Методы, технология, аппаратурное оформление процесса утилизации ртутьсодержащих отходов

      Ртутьсодержащие лампы представляют  особую опасность с позиций  локального загрязнения среды  обитания токсичной ртутью. Так,  скорость испарения металлической  ртути в спокойном воздухе при температуре окружающей среды 20°С составляет 0,002 мг с 1 см в час, а при 35-40°С на солнечном свету увеличивается в 15-18 раз и может достигать 0,036 мг/см в час. При разбивании ртутной лампы, содержащей 80 мг металла, образуется свыше 11 тыс. шариков ртути диаметром 0,01 см с общей суммарной поверхностью 3,53 см. Этого количества ртути, при условии ее полного испарения, достаточно для того, чтобы загрязнить до уровня ПДК помещение объемом в 300000 м³. Естественно, что в процессе эксплуатации часть парообразной ртути сорбируется стеклом и люминофором, тем не менее существенное ее количество попадает в воздух.

       Во многих странах длительное  время значительное количество  ртути расходовалось на производство  различных химических источников тока (гальванических элементов). В России в начале 1990-х гг. в мусор ежегодно выбрасывалось более 800 млн. гальванических элементов, а с ними около 50 тонн ртути, 20 тыс. тонн железа, 15тыс. тонн диоксида марганца, 7,5тыс. тонн оксида цинка, 5тыс. тонн щелочи.

     На территории России в настоящее время функционирует 44 предприятия, специализирующихся, в основном, на переработке люминесцентных ламп. При организованной работе по сбору, упаковке и транспортировке ламп эти предприятия способны переработать весь объем отработанных люминесцентных ламп, образующихся на территории России.     

3. Практическая часть. Методы переработки ртутьсодержащих отходов 

3.1. Метод вакуумной дистилляции 

        Одной из технологий переработки ртутьсодержащих отходов является технология вакуумной дистилляции отходов с криоконденсацией ртутных паров, разработанная венчурной фирмой «ФИД – Дубна» (УРЛ – 2 м). Технология позволяет проводить демеркуризацию ртутьсодержащих источников света всех типов, промышленных отходов, медицинских и технических приборов и устройств с ртутным заполнением, загрязненных ртутью почв и строительных материалов, амальгам и пород. Отгонка ртути в вакууме обеспечивает высокую скорость и эффективность процесса демеркуризации. Криогенная ловушка, являясь мощным криоконденсационным насосом, поддерживает высокую скорость откачки ртутных паров и гарантирует низкую остаточную концентрацию ртути в выхлопных газах и экологическую чистоту. Эти особенности позволяют эксплуатировать установку в типовых производственных помещениях без применения особых мер защиты. Технология позволяет получить металлическую ртуть чистой не менее 95 %, что позволяет сдавать ее как лом цветного металла по цене 80 ÷ 90 центов (США) за килограмм.

       Исходные данные для оценки эффективности технологии приведены в таблице 3.4.1.

Люминесцентная  лампа ЛБ 40-2 весит 250 г и содержит

 стекла - 94,96 %,         

 алюминия– 1,2 %;

 латуни – 0,2 %,

 никеля – 0,15 %;

 вольфрама  – 0,03 %;

 ртути – 0,15 %;

мастики – 1%;

геттинакса  – 0,23 %;

люминофора  – 2,11 %.

      К недостаткам технологии следует отнести использование жидкого азота для охлаждения конденсатора. Чтобы избежать высоких затрат на жидкий азот, иногда переделывают криогенное охлаждение на охлаждение водой.

      Метод вакуумной дистилляции хорошо работает при высоких концентрациях ртути и малоэффективен при ее низких концентрациях в исходном материале. Именно таким материалом и являются ртутьсодержащие лампы. Экспертно оцененная специалистами НИЦПУРО производительность установки при переработке ламп составит 25 лам/час.

    Другим недостатком установки является отсутствие дробилки и загрузочного устройства применительно к люминесцентным лампам, что делает поставку установки некомплектной, а переработку люминесцентных ламп проблематичной.

    Данные по оценке себестоимости переработки люминесцентных ламп и характеристики производства приведены в таблице 3.1.1. В расчетах условно принято, что исходным материалом для переработки являются отработавшие свой срок лампы ЛБ 40-2 и производительность установки – 25 ламп/час.     

     Остаточное содержание ртути в обезвреженном материале (стеклобой и лом цветного металла) составляет менее 2 мг/кг. Очищенные отходы являются нетоксичными и могут быть либо переработаны, либо размещены на полигонах как нетоксичный отход.

      Анализ полученных результатов