Введение в специальность

УТИЛИЗАЦИЯ ЦЕННЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ

Утилизация отходов является одним из основных направле­ний в ресурсосберегающей технологии. Под утилизацией отходов следует понимать комплексную их переработку с целью получения промышленной или другой продукции. Утилизация тесно связана с рациональным использованием природных ресурсов.

Успешное решение вопросов утилизации приводит к тому, что взамен понятия «отходы производства» возникает более правиль­ное — вторичное сырье, имеющее отношение не только к основно­му производству, но и к системам регенерации, рекуперации и очистки промышленных выбросов.

Методы утилизации основаны на физико-химических исследо­ваниях свойств и структуры отходов, позволяющих определить принципиальную возможность их использования в том или ином производстве.

В зависимости от возможности утилизации отходы подразде­ляются на используемые и неиспользуемые. К используемым отхо­дам относят такие, которые пригодны в качестве сырья или добавки к сырью для выработки продукции как на самом предприятии, где образуются отходы, так и за его пределами, а также исполь­зующиеся в качестве топлива, кормов и удобрений. По степени использования отходы могут быть полностью или частично исполь­зуемыми.

Неиспользуемые отходы — это такие отходы, которые на совре­менном уровне развития науки и техники не могут быть использо­ваны в народном хозяйстве, либо их использование экономически нецелесообразно.

Определение объемов отходов возможно только с учетом нор­мативов их образования. Под нормативами образования отходов подразумевают поэлементные составляющие норм, характеризую­щие расход основных и вспомогательных материалов, их потери и остатки при производстве единицы продукции на соответствующих стадиях технологического процесса. Эти нормативы должны:

С наибольшей полнотой отражать конструкционные, техноло­гические и организационные предпосылки экономии материалов, способствовать максимальному использованию внутренних резер­вов производства;

Ориентироваться на передовой опыт экономии материалов и подкрепляться конкретными организационно-техническими ме­роприятиями, обеспечивающими их выполнение;

Быть динамичными, т. е. пересматриваться по мере совершен­ствования техники и технологии производства и роста достижений науки;

Отражать планируемый уровень снижения материальных зат­рат и себестоимости сопоставимой продукции.

Нормативы образования отходов разрабатываются для всех видов отходов и побочных продуктов производств на основе мате­риального баланса образования независимо от того, используются они или нет. Нормированию подлежат отходы, образующиеся на каждой стадии технологического процесса.

С целью получения исходных данных, необходимых для разра­ботки мероприятий по утилизации отходов с учетом их объема,

Состава, условий образования, периодически проводят инвентари зацию промышленных отходов по утвержденной форме.

Рассмотрим направления утилизации наиболее характерных отходов химических производств (см. гл. 5).

Сокращение количества неутилизируемых пиритных огарков достигается выделением из них соединений редких и цветных металлов и получением железных окатышей для черной метал­лургии, так как огарки содержат 58 % железа, до 5 % меди, суль­фат кальция, небольшие количества серебра, золота и некоторых других ценных компонентов.

Пиритные огарки могут быть с успехом использованы цемент­ной, стекольной и промышленностью строительных материалов. Примеиение огарка в качестве одного из компонентов смеси для обжига цементного клинкера позволит сэкономить значительные средства, которые расходуются на добычу и переработку неруд­ных материалов, а также на строительство отвалов.

Фосфогипс можно использовать для мелиорации солонцовых почв, в производстве цемента, для получения серной кислоты и извести, высокопрочного гипсового вяжущего и изделий на его основе. Переработка фосфогипса в указанные продукты даст воз­можность сэкономить традиционное сырье — природный гипс, кол­чедан и известняк, а также ликвидировать расходы на сооружение и содержание складов фосфогипса.

Учитывая возрастающие масштабы выпуска комплексных фос­форных удобрений, можно сделать вывод, что рациональное использование фосфогипса имеет огромное народнохозяйственное значение.

Утилизация хвостов обогащения является частью проблемы комплексного использования минерального сырья. Из них можно выделять нефелиновый, титаномагниевый, сфеновый и этриновый концентраты, которые служат сырьем при получении цветных и редких металлов. Из фосфоритной рудной мелочи можно полу­чить продукт, являющийся сырьем для получения желтого фосфо­ра с хорошим выходом. Перспективно использование фосфато­кремнистых сланцев — отходов обогащения фосфатных руд — в качестве спекающей добавки при получении окатышей в произ­водстве желтого фосфора.

