Автор: Попынов Е. К.
Источник: Научная библиотека диссертаций и авторефератов
Без сомнения можно сказать, что человечество живет в мире отходов. Стремительно двигаясь в нынешнем ритме жизни, человек оставляет за собой также стремительно растущие горы отходов своей жизнедеятельности.
Из общего числа отходов, ежегодно образующихся на земном шаре, 7 млрд. тонн приходится на Россию, на территории которой накоплено 80 млрд. тонн твердых отходов и 1,6 млрд. тонн токсичных отходов, в том числе содержащих канцерогенные вещества [1].
Совершенно четко прослеживается многогранность проблемы отходов в городах Приморского края, например в городе Владивосток, где по данным Администрации края, на территории города ежегодно образуется более 820 тыс. тонн промышленных (ПО) и 260 тыс. тонн твердых бытовых отходов (ТБО). Из них 7,5 тонн чрезвычайно опасных отходов, 62 тонны высокоопасных отходов, 622 030,5 тонн малоопасных и 457 900 тонн потенциально опасных отходов [2].
Опыт зарубежных стран показывает, что для обезвреживания отходов интерес представляют технологии, наносящие минимальный экологический ущерб окружающей природной среде, имеющие низкие капитальные затраты и позволяющие получать прибыль. Эти технологии основаны на тщательно отработанных стадиях утилизации:
Совершенно наоборот складывается ситуация с утилизацией мусора в городе Владивостоке, где в связи с полным отсутствием технологий переработка отходов сводится к складированию на полигоне и сжиганию на мусоросжигательном заводе ("МУПВ "Спецзавод № 1"). Очевидно, что единственный завод (срок службы 30 лет) не справляется со всем объемом отходов, а полигон давно заполнен (6–8,5 млн. тонн накопленного мусора), поэтому несанкционированные свалки поспешно наводняют укромные места краевой столицы.
Поражает бездейственность административных органов по факту использования неэффективной технологии утилизации мусора, основанной на его сжигании, так как при горении выделяется большое количество вредных веществ. Например, при сжигании 3 тонн малотоксичных отходов образуется около 1 тонны высокотоксичной золы. Вместе с дымом в атмосферу выбрасывается множество токсичных канцерогенных веществ (диоксины и фураны — мощные разрушители эндокринной и иммунной систем человека).
Известно, что после первичной сортировки мусора, поступившего на мусоросжигательный завод, а точнее после отделения определенных компонентов (стекла, картона, металла и др.), сжиганию подвергают именно смесь из оставшихся отходов. Очевидно, что механизмы протекания таких процессов сжигания недостаточно изучены, поэтому в данной научной работе сделана попытка показать индивидуальность процессов термической деструкции как отдельных видов отходов, так и их определенных смесей в строгих компонентных соотношениях, для подбора оптимальных условий термических процессов переработки мусора, при которых количество образующихся опасных токсических веществ будет минимально, а основные продукты процессов будут иметь промышленную и коммерческую значимость.
Цель настоящей работы — исследование процессов, протекающих при крекинге нефтешлама и пиролизе отходов резины, пластических масс, а также их смесей в различных температурных условиях с использованием катализаторов и при их отсутствии, для разработки экологически перспективных технологий утилизации отходов.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
Научная новизна исследования определяется следующими положениями:
Практическая значимость работы. Экспериментальным путем показана и обоснованна возможность переработки отходов полимерной природы с использованием процессов термической деструкции. Перспективность предложенных процессов характеризуется как экологическими показателями (отсутствие высокотоксичных веществ и отходов производства), так и экономическими факторами (возможность получения промышленно значимых продуктов, имеющих коммерческий спрос).
На защиту автор выносит:
Проведено исследование процессов крекинга нефтешлама, пиролиза резиновой крошки (использованных автомобильных покрышек) и полиэтилена. Показано, что:
Исследованы процессы пиролиза смесей отходов: нефтешлама, резиновой крошки (использованных автомобильных шин), полиэтилена и полиэтилентерефталата. Показано что:
Процесс пиролиза смеси определенных видов отходов в строгих соотношениях позволяет увеличивать выходы продуктов пиролиза и значительно влияет на их состав.
Проведено исследование процессов термического расщепления углерод — углеродной связи полиэтилентерефталата при повышенной температуре. Показано, что основным продуктом пиролиза полиэтилентерефталата является бензойная кислота.
Использование природного алюмосиликата (цеолита) в качестве носителя ионов тяжелых металлов (Мп2 +, Со2 +, N2 +), приводит к увеличению выхода бензойной кислоты до 37,8 %.
