Химические особенности дымовых газов, образующихся при утилизации жидких и газообразных отходов предприятия химической промышленности

Полная исследовательская публикация __________________________ Калайда М.Л. и Желонкин А.А.

Размещено на http://www.allbest.ru/

54 ______________ http://butlerov.com/ _____________ ©--Butlerov Communications. 2014. Vol.40. No.12. P.50-54.

[Введите текст]

50 __________ ©--Бутлеровские сообщения. 2014. Т.40. №12. ________ г. Казань. Республика Татарстан. Россия.

Статья по теме:

Химические особенности дымовых газов, образующихся при утилизации жидких и газообразных отходов предприятия химической промышленности

Калайда Марина Львовна и Желонкин Александр Александрович

Аннотация

Приводятся результаты исследования химических особенностей дымовых газов цеха переработки и утилизации жидких и газообразных отходов. В химическом составе при сжигании жидких и газообразных отходов в дымовых газах выявлены формальдегид, ацетальдегид, метан, фенол, оксиды азота и углерода, диоксид азота. Состав дымовых газов определяется условиями среды их образования и особенностями технологических процессов. Показано, что при сжигании жидких и газообразных отходов концентрации загрязняющих веществ в дымовых газах не превышали предельно допустимые концентрации.

Введение

Атмосферный воздух является одним из основных жизненно важных элементов окружающей природной среды. Высокие темпы развития производства, рост городов, расширяющееся использование атмосферы и возрастающие масштабы воздействия человека на окружающую природную среду требуют повышения внимания к охране атмосферного воздуха.

В настоящее время в биосфере постоянно находится более одного миллиона различных химических соединений антропогенного происхождения, и число их непрерывно растёт. В мире ежегодно синтезируется почти полмиллиона новых химических веществ, многие из которых становятся потенциальными загрязнителями атмосферы [1, 2]. С каждым годом все больше внимания уделяется отходам, образующимся в результате деятельности промышленных предприятий. Во-первых, это обусловлено необходимостью оценки их степени опасности для окружающей среды и здоровью человека. Во-вторых, поиском возможных путей их использования в качестве потенциального вторичного сырья. Термический метод обезвреживания позволяет сжигать вредные химические вещества. Он является универсальным, надежным и эффективным по сравнению с другими методами, во многих случаях он является единственно возможным способом обезвреживания промышленных отходов. Важной частью процесса сжигания отходов является, необходимость постоянного контроля загрязняющих веществ выбрасываемых в атмосферу с отходящими газами. Среди разнообразных техногенных отходов предприятий нефтехимического комплекса выбросы в атмосферу дымовых газов занимают одно из первых мест по объемам.

Анализ динамики валовых выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников в атмосферный воздух в последнее десятилетие выявил, что основное воздействие на окружающую среду оказывают топливная, химическая отрасли и теплоэнергетический комплекс, на долю которых приходится 82.5% массы выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников. По сравнению с 2012 г. снижение валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников произошло в теплоэнергетическом комплексе - на 1.91%, химической отрасли - на 1.19%, транспортной - 0.06%, машиностроении - на 0.39%, строительной отрасли - на 0.08%, пищевой - на 0.14%, сельском хозяйстве - на 0.20% и легкой промышленности - на 0.01%. Рост валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников отмечен в топливной отрасли - на 3.09%, лесной и деревообрабатывающей - на 0.10%, ЖКХ - на 0.13%, прочих отраслях - на 0.66% [2].

Уровень загрязнения атмосферы в г. Казань в 2013 г. характеризовался как «высокий». Среднегодовые концентрации превышали ПДК по 2 загрязняющим веществам: по бенз(а)пирену - в 1.9 раз и формальдегиду - в 2.0 раза. Средняя за год концентрация диоксида азота составила 1.0 ПДК. В течение 2013 г. в Казани было зафиксировано 380 случаев превышения ПДКм.р: по взвешенным веществам - 22 превышения (максимальная из разовых концентраций составила 2 ПДКм.р.); по диоксиду азота - 81 превышение (2.45 ПДКм.р.); по сероводо-роду - 7 превышений (2.5 ПДКм.р.); по аммиаку - 50 превышений (2.25 ПДКм.р.); по формальдегиду - 171 превышение (5.43 ПДКм.р.); по ксилолу - 7 превышений (4.5 ПДКм.р.); по этилбензолу - 12 превышений (6.5 ПДКм.р.); по хлорбензолу - 30 превышений (3.9 ПДКм.р.) [2].

На территории г. Казани одним из предприятий нефтехимического комплекса, образующее большое количество отходов является ОАО Казаньоргсинтез. На предприятии существует цех по переработки и утилизации жидких и газообразных отходов, который перерабатывает около отходов 7304 тонн в год при фактической работе 8415 часов в год. Отходы, поступающие в цех в соответствии с физико-химическими свойствами, составом условно разделены на группы.