Хвосты флотации серных руд могут с успехом применяться в качестве удобрения для кислых почв.

Галитовые отходы можно использовать для получения поварен­ной соли.

Утилизация дистиллерной жидкости дает возможность полу­чить хлорид кальция и поваренную соль, известковую муку, товар­ную и строительную известь, сухой молотый мел и преципитат.

Абгазную соляную кислоту после очистки или возвращают в технологический цикл, или используют для получения элементар­ного хлора, хлороводорода, хлорсульфоновой кислоты, четырех­хлористого углерода, применяемых в химической и пищевой промышленности, черной металлургии, медицине и других отраслях.

Шлаки желтого фосфора служат хорошим сырьем для произ­водства различных строительных материалов, гранулированного шлака, литого шлакового щебня, шлаковой пемзы.

Гидролизная кислота может быть использована в производст­ве удобрений вместо технической серной кислоты или повторно после предварительной регенерации — в производстве диоксида титана.

Отходы черной и цветной металлургии, электростанций и уголь­ных шахт широко применяются для производства строительных материалов. Зола ТЭС, например, используется для изготовления сланцезольного цемента, многочисленных строительных изделий (панелей, блоков, теплоизоляционных плит, силикатного кирпича и др.). Кроме того, она служит для щелочения кислых почв в качест­ве удобрения.

Древесную кору можно использовать как удобрение. Для это­го ее предварительно измельчают до частиц размером 5—10,мм, смешивают с минеральными азотсодержащими добавками и фор­мируют компостные бурты. Основные добавки — аммиачная вода и суперфосфат. Ионообменные и фильтрующие свойства коры позволяют использовать ее в виде фильтрующего материала, на­пример на фильтрах для осветления сточных вод. Кора может слу­жить сырьем для получения дубильных веществ.

Отходы сортирования древесной щепы в виде опилок и крупной щепы выгодно смешивать с корой, так как это понижает среднюю влажность и придает отходам консистенцию, более удобную для транспортировки, хранения в бункерах и сжигания в специальных котлах КМ-75.

Отработанную щену из пневого осмола — отход канифольно - экстракционного производства — используют для выработки цел­люлозы.

В гидролизной промышленности из древесных опилок произво­дят спирт, дрожжи и фурфурол. Вторичный отход — лигнин — сжигают или компостируют.

Кислотный шлам служит сырьем для производства селена, используемого в приборостроительной, радиотехнической и других отраслях промышленности.

Сучки, иепровар, отходы тонкого сортирования подвергают размолу и получают оберточную бумагу и древесно-волокнистые плиты.

Избыточный активный ил, скоп или шлам-лигннп находят при­менение в производстве тарного картона, а также в качестве кор­мовых добавок и удобрения по утвержденным Временным техни­ческим условиям. Результаты вегетационных и полевых исследо­ваний показали, что активный ил является быстродействующим удобрением, по эффективности он эквивалентен сульфату аммония и аммонийной селитре.

Из шлам-лигнина можно получить сульфокатионит, сочетаю­щий высокую обменную и осветляющую способность. Таким обра­зом, отходы от химической очистки сточных вод вновь использу­ются для ионообменной очистки сточных вод. Кроме того, шлам - лигнин может быть применен в композиции дорожных покрытий, как наполнитель при изготовлении резины для получения смол с высокими клеющими свойствами и жизнеспособностью, а также в качестве сырья для изготовления сорбентов типа активных углей и сульфокатионитов.

Шламы газопылеочистки также находят применение. Так, при очистке дымовых газов ИРП образующаяся пульпа кальциевых солей возвращается в цикл регенерации. Она может быть исполь­зована и для химической мелиорации кислых почв в сельском хо­зяйстве.

Примером утилизации газообразных отходов химической тех­нологии сульфатно-целлюлозного производства может служить использование низкокипящнх метилсернистых соединений — ме - тилмеркаптана (ММ) и диметилсульфида (ДМС), обладающих очень неприятным запахом и токсическим действием. Из них получают одорант сульфан и растворитель диметилсульфоксид (ДМСО). Последний нетоксичен и не имеет неприятного запаха.