Удельная эффективность катализатора на основе ацетилацетоната никеля(П) растет до 5 % его содержания (от массы алюмосиликата), свыше этого количества стоимость катализатора превышает удельную эффективность по сравнению с использованием таких модификаторов как хлориды металлов.
Твердые отходы процессов пиролиза полиэтилентерефталата (цеолит — углеродные композиты), содержащие ионы тяжелых металлов, являются эффективными сорбентами для адсорбции красителей.
Исследованы процессы низкотемпературного каталитического пиролиза полиэтилентерефталата с использованием ацетилацетонатов Со3 +, Ре3 +, Мо04 +, а также модифицированных цеолитов на основе ацетилацетонатов трехвалентных металлов (Сг3 +, Со3 +, Ре3 +) и шестивалентного молибдена. Показано, что наряду с получением бензойной кислоты образуется терефталевая кислота, то есть помимо разрыва С — C связи происходит окислительное расщепление полимерной цепи полиэтилентерефталата.
Выявлено, что наиболее эффективными каталитическими свойствами обладают цеолиты, модифицированные ионами тяжелых металлов в высокой степени окисления. А именно, использование цеолита, модифицированного Мо02(АА)2 в низкотемпературном пиролизе полиэтилентерефталата, позволяет увеличивать выход основного продукта до 44 %.
Таким образом, каталитический пиролиз полиэтилентерефталата при различных температурных условиях позволяет управлять процессами расщепления полимерных материалов.
Проведено исследование низкотемпературного пиролиза поливинилхлорида. Впервые показана возможность перспективной утилизации хлороводорода, образующегося при пиролизе поливинилхлорида в процессе синтеза трихлорсилана, дальнейшее использование которого возможно в реакции присоединения по двойной связи с непредельными соединениями продукта пиролиза резиновой крошки, с целью получения кремнийорганических полимеров.
1. Гринин А. С. Безопасность жизнедеятельности: учеб. пособие / А. С. Гринин, В. Н. Новиков. М.: ФАИР — ПРЕСС ГРАНД, 2002. — 288 с.
2. Лазарева Л. П. Построение системы управления отходами в городе Владивостоке / Л. П. Лазарева, А. О. Алексейцева // //Материалы II Международного экологического форума «Природа без границ» / Дальневосточный университет. Владивосток, 2007. — С. 491–494.
3. Багрянцев Г. И. Термическое обезвреживание и переработка промышленных и бытовых отходов / Г. И. Багрянцев, В.Е. Черников // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки аналитические обзоры. — Новосибирск, 1995.
4. Воздвиженский Ю. М. Экология: Проблемы и решения на предприятиях связи / Ю. М. Воздвиженский, Н. А. Короткова, Е. Н. Костромина. СПб : Издательство СПбГУТ им. проф. М. А. Банч — Бруевича, 2002. — 210 с.
5. Контроль химических и биологических параметров окружающей среды / под ред. Л К. Исаева. СПб. : Союз, 1998. — 896 с.
6. Shecter A. Levels of dioxins, dibenzofurans and selected other chlorinated organic compounds in food from Russia / A. Shecter, P. Furst., C. Furst., M. Grachev, A. Beim, V. Koptug // Chemosphere. 1992. — Vol. 25. — P. 2009–2015.
7. Beck H. PCDD and PCDF body burden from food intake in the Federal Republic of Germany / H. Beck, K. Eckart, W. Mathar, R. Wittkowski // Chemosphere. 1989. — Vol. 18. — P. 417-424.
8. Defour S. Analysis of polychlorodibenzo-dioxins (PCDDs) and polychlorodibenzo-fiirans (PCDFs) in dairy products in France / S. Defour, D. Fraisse, M. C. Scherrer, B. Schnepp, F. Le Querrec // Organohalogen Compounds. 1997. — Vol. 32. — P. 283–285.
9. Harrison N. PCDDs and PCDFs in milk from farms in Derbyshire, UK / N. Harrison, M. G. de M. Gem, J. R. Startin, C. Wright, M. Kelly, M. Rose // Chemosphere. 1996. — Vol. 32. — P. 453–460.
10. Lorber M. A national survey of dioxin-like compounds in the United States milk supply / M. Lorber, D. Winters, J. Griggs, R. Cook, S. Baker, J. Ferrario, C. Byrne, C. Deyrupe, J. Schaum // Organohalogen Compounds. 1998. — Vol.38. — P. 125–129.