекистана количество вносимых в землю пестицидов достигало 54 кг/га. Список химических препаратов включал более 170 наименований, в том числе стойкие органические соединения (ДДТ, гептахлор, токсафен, дильдрин, мирекс, полихлорбифенилы, хлордан, гексахлорбензол, альдрин, эндрин, фентиурам), а также соединения мышьяка, нитрофенолы. Пестициды обычно распыляли с использованием сельскохозяйственной авиации. В аграрных регионах республики экологическая ситуация достигла критического уровня. Загрязненность минеральными удобрениями, гербицидами и пестицидами в десятки раз превысила предельно допустимые нормы. В отдельных областях ежесуточно в организм человека с пищевыми продуктами поступало до 9 мг пестицидов, в том числе ДДТ, БИ-58, хлорофос, ТМТД, соединения меди.

Как правило, местное население, живущее рядом с захоронениями химических препаратов, не осведомлено об опасности, которую они представляют: полигоны используют под выпас скота, нередки случаи вскрытия могильников, выкапывания инвентаря, тары, в которой хранятся химикаты. Проблема рационального управления пестицидами становится все актуальнее.

Нами предпринята попытка обезвреживания непригодных к использованию пестицидов и получения из них полезных химических продуктов. Пестициды служили основным сырьем или дополнительным компонентом в химико-технологических процессах получения высокомолекулярных соединений, поскольку полимерные аналоги многих токсичных соединений менее опасны. В зависимости от химического состава и свойств пестицида мы использовали методы радикальной и ионной полимеризации, поликонденсации, полимераналогичные превращения, а также модификацию существующих реакционно-способных полимеров молекулами пестицидов.

Показана возможность полного обезвреживания высокотоксичных веществ и получения газообразных и жидких горючих материалов методом высокотемпературного пиролиза в специальных условиях. Схема установки представлена на рис. 1.

загрязнение почва пестицид обезвреживание

Рис. 1. Принципиальная схема лабораторной пиролизной установки периодического действия:

1 -- реактор пиролиза; 2 -- печь; 3 -- конденсатор-холодильник; 4 -- сборник-мерник; 5 -- счетчик газа; 6 -- реактор каталитического окисления; 7 -- адсорбер; 8 -- абсорбер; 9 -- топка; ПГС -- парогазовая смесь; ГЖС -- газожидкостная смесь; ГП -- газ пиролиза; ПКС -- парокислородная смесь; ГПКО -- газ пиролиза после каталитического окисления; ГПАд -- газ пиролиза после адсорбции полиметаллическими оксидами; ГПАб -- газ пиролиза после абсорбции известковым молоком; ПО -- полиметаллические оксиды; ИМ -- известковое молоко; В -- воздух; ТГ -- топочный газ; ПК -- пироконденсат; ДГ -- дымовой газ

Смесь определенного количества сырья и нейтральной насадки-теплоносителя (в виде фарфоровых шариков диаметром 5 мм) в соотношении 1 : 1 загружают в реактор 1, где с помощью газовой печи 2 поддерживают необходимую температуру. Насадка обеспечивает равномерное нагревание смеси и выделение потока продуктов разложения. В процессе термической деструкции сложные органические молекулы разлагаются на более простые и образуется парогазовая смесь (ПГС). Температура в реакторе измеряется хромель-алюмелевой термопарой, соединенной с милливольтметром.

Возможны два варианта осуществления процесса пиролиза.

1. ПГС из реактора 1 поступает в конденсатор-холодильник 3, где из продуктов пиролиза выделяется жидкая фракция. Газожидкостная смесь (ГЖС) из конденсатора-холодильника 3 поступает в емкость 4, а газ пиролиза (ГП) направляется в печь 2 в зону горения топочного газа (ТГ) как дополнительный источник энергии. Во избежание загрязнения атмосферы кислыми продуктами пиролиза дымовой газ (ДГ) пропускают через адсорбер 7, наполненный хемосорбентом на основе золы, и через абсорбер 8 с известковым молоком Са(ОН)2. В зависимости от свойств полученный пироконденсат можно использовать как сырье для химической промышленности (растворители, добавки к топливам и т. д.), а пирокарбон (чистый углерод) -- как сажу, графит, кокс или активированный уголь.

Таким образом, в результате пиролитического разложения образуются пирогаз, пироконденсат и пирокарбон (остается в реакторе). Количество пирокарбона определяется весовым методом, пироконденсата -- мерником 4, пирогаза -- счетчиком газа 5.

Результаты процесса пиролиза ядохимикатов при 800 °С представлены в табл. 1.

Таблица 1

Продукты пиролиза сложных органических соединений на выходе из реактора при 800 °С

2. Без конденсации жидких компонентов и охлаждения продукты пиролиза в виде ПГС при температуре 300--400 °С направляют в реактор каталитического окисления 6, где происходят их дальнейшая деструкция и полное окисление. Для этого используют алюмоникелевый катализатор. В реактор подают парокислородную смесь. Химический состав пирогаза после каталитического окисления определяли хроматографическим методом. Результаты анализа представлены в табл. 2.

Таблица 2

Химический состав пирогаза после каталитического окисления продуктов пиролиза

Как видно из табл. 2, в результате каталитического окисления образуются в основном неорганические оксиды и низкомолекулярные омыляемые органические углеводороды. Для улавливания и обезвреживания опасных веществ пирогаз после окисления подвергают хемосорбционной очистке адсорбцией и абсорбцией соответственно в аппаратах 7 и 8. Кислые газы реагируют с оксидами и гидроксидами металлов, присутствующими в составе адсорбента, и известковым молоком Са(ОН)2, залитым в абсорбер. В результате кислые соединения превращаются в нейральные неорганические соли, безопасные для окружающей среды. Некоторые из них можно использовать как сырье для химической промышленности и даже в качестве минеральных удобрений -- Са(NО3)2, Са2(РО4)3 и т. д. Результаты анализа химического состава пирогаза после хемосорбционной очистки представлены в табл. 3.

Как видно из табл. 3, после хемосорбционной очистки в выбросах присутствуют только углекислый газ и пары воды.

На основе проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

-- впервые установлена возможность обезвреживания токсичных органических соединений методом термического пиролиза с последующим каталитическим окислением;

-- в результате пиролитической деструкции образуются низкомолекулярные углеводородные соединения: пирогаз, пироконденсат и пирокарбон;

-- в зависимости от химического состава исходного ядохимиката в перечень продуктов пиролиза, кроме углеводородов, входят низкомолекулярные соединения, содержащие галогены, серу, азот, фосфор в виде соединений с органическими веществами и в оксидной форме;

-- образующиеся низкомолекулярные соединения эффективно улавливают и обезвреживают, используя специальную каталитическую и сорбционную технологию.

Размещено на Allbest.ru