М.В.Матвеев,С.И.Антонюк,А.С. Парфенюк. Снижение техногенной опасности технологий термической переработки промбытотходов/Сборник докладов студентов и аспирантов на I Международной конференции на тему "Охрана окружающей среды и рациональное использование природоохранных ресурсов". Донецк:ДонНТУ,2002
СНИЖЕНИЕ ТЕХНОГЕННОЙ ОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПРОМБЫТОТХОДОВ
Донецкий национальный технический университет
Существующие процессы термической переработки промбытотходов представляют техногенную опасность в связи с образованием в них твердых, жидких и газообразных токсичных и канцерогенных веществ. Наиболее опасны гетероциклические галогенированные соединения группы диоксинов, особенно 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксин и 2,3,7,8-тетрахлордибензофуран. ПДК этих супертоксикантов согласно Европейской норме 94/67 ЕС в дымовых газах мусоросжигательных заводов (МСЗ) принята на уровне 0,1 нг/м3.
Основными источниками диоксинов являются процессы, связанные с получением хлор- и бромсодержащих соединений, а также переработки сырья, содержащего эти элементы. Прежде всего, термическая переработка твердых бытовых отходов (ТБО), в которых имеется полный набор диоксинообразующих компонентов.
Разрабатываемая Донецким национальным техническим университетом технология комплексной переработки промбытотходов на основе термической деструкции и синтеза органического вещества отходов в наклонных термолизных печах, также сопряжена с диоксиновой проблемой, хотя при значительно меньшем образовании диоксинов по сравнению с МСЗ. Это связано с повышенной герметичностью агрегатов и более гибким управлением процесса.
Пути образования диоксинов выявлены еще не до конца. Считают, что в процессе переработки ТБО они образуются при температурах 700-1000оС. Объем их образования зависит от условий проведения процесса и исходного сырья, и, прежде всего, наличия в нем Cl- и Br-содержащих компонентов. В ТБО хлор находится в пластмассах, целлюлозно-бумажной продукции и других материалах. Факторами, повышающими образование диоксинов, являются температура выше 150оС, щелочная среда реакции, наличие углерода, СО, хлоридов и соединений меди как катализаторов.
В технологии ДонНТУ диоксины будут образовываться в процессе термолиза в широком интервале температур, но максимум их образования и выделения будет совпадать с периодом наибольшего выхода летучих, имеющих температуру 650-750оС. При этом образование диоксинов по сравнению с МСЗ будет значительно ниже, что связано со спецификой безкислородного ведения процесса. Предварительная сортировка ТБО позволит выделить значительную часть материалов, способствующих образованию диоксинов, что также снижает их концентрацию при термолизе. Диоксины, минимальное содержание которых возможно в твердом термолизном остатке, полностью разрушается при его сжигании в кипящем слое. Особое внимание следует уделить методам разрушения диоксинов и их снижения на указанных стадиях, основные из которых следующие:
Закалка - быстрое охлаждение высокотемпературных газов от 850-1200оС до 150-200оС путем распыливания воды в газовый поток, что позволяет практически мгновенно пройти температурных коридор 250-400 оС, наиболее благоприятный для "нового" синтеза диоксинов.
Создание в составе агрегата камеры дополнительной термолизации, где отходящие газы будут нагреваться до температуры t>=1250 C, при которой происходит полное разрушение диоксинов.
Разрушение диоксинов при температурах 600-800оС расплавами, главным образом карбонатами натрия и калия. Быстрота разрушения обеспечивается высокой скоростью теплоотдачи от расплавленной соли к отходам.
Использование кипящего слоя при сжигании твердого термолизного топлива.
Использование химических технологий:
дехлорирования диоксинов, находящихся в твердых отходах, путем их сплавления с полимерным продуктами, например, APEG (образуется при взаимодействии этиленгликоля с КОН);
обработки реактивом Фентона: сначала солью железа, а затем пероксидом водорода. Течение реакции значительно ускоряется нагревом;
окисления диоксинов кислородом воздуха при температурах выше 500оС;
окисления с помощью RuO4 до HCl, CO2 и Н2О при нагреве до 50-70оС;
окисления отходящих газов с помощью инжекции в их ток водного раствора пероксида водорода.
В результате анализа известных технологий разрушения диоксинов и их физико-химических свойств можно выделить следующие пути снижения диоксиновой опасности термических технологий переработки промбытотходов:
Снижение в исходном сырье доли Cl- и Br-содержащих материалов и веществ-катализаторов.
Уменьшение золоуноса, т.к. диоксины обладают высокой адгезионной способностью и адсорбируются на частицах золы.
Обеспечение наиболее полного сгорания отходящих газов, содержащих диоксины для снижения концентрации СО или органического углерода.
Обеспечение нагрева диоксиносодержащих продуктов выше 1250оС с выдержкой более 2с и предотвращение повторного синтеза диоксинов при охлаждении летучих.
Использование нескольких ступеней очистки для улавливания диоксинов: через сорбалит (смесь активированного угля и гидроксида кальция) и тканевые фильтры.
Удаление и улавливание летучих соединений в замкнутом цикле химической очистки и переработки. Обеспечение герметичности процесса.
Большинство из этих возможностей хорошо реализуемо в предлагаемой технологии. Наибольший эффект может быть достигнут использованием методов на многих стадиях промышленной переработки отходов, в процессе предварительной подготовки сырья, при термолизе компаунд-смесей и сжигании ТТТ с очисткой летучих и отходящих газов.