Курсовая работа: Утилізація хімічної промисловості

В результаті проведених досліджень по використанню фосфогіпсу в агрономічних цілях рекомендується цей відхід утилізувати в двох напрямах: перший – в якості добрива на звичайних ґрунтах (не солонцевих) при вирощуванні головним чином бобових культур (норма внесення фосфогіпсу обмежується – 3‑4 ц на 1 га в рік), другий – в якості хімічного меліоранту для солонцевих ґрунтів (норма внесення фосфогіпсу – 5-10 т на 1 га в рік) [13, 145].

За дослідними даними, кожен центнер гіпсу, використовуваний як добриво для звичайних ґрунтів, підвищує урожай конюшинових трав в середньому на 4 ц, а в окремих випадках – до 10 ц на 1 га.

За даними А.М. Грінченко (1963 р.), внесення гіпсу по 3 ц на 1 га підвищило врожай озимої пшениці на чорноземних ґрунтах України на 3,5 ц/га (з 33,1 до 36,6 ц/га), цукрового буряка – на 21 ц/га (з 229 до 250 ц/га), а кукурудза – на 3,3 ц/га (з 34,5 до 37,8 ц/га) [13, 145].

На кафедрі ґрунтознавства Воронезького сільськогосподарського інституту проводилися порівняльні досліди по використанню окремо фосфогіпсу, дефекату і крейди як хімічних меліорантів для солонцевих ґрунтів. Досліди показали високу економічність меліорантів.

Використання осадів стічних вод заводів, що виробляють двоокис титану і залізоокісні пігменти. На заводах, що виробляють двоокис титану і залізоокісні пігменти, витрачається до 500 м3 води на 1 т продукції, що виробляється.

При утилізації гипсовмісного шламу в цементному виробництві і шламу, що містить сульфатамоній у виробництві мінеральних добрив, є реальна можливість відмовитися від шламонакопичувачів. Така схема здійснена на підприємстві, що виробляє в рік 40 тис. т двоокису титану і 16 тис. т залізоокисних пігментів. Економія від використання цих шламових відходів складає 1 млн. грн. на рік. Загальні капітальні витрати, пов'язані з очищенням стоків і обробкою шламів, не перевищують 10% від вартості основного виробництва [13, 145].

Отримання пластмас з осадів надсмольних стічних вод. При очищенні стічних вод підприємств, що виробляють синтетичні смоли, виділяються надсмольні води, що містять різні токсичні речовини. Кількість цих стоків, віднесених 1 т фенолової смоли, рівне 600-900 л. Очищення і знешкодження надсмольних стоків при діючій до цих пір технології очищення складне і збиткове, а також пов'язане з втратою більше 10% фенолу, формальдегіду, метанолу.

Вчені Уральського лісотехнічного інституту розробили ефективний спосіб очищення цих стоків з подальшим використанням виділених осадів для виробництва пластмасових виробів.

Запропонований спосіб полягає в наступному: у надсмольні води завантажують ошурки (відходи лісопиляння), які при нагріві сорбують фенол і формальдегід. Таким чином, деревні частинки стають основою смолоутворення, а фенол і формальдегід – сировиною для нього. Затримані домішки (після очищення стоків) є новою сировиною (фенолові прес-порошки), з якої успішно готуються такі пластмасові вироби, як деталі до пральних машин та іншої побутової техніки, гальмівні колодки для автоаматорів, електроарматура і багато що інше. За вартістю ці вироби в 3-4 рази дешевші тих, що випускаються. Вони влаготермостійкі і відрізняються підвищеними діелектричними властивостями.

Отримання етилового спирту з осадів стічних вод. Дана робота була виконана в тресті Мосочиствод у 1944 р. з метою з'ясування можливості розвитку дріжджів Saccaromyces Cerevisiae на гідролізатах осаду [13, 146].