Для уничтожения солесодержащих сточных вод, принят метод термического обезвреживания в циклонной топке, заключающийся в высокотемпературном окислении органических составляющих отходов кислородом воздуха при температуре до 1000 єC, с последующей очисткой дымовых газов от минеральных солей [3-6].

Дымовые газы, содержащие пары воды и пыль, из сушилки поступают на сухую очистку в систему сухих циклонов. Предварительно очищенные от уносимой пыли дымовые газы центробежным вентиляторов направляются в циклон с водяной пленкой, где окончательно очищаются и выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу [7, 8, 19, 24].

дымовой газ утилизация переработка

Табл. 1 - Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников в Республике Татарстан по отраслям экономики, тыс. т.

В табл. 1 представлена динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воз-дух от различных стационарных источников в Республике Татарстан по отраслям экономики, тыс. т. по данным литературы [2, 20, 21].

Экспериментальная часть

Материалом для данной работы послужили пробы дымовых газов, отобранные из секции дымовой трубы циклонной топки. Исследование дымовых газов на содержание химических элементов проводилось по пробам, отобранным в сентябре 2014 года. Подготовка материала проводились по ГОСТ 8.536, ГОСТ Р ИСО 5725 [6, 7]. Исследование содержания концентрации вредных веществ проводились фотоколориметрическим и хроматографическим методами анализа [9]. Статистическую обработку результатов исследований проводили с использованием компьютерных программ Microsoft Excel и Statistica 6.0 [8].

Рис. 1 - Подготовка к экологическому анализу

Хроматографические газоанализаторы наиболее широко используют для анализа смесей газообразных углеводородов. Хроматография на бумаге с успехом применима для разделения очень близких по химическим свойствам компонентов, определение которых обычными химическими методами затруднительно. Особым видом распределительной хроматографии является газожидкостная хроматография, широко применяемая в последнее время в различных областях науки и промышленности. Ее используют для разделения (рис. 1) газов и паров жидкостей [9, 10, 24].

Диоксид азота - сильнейший канцероген, даже малое его содержание в атмосфере может вызвать необратимые изменения в живых организмах (мутации). Он (вместе с оксидом азота, который в него окисляется) непрерывно образуется в природе в грозовых разрядах и верхних слоях атмосферы. Но там его получается очень мало и большого вреда это не наносит. Гораздо проблематичнее его образование в техногенных процессах - в двигателях, при химическом производстве [11, 12].

Фенол по степени воздействия на организм относится к высокоопасным веществам [13].

Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны - 0.3 мг/м3. Мак-симально разовая ПДК в атмосферном воздухе населенных мест - 0.01 мг/м3, среднесуточная - 0.003 мг/м3. ПДК в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования - 0.001 мг/дм3. Запах фенола - сильный и сладковатый - начинает ощущаться, если концентрация фенола в воздухе превышает 0.04 ppm (0.000004%). При термическом методе обезвреживания отходов, проходящем при температурах до 1000 єC, сгорают все вредные химические вещества. Метод сжигания является наиболее универсальным, надежным и эффективным по сравнению с другими [11, 19, 20]. В исследованных дымовых газах концентрация фенола не превышала нормативные значения (табл. 2). Важной частью процесса сжигания отходов является, необходимость постоянного контроля загрязняющих веществ выбрасываемых в атмосферу отходящими газами.

Табл. 2 - Результаты измерения веществ в отобранных пробах дымовых газах

При превышении ПДК возможны отравление, раздражение слизистых оболочек и ожог кожи. Острые отравления фенолом происходят главным образом при попадании его на кожу. При общем отравлении наблюдается повышение температуры, нарушение функций нервной системы и дыхания. При хроническом отравлении - раздражение дыхательных путей, расстройство пищеварения, тошнота, слабость, кожный зуд, конъюнктивит. Фенол кумулятивными свойствами не обладает [11, 13].

Для анализа следовых количеств фенолов разрабатываются различные способы их концентрирования из объектов окружающей среды [14].

Формальдегид используют в органическом синтезе, в производстве синтетических смол и пластмасс, для синтеза многих лекарственных веществ и красителей, для дубления кож, как дезинфицирующее, антисептическое и дезодорирующее средство. Формальдегид токсичен, вызывает дегенеративные процессы в паренхиматозных органах. Концентрация формальдегида в дымовых газах при утилизации жидких и газообразных отходов составила 0.7 мг/м3 (табл. 2). Сильное действие на нервную систему, по-видимому, связано с наличием примесей метанола в техническом формальдегиде или превращением формальдегида в организме в метанол и муравьиную кислоту. В то же время считается, что формальдегид быстро окисляется в организме до CO2 (на 70-80%) [11, 15, 16].