За рубежом проводится промышленный синтез ДМСО путем окисления ДМС оксидами азота в жидкой фазе по реакции:

С1Ь—8—СПз + Ы02--- ► СНз—БО—СНз + N0.

При этом выделяются газообразные токсичные продукты. В Ленинградском технологическом институте целлюлозно-бумаж­ной промышленности разработан новый способ окисления ДМС пероксидом водорода, исключающий образование вторичных ток­сичных газов. Он основан на реакции:

С113—.4—С113 + 11202 ► С113— 80—СНз + IЬО.

Для выделения и очистки ДМС, содержащегося в головной фракции разгонки скипидара-сырца, а также для получения ДМСО была разработана технологическая схема опытно-промыш - ленного цеха, эксплуатируемая вот уже 15 лет на Марийском целлюлозно-бумажном комбинате.

Цех состоит из 4 отделений: очистки сырья и выделения ди­метилсульфида; окисления ДМС; удаления воды и примесей из ДМСО дистилляцией; разлива товарного ДМСО.

Очистка сырья легкокипящей фракцией, улавливаемой из сду - вочных конденсатов варочного цеха, производится в мешалке. Одорант-сырец обрабатывается каустиком для извлечения метил - меркаптана.

Отработанная щелочь направляется в цех регенерации, а сырье — в аппарат для отгонки ДМС. Второй этап очистки — ректификация сырья для выделения 100 %-го ДМС. При обогреве куба паром через колонну и холодильник отгоняется 100 %-й ДМС и собирается в сборник чистого ДМС.

Окисление в эмульгаторе и реакторе производится при пере­мешивании и охлаждении двух несмешивающихся жидкостей: ДМС й пероксида водорода. Возможны два вида режима окисле­ния: периодический, заключающийся в медленном приливании окислителя к определенному объему ДМС, и непрерывный — про­цесс жидкофазного эмульсионного окисления гетерогенной смеси ДМС и пероксида водорода. Количество реагирующих жидкостей должно поддерживаться строго в пределах 1,2 моль ДМС на 1 моль пероксида водорода.

Продукты, получаемые в реакторе, подают для отделения из­бытка ДМС во флорентину, из которой ДМСО (водный) сливают в буферную емкость. Все газооттяжки из реакторов и емкостей, содержащих ЛВЖ, соединены со скруббером; здесь пары улавли­вают водопроводной водой. Масло сепарируют во флорентине и возвращают в цикл через сборник.

Для отделения воды, удаления примесей и окончательной суш­ки ДМСО подвергают вакуум-дистилляции в дистилляторе. Ва­куум в системе создают насосом через вакуум-ресивер. Дистилля­тор обогревают при помощи паровой рубашки. Пары ДМСО поступают в насадочную колонну и затем в холодильник, а кон­денсат ДМСО через смотровой фонарь собирают в вакуум-сбор­ник. После анализа ДМСО (товарный) разливают в специальном помещении, оборудованном мойкой для тары, сушилкой и разли­вочным столом. Товарный ДМСО затаривают в однокилограммо­вые склянки с полиэтиленовыми прокладками и герметически навинченными пробками и используют в фармацевтической про­мышленности. Так из вредных выбросов получают весьма эффек­тивный лекарственный препарат — димексид.

Для удовлетворения все возрастающей потребности в димекеи - де в Ленинградском технологическом институте целлюлозно-бу­мажной промышленности разработан новый метод — деметили­рования лигнина отработанного черного щелока, подвергающего­ся обычно сжиганию. В процессе деметилирования лигнина обра­зуется ДМС, а из деметилированного лигнина можно получить ванилин, протокатеховую и щавелевую кислоты, //-крезол, слу­жащие базой для производства волокнообразующих полимеров.