Досліди проводилися з сирим осадом, що містить велику кількість геміцелюлози (близько 20%). Для першого досліду був узятий осад, згущений до вологості 88,72%. Осад піддавався гідролізу з 5- і 15%-ною сірчаною кислотою протягом 3 год; потім нейтралізований гідролізат продувався повітрям протягом декількох годин при температурі 60 °С. Під час реакції в осад випадали оксиди залоза та інші речовини, що забруднюють гідролізат. У обох витяжках кількість цукрів була майже рівною – 1,97 і 2,07%. Після підкислення витяжок сірчаною кислотою в них додавалися дріжджі Sacaromyces Cerevisiae XII раси. Подальші спостереження з мікроскопуванням показали, що через добу культура XII раси була чиста, така, що розмножується брунькуванням, і мертвих кліток, забарвлених синькою, в полі зору не виявилося. Проба на спирт виявилася позитивною [13, 146].

Для другого досліду бралися дві проби згущеного сирого осаду вологістю 88,73 і 78,3%, які гидролізувались 5%-ною сірчаною кислотою на піщаній бані протягом 3 год. Після очищення вміст цукру в першій пробі був 1,91%, у другій – 2,56%. Після засіву дріжджами XII раси і добового зброджування при температурі 37 °С виявилось, що кількість спирту, визначена за Мартеном, у двох пробах була по 1,62%. Таким чином, з 1 л осаду отримували 334 г чистого гідролізату, придатного для зброджування [13, 146].

В умовах дослідів концентрація цукру коливалась у межах 2-2,5%. Вихід етилового спирту був рівний 1,6%. Отже, з 1 л сирого осаду можна отримати спирту 5,4 г Для цього необхідно витратити 50 г сірчаної кислоти і близько 60 г вапна. Наведені результати показують принципову можливість використання органічної частини осадів для отримання продуктів мікробіологічного синтезу.

Використання відходів стічних вод на Першотравневому хімічному ПО. На Першотравневому хімічному ПО (Україна), що виробляє хлор, полівінілхлорид, отрутохімікати, миючі засоби і ін., успішно вирішується екологічна й економічна проблема не тільки шляхом використання очищених стічних вод в кількості до 20 тис. м3 на добу в замкнутому циклі водопостачання, але й шляхом утилізації осадів стічних вод для отримання корисної товарної продукції.

Комплексна схема, розроблена на заводі, передбачає отримання з осадів стічних вод сульфату натрію, поліхлорвінілових плиток, азотних добрив, органічних добрив.

Сульфат натрію отримують у результаті виробництва хлору і каустичної соди. В цеху випарки внаслідок конденсації сокової пари в охолоджуючу воду потрапляє велика кількість хлористого натрію і каустичної соди. При подальшому випаровуванні суспензії частина розсолу постійно виводиться у вигляді сульфатних лугів, з яких шляхом виморожування в протиточному кристалізаторі виділяється товарний сульфат натрію. Залишкова частина розсолу знову повертається у виробництво.

Плитки з поліхлорвінілу виробляють з осадів стічних вод цеху, що виробляє полівінілхлорид (ПВХ). До стоків цеху відносяться фугат при центрифугуванні суспензії ПВХ, а також стоки від промивки апаратів, труб, підлог, що містять полівінілхлорид і хлорорганічні речовини. Ці стоки, непіддатливі біохімічній переробці, освітлюються в лужному середовищі з поліакриламідом. З осаджених домішок шляхом вакуумної фільтрації виділяється полівінілхлорид, який після сушки використовується в суміші з лінолеумом для виробництва поліхлорвінілових плиток [13, 147].

Азотні добрива, зокрема гранульовані, отримують з фільтрату вакуум-фільтрів, установлених в цеху полівінілхлориду. Ці фільтратні води піддаються демінералізації на іонообмінних фільтрах. Знесолена вода поступає в оборотну систему водопостачання, а розчини регенерації іонообмінних фільтрів використовуються для отримання суміші азотних добрив.

За такою ж схемою отримують азотні добрива з різних стоків, що пройшли біологічне або хіміко-механічне очищення, а також адсорбційну і іонообмінну доочистку. Після глибокого очищення стоків і зм'якшування вода поступає у водооборотну систему, а затримані домішки після регенерації в іонообмінних фільтрах використовуються (як і з цеху полівінілхлориду) для отримання суміші азотних добрив.

Органічні добрива отримують з сирих осадів первинних відстійників. З цією метою осади зневоднюються на фільтр-пресах, а потім знешкоджуються під дією направленого пучка електронів в електронному прискорювачі. Після термічної сушки осади затарюють у мішки і використовують як сухе органічне добриво.