Оксид углерода - получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 250 млн.т [17]. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта. Контроль концентрации оксида углерода имеет особую значимость. В анализируемых дымовых газах его концентрация составила 1.33 мг/м3 (табл.2). Особенностью этого газа является то, что он бесцветен и не имеет запаха, воздействует на нервную и сердечно-сосудистую систему, вызывает удушье [18].

Фотоколориметрический метод анализа [9, 10, 15] основан на измерении интенсивности света, прошедшего через окрашенный раствор. Это измерение проводят с помощью специальных оптических приборов-фотоколориметров. Часть светового потока, проходя через раствор, поглощается; прошедший через раствор световой поток, попадая на фотоэлемент, вызывает в нем электрический ток (фототек), сила которого измеряется гальванометром. Сила тока прямо пропорциональна интенсивности падающего на фотоэлемент света. Фотоколориметрические газоанализаторы, основанные на изменении цвета определённых веществ при их реакции с анализируемым компонентом газовой смеси, применяют главным образом для измерения микроконцентраций токсичных примесей в газовых смесях [18, 21].

Выводы

Проведенное исследование дымовых газов показало, что в химическом составе при сжигании жидких и газообразных отходов выбрасываются формальдегид, ацетальдегид, метан, фенол, оксиды азота и углерода, диоксид азота. Их содержание в дымовых газах три термическом методе обезвреживания жидких и газообразных отходов не превышало пре-дельно допустимые концентрации. Термический метод обезвреживания жидких и газообразных отходов позволяет обеспечить концентрации загрязняющих веществ в дымовых газах ниже значений ПДК.

Литература

1. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. 2001. С.31-33.

2. Министерство экологии и природных ресурсов Республики Татарстан. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан. 2013. 275с; Вандраш Я.В., Павленко В.А. Термическое обезвреживание твердых, жидких и газообразных отходов. Изв. Академии пром.экологии. 1997. С.41-43.

3. Решетников С.М., Фролов В.М. Современные подходы к моделированию процесса горения смесевого твердого топлива. Бутлеровские сообщения. 2012. Т.30. №6. С.1-25.

4. Кузьмина Р.И., Голоман Е.З., Иванова Ю.В., Кожахина А.В., Ливенцев П.В. Исследования активности промышленных катализаторов в процессах обезвреживания газов. Бутлеровские сообщения. 2007. Т.11. №3. С.39-43.

5. ГОСТ Р 8.536-96. Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений. М.: Издательство стандартов. 1996. 8с.

6. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. ГОСТ Р ИСО 5725-2002. Москва. - принят и введен в действие Постановлением Госстандарта России от 23 апреля 2002 г. №161-ст. 29с.

7. Султанова Г.Е., Евгеньев М.И., Лапин А.А., Герасимов М.К. Регрессионный анализ в оценке суммарной антиоксидантной активности белых вин. Бутлеровские сообщения. 2010. Т.19. №1. С.55-60.

8. Алыкова Т.В. Химический мониторинг объектов окружающей среды. М.: Химия. 2002. С.78.

9. Коваленко А.Е., Кардонский Д.А., Еганов А.А., Степанова О.Г., Шестакова С.В., Плешакова И.И. Разработка газохроматографического метода определения три-н-бутилфосфата в антигемофильных препаратах. Бутлеровские сообщения. 2014. Т.38. №4. С.79-82.

10. Кипер Р.А. Физико-химические свойства веществ: Справочник по химии. Р.А. Кипер. Хабаровск: Кипер. 2013. 1016с.

11. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. 7. Том.3. М.: Химия. 1976. С.109-110.

12. Химическая энциклопедия. Т.5. М.: Большая Российская энциклопедия. 1998. 782с.

13. Подолина Е.А., Рудаков О.Б. Современные способы концентрирования фенолов из объектов окружающей среды. Бутлеровские сообщения. 2009. Т.15. №2. С.24-36.

14. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. 2-е изд. М.: Химия. 1978. С.163.

15. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия. М.: Химия. 1985. С.190

16. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия. 1981. С.357-359.

17. Степин Б.Д., Цветков А.А. Неорганическая химия. М.: Высшая школа. 1994. С.234-235.

18. Крешков А.П. Основы аналитической химии. Теоретические основы. Качественный анализ. М.: Химия. 1970. 472с.

19. Канаев А.А., Копп И.З. Взаимодействие энергетики и окружающей среды. Л. 1980. 34с.

20. Гринин А.С., Новиков В.Н. Промышленные и бытовые отходы. Хранение, утилизация и переработка. М.: ФАИР-ПРЕСС. 2002. С.185-210.

21. Онучак Л.А., Арутюнов Ю.И., Жосан А.И., Дмитриева Е.В.. Александрова С.В., Количественная газовая хроматография с хиральными жидкокристаллическим сорбентом под действием электрического поля. Бутлеровские сообщения. 2009. Т.18. №8. С.29-35.

Размещено на Allbest.ru