Парогазовые выбросы того же сульфатно-целлюлозного про­изводства в виде так называемой терпентинной сдувки содержат скипидар. Технология утилизации скипидара сводится к конден­сации сдувок в поверхностных конденсаторах, разделению полу­ченного конденсата на верхний слой — сырой скипидар, и ниж­ний — подскипидарную воду, очистке сырого скипидара пере­гонкой. Очищенный скипидар широко применяют как растворитель в лакокрасочной промышленности, он служит сырьем для получе­ния синтетических камфары и смол, инсектицидов, высыхающих масел, пластификаторов. Кубовый остаток перегонки — желтое масло ■— используют как флотореагент.

Из вредных для водоемов жидких выбросов этого производст­ва — сырого сульфатного мыла — получают канифоль для бумаж­ной промышленности и жирные кислоты, идущие для производ­ства хозяйственного мыла.

Другим примером является утилизация цимола, который полу­чается в процессе варки сульфитной целлюлозы из основной части скипидара (а-пинена). Он находится в сдувках и, попадая в кислоту, образует стойкую эмульсию. Поэтому основным принци­пом улавливания цимола является освобождение «-цимольной фракции от избытка жидкости в сепараторе.

С 1 т целлюлозы отбирают 2—3 кг цимола. Его используют в качестве добавки к моторному топливу (для повышения октаново­го числа бензина), в лакокрасочной промышленности, в производ­стве толуола, ментола и лавсана (терилена). Накапливание цимо­ла в кислоте способствует возникновению вредной смолистости и активизации процессов самоокисления, которые могут привести к сбросу в канализацию большого количества кислоты. Полу­чение цимола предотвращает указанные трудности.

Золу ТЭС используют для щело ения кислых почв в качестве удобрения, для изготовления сланцезольного цемента, многочис­ленных строительных изделий (панели, мелкие блоки, тепло­изоляционные плиты, фундаментные блоки, силикатный кир­пич и др.).

Для уменьшения выбросов диоксида серы ТЭС в атмосферу применяют следующие методы: удаление серы из твердого и жид­кого топлива, газификацию сернистого мазута на ТЭС с очисткой продуктов газификации от серы, связывание серы в процессе сжигания мазута в кипящем слое частиц известняка, очистку дымовых газов от оксидов серы.

Для снижения выбросов оксидов азота при сжигании энерге­тических топлив в ТЭС стремятся снизить уровень максимальных температур в топке, уменьшить концентрацию кислорода в зоне реагирования и сократить время пребывания газов в зоне высоких температур. Для реализации этих требований в промышленных условиях применяют рециркуляцию газов, двухступенчатое сжига­ние, уменьшение избытка воздуха, рассредоточение зоны горения в объеме топки и повышение скорости охлаждения факела, сниже­ние прогрева воздуха, уменьшение нагрузки котлоагрегата, впрыск воды или пара.

Предотвращение загрязнения окружающей среды выбросами АЭС обеспечивается очисткой газообразных радиоактивных отхо­дов, технологических газов, вентиляционного воздуха и дальней­шим совершенствованием систем очистки.

Сокращения загрязнения водоемов достигают с помощью обо­ротных систем гидрозолоудаления и предотвращением теплового загрязнения водоемов и водотоков путем ограничения температур сбросной и смешанной воды, оборотных систем водоснабжения и воздушного охлаждения.

Гидроэнергетики считают, что строящиеся гидроузлы и созда­ваемые водохранилища, расположенные в основном на реках, не имеющих крупного рыбохозяйственного значения, не будут оказы­вать существенного влияния на состояние рыбного хозяйства и условия воспроизводства рыбных запасов этих бассейнов.

При осуществлении мероприятий по предотвращению загрязне­ния почвы следует рационально использовать отвалы и отходы.

Ядовитые отходы, предварительно обезвреженные, следует за­капывать в землю в отведенных для этой цели местах. Отбросы, содержащие изотопы с коротким периодом полураспада, необхо­димо помещать в бетонированные ямы и выдерживать до полного распада.

Большое санитарно-гигиеническое значение имеет процесс са­моочищения почвы от органических загрязнений, подразделяемый на два типа: минерализацию и нитрификацию. Для оздоровления загрязненную и замороженную почв> целесообразно периодически взрыхлять, так как это усиливает процессы аэрации почвы. Не­большие площади можно подвергнуть химическим методам обез­зараживания 5 %-й сернокарболовой смесью, 20 %-м раствором хлорной извести или 3 %-м раствором формалина.