За такою ж схемою обробляється надлишковий активний мул у цілях отримання органічного добрива.

3.2 Методи утилізації вуглецевовмісних відходів

У світовій практиці для утилізації і знешкодження ПО і ТПО використовують термічні, хімічні, біологічні і фізико-хімічні методи

До термічних методів знешкодження відходів відносяться спалювання, газифікація і піроліз.

Спалювання – найбільш відпрацьований і використовуваний спосіб. Цей метод здійснюється в печах різних конструкцій при температурах не менше 1200°С. В результаті згоряння органічної частини відходів утворюються діоксид вуглецю, пари води, оксиди азоту і сірки, аерозоль, оксид вуглецю, бензопірен і діоксини. Зола, що має в своєму складі нерухому форму важких металів, накопичується в нижній частині печі і періодично вивозиться на полігони для захоронення або використовується у виробництві цементу.

Газифікація – широко використовуваний у металургії спосіб переробки некоксуючого вугілля, – здійснюється у вихрових реакторах або печах із киплячим шаром при температурах 600-1100°С в атмосфері газифікуючого агента (повітря, кисень, водяна пара, діоксид вуглецю або їх суміш). В результаті реакції утворюються синтез-газ (H2, СО), туман із рідких смолянистих речовин, бензопірену і діоксинів. Реакція газифікації протікає в середовищі з відновними властивостями, тому оксиди азоту і сірки практично не утворюються. Маса туману при 600°С може доходити до 30% від маси газу синтезу. При збільшенні температури газифікації частка туману в масі газу синтезу падає і при температурі більш 1100°С близька до нуля [29].

Горюча суміш водню і оксиду вуглецю спалюється на пальниках при 1400‑1600°С або використовується в каталітичному процесі синтезу метилового спирту. Зола, що залишається після газифікації, може містити залишковий вуглець і солі важких металів, розчинні у воді. Після перевірки золи на відсутність бензопірену, діоксинів і важких металів в рухомій формі вона може бути відправлена на захоронення.

Піроліз – найбільш вивчений процес широко використовується для виробництва активованого вугілля з деревини. Піроліз нафтовмісних відходів проводять при температурі 600-800°С з вакуумуванням реактора. При цьому протікають реакції коксо- і смолоутворення, розкладання високомолекулярних сполук на низькомолекулярні, рідку і газоподібну фракції, а якщо вуглеводневі відходи містять сірку, то утворюються також сірководень і меркаптани. Оксиди азоту і сірки практично не утворюються.

Хімічні методи знешкодження рідких і твердих нафтовмісних відходів полягають в додаванні до маси, що нейтралізується, хімічних реагентів. Залежно від типу хімічної реакції реагенту із забрудненням відбувається осадження, окислення-відновлення, заміщення, комплексоутворення.

Методи осадження засновані на іонних реакціях з утворенням малорозчинних у воді речовин і особливо ефективні при нейтралізації важких металів і радіонуклідів. Метод осадження органічних забруднень заснований на двох типах реакцій: комплексоутворення і кристалізація. Осадження використовують для очищення ґрунту від поліхлорованих біфенолів, пентахлорфенолів, хлорованих і нітрованих вуглеводнів. Реагенти можуть бути як у рідкій, так і в газоподібній фазах. Проте при цьому відбувається збільшення об'єму знешкоджуваної маси.

Методи управління окислювально-відновною реакцією середовища дозволяють переводити сполуки важких металів і радіонуклідів у важкорозчинні у воді гідрооксиди, а також руйнувати ціаніди, нітрати, тетрахлориди та інші хлорорганічні сполуки [29].

Для хімічної іммобілізації або компексоутворення використовують неорганічні в'яжучі типи цементу, золи, силікатів калію і натрію, вапно і гелеутворюючі речовини (бентоніт або целюлоза). Іммобілізацію використовують для зв'язування важких металів, радіоактивних відходів, поліциклічних і ароматичних вуглеводнів, трихлоретилену і нафтопродуктів.

Недоліком комплексоутворення є нестійкість в'яжучих речовин до атмосферної і ґрунтової вологи, швидких змін температури, що приводить в результаті до руйнування композиційного матеріалу. Об'єм відходів після комплексоутворення зменшується тільки в 2 рази.

Біологічні методи знешкодження ПО і ТПО знаходять все більш широке застосування в нашій країні і особливо за кордоном. Вони засновані на здатності різних штамів мікроорганізмів в процесі життєдіяльності розкладати або засвоювати в своїй біомасі багато органічних забруднювачів. В процесі біознешкодження відбувається вторинне забруднення атмосферного повітря продуктами гниття клітин мікроорганізмів – сірководнем і аміаком.

Біологічне очищення найчастіше використовується для нейтралізації органічних токсикантів і важких металів, а також азотних і фосфорних сполук в ґрунтах і ґрунтах. Біологічні методи можна умовно підрозділити на мікробіодеградацію забруднювачів, біопоглинання і перерозподіл токсикантів [29].

Мікробіодеградація – це деструкція органічних речовин певними культурами мікрофлори, внесеними в ґрунт. Процес біорозкладання протікає з помітною швидкістю при оптимальній температурі і вологості. Мікробіодеградація може бути використана в усіх випадках, де природний мікробіоценоз зберіг життєздатність і видову різноманітність. Хоча процес йде надто повільно, його ефективність висока.

Біопоглинання – це здатність деяких рослин і простих організмів прискорювати біодеградацію органічних речовин або акумулювати забруднення в клітинах.

Фізико-хімічні методи утворюють найбільш представницьку групу методів знешкодження ПО і ТПО. При створенні фізичних полів у пористих середовищах починають протікати одночасно багато фізико-хімічних процесів.

При накладенні поля механічних напруг забруднений ґрунт інтенсивно перемішується і відбувається очищення частинок ґрунту від поверхневих забруднень.

Гідродинамічна дія на ґрунт супроводжується суфозією, вилуговуванням, адсорбцією, дифузією і винесенням забруднень з порового простору ґрунтів.

Перспективний метод надкритичної екстракції вуглекислим газом органічних забруднень [29].

Постійне електричне поле, прикладене до водонасиченого ґрунту, викликає протікання електрохімічних і електрокінетичних процесів. До електрохімічних процесів відносяться: електроліз, електрофлотація, електрокоагуляція, електродеструкція, електрохімічне знезараження, іонний обмін, електрохімічне окислення і вилуговування, електродіаліз, а до електрокінетичних – електроосмос, електрофорез і електроміграція.

Електроліз порового розчину забруднених ґрунтів – це окислювально-відновний процес, в результаті протікання якого відбувається розкладання хімічних сполук. Він використовується для очищення ґрунтів від мікроорганізмів і називається електрохімічним знезараженням. Ефективність методу доходить до 99%.

При електрофлотації видалення нафтопродуктів відбувається бульбашками газу, що утворюються при електролізі і підіймаються до поверхні.

Електрокоагуляція – це процес агрегації мікрочасток мінерального походження і органічних молекул. У методі електрокоагуляції використовують залізні і алюмінієві електроди, при розчиненні яких утворюються гідрооксиди, що адсорбують забруднення і випадають потім в осад.

Електрохімічне окислення застосовується для очищення ґрунтів від хлорованих вуглеводнів і фенолу. Ефективність окислення фенолу – 70-92%.

Електрохімічне вилуговування – це метод очищення ґрунтів, заснований на висолажуванні забруднень або переведенні важких металів у рухому форму. Проте метод вимагає внесення додаткових хімічних реагентів.

Електродеструкція здійснюється при електрохімічному розкладанні токсичних органічних сполук на електродах з утворенням нетоксичних речовин. Перевага методу в низькій вартості і високій ефективності.

При електродіалізі порового розчину ґрунтів і ґрунтів відбувається очищення від забруднень в колоїдній формі, знесолювання в середній частині міжелектродного простору.

Електрокінетичні методи почали широко застосовуватися з 60-х років. Електрокінетична обробка застосовується для очищення глинистих і суглинних ґрунтів. Електрокінетичні явища, що спостерігаються в пористих середовищах при протіканні постійного електричного струму, підрозділяються на електроосмос і електрофорез [29].

При електроосмосі іони, що містяться в рідині, переміщаються відносно нерухомої зарядженої поверхні мінеральних частинок ґрунту, захоплюючи при цьому забруднення в розчиненому або рідкому стані. Електроосмотична швидкість потоку пропорційна добутку сили потоку на величину дзета-потенціалу і на питому поверхню пористого середовища.

При протіканні електрофорезу в поровому просторі ґрунту, заповненому повністю або частково водою, переміщуються мінеральні частинки. Це явище має надто незначну роль в електрокінетичному перенесенні забруднень в дисоційованій формі, але визначає в перенесенні колоїдних і заряджених мінеральних частинок електрофоретичне переміщення колоїдних і мікрочасток, спостерігається в макропористих ґрунтах (пісковик, супісок).

Під дією напруги, прикладеної до електродів, які занурені в свердловини, вода і екотоксиканти в колоїдному стані переміщуються до електродних резервуарів, з яких потім вода із забрудненнями витягується на поверхню і очищається одним з фізико-хімічних методів. Ефективність очищення може доходити до 99%.

Окрему групу складають електромагнітні методи, засновані на термічному ефекті при взаємодії електромагнітного випромінювання з речовиною

У надвисокочастотних полях відбувається швидке і рівномірне прогрівання ґрунту, і при цьому протікають дегідратація, дисоціація карбонатів, окислення і навіть плавлення. Десорбовані органічні сполуки знешкоджуються, наприклад, каталітичним методом.

Знешкодження ПО і ТПО за допомогою ультрафіолетового і лазерного випромінювання відноситься також до електромагнітних методів. Активація ароматичних молекул УФ і лазерним випромінюваннями приводить до дисоціації молекул з утворенням радикалів і активних комплексів, швидкого окислення і полімеризації.

Ефективний для очищення ґрунту від нафтопродуктів ультразвук. Починаючи з критичного значення звукового тиску акустичних хвиль, в рідині виникає кавітація. При схлопуванні кавітаційних порожнин мікрострумені, що утворюються, з лінійними швидкостями 300-800 м/с зривають з поверхні твердих частинок нафтові забруднення. Ефективність очищення може досягати 99,5-99,8%. При кавітаційних розривах рідини відбувається іонізація і активація молекул, стимулюючи окислення і полімеризацію вуглеводневих молекул.

Розглянуті вище методи є базою для вже створених технологій знешкодження ПО і ТПО або технологій, що розробляються в даний час. Кожен метод знешкодження відходів і технологія на його основі мають певну нішу, тобто сукупність фізико-хімічних параметрів відходів і можливостей методу, оптимальне поєднання яких дозволяє досягти найбільшого прибутку або мінімальних витрат на знешкодження певного виду відходів при найменшому екологічному збитку природі.

Висновки

Отже, індустріальна революція XX ст. у більшості країн світу і в Україні була орієнтована насамперед на непропорційно потужний розвиток промисловості, що завдавало збитків іншим галузям виробництва при майже повному ігноруванні екологічного імперативу.

Хімічна промисловість – комплексна галузь, що визначає, разом з машинобудуванням, рівень НТП, що забезпечує всі галузі народного господарства хімічними технологіями і матеріалами, зокрема новими, прогресивними і що проводить товари масового народного споживання.

Охорона навколишнього середовища і раціональне використання природних ресурсів відноситься до однієї з глобальних проблем сучасності. Хімічна і нафтохімічна промисловість є значним джерелом забруднення навколишнього середовища. За валовими викидами шкідливих речовин в атмосферу хімічний комплекс займає десяте місце серед галузей промисловості, за скиданням стічних вод у природні поверхневі водоймища – друге місце.

Хімічна промисловість споживає велику кількість води і є джерелом великотоннажних відходів стічних вод.

У світовій практиці для утилізації і знешкодження ПО і ТПО використовують термічні, хімічні, біологічні і фізико-хімічні методи

У хімічному комплексі гостро стоїть проблема накопичення й утилізації виробничих відходів. Щорічно на підприємствах галузі утворюється близько 14,2 млн. тонн токсичних речовин (без урахування відходів 5 класу), з яких знешкоджується тільки близько 20 відсотків речовин. Типовими видами накопичуваних відходів 1 і 2 клас є ртуть, третього класу – нафтошлами, лігнін і ін., четвертого – фосфогіпс, піритові огарки.

Іншими проблемами в хімічному комплексі є також усунення ртутного забруднення навколишнього середовища, наявність незакладених пустот, що утворилися в результаті видобутку руди шахтним способом для виробництва калійних добрив.

Враховуючи надзвичайно велике значення роботи по оздоровленню екологічної обстановки, що проводиться підприємствами галузі, в умовах обмежених власних засобів, для підвищення її ефективності і досягнення необхідних масштабів, необхідно реалізувати заходи по наданню державної підтримки у вигляді надання підприємствам ряду пільг.

Досягнення екологічної безпеки в хімічному секторі передбачає вдосконалення нормативно-правової бази стосовно природоохоронної діяльності, а також створення державою умов і передумов для впровадження хімічними підприємствами ресурсозберігаючих і екологічно чистих технологій. Це дозволить мінімізувати негативну дію на навколишнє середовище і поліпшити екологічну обстановку в зоні дії підприємств хімічного комплексу.

Використані джерела

1.  Аникеев В.А., Копп И.З., Скалкин Ф.В. Технологические аспекты охраны окружающей среды. – Ленинград: Гидрометеоиздат, 1982.

2.  Берлянд М.Е. Основные принципы инвентаризации и определения предельно допустимых выбросов в атмосферу. – В кн.: Нормирование и контроль промышленных выбросов в атмосферу. Л.: Гидрометеоиздат 1977, с. 3-10.

3.  Бесков И.X. Отходы промышленности на удобрение полей. Воронеж: Знание, 1976.

4.  Волчек Ю.К. Биотермическое обезвреживание осадков сточных вод и твердых бытовых отходов // Водоснабжение и санитарная техника. 1983. – № 9.

5.  Выбросы предприятий по производству минеральных удобрений / А.Д. Миханлин, Л.Н. Архипова, И.М. Тропп и др. – М., 1982.

6.  Ганз С.И. Очистка промышленных газов. – Днепропетровск: Проминь, 1977. – 116 с.

7.  Горшков С.П. Экзодинамические процессы освоенных территорий. – М.: Недра, 1982.

8.  Гресь В.В., Пузиков А.Ф. Основное направление использования промышленных отходов за рубежом. М.: ЦНИИТЭИМС, 1975.

9.  Григорьев А.А. Города и окружающая Среда. Космические исследования. – М.: Мысль, 1982.

10.  Грушко Я.М. Вредные неорганические соединения в промышленных сточных водах. – Л.: Химия, 1979. – 161 с.

11.  Грушко Я.М. Вредные органические соединения в промышленных сточных водах. Л.: Химия, 1982.

12.  Гусар Ф.Г., Почапский Б.А. Исследование работы установки для глубокой очистки сточных вод ТЭС от нефтепродуктов. – Теплоэнергетика 1979, № 2, с. 58-62.

13.  Евилевич А.З., Евилевич М.А. Утилизация осадков сточных вод. Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1988. – 248 с.

14.  Кафаров В.В. Принципы создания безотходных химических производств. М.: Химия, 1982.

15.  Колотило Д.М. Екологія і економіка: Навч. посібник. – К.: КНЕУ, 1999. – 368 с.

16.  Коротков З.А. Рациональное использование отходов материально-технического снабжения. М.: Знание, 1977.

17.  Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая Среда и человек. – М.: 1986.

18.  Одум Ю. Основы экологии. – М.: Мир, 1975.

19.  Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. – Л.: Химия, 1977. – 290 с.

20.  Радзевич Н.Н., Пашканг К.В. Охрана и преобразование природы. – М.: Просвещение, 1986.

21.  Русанов А.А., Урбах И.И., Анатасиади А.П. Очистка дымовых газов в промышленной энергетике. – М.: Энергия, 1969. – 456 с.

22.  Сафранов Т.А. Екологічні основи природокористування: Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів. – Львів: "Новий Світ-2000", 2003. – 248 с.

23.  Туровский И. С. Обработка осадков сточных вод. М.: Стройиздат, 1982.

24.  Царенко О.М., Злобін Ю.А. Навколишнє середовище та економіка природокористування: Навч. посіб. – К.: Вища шк., 1999. – 176 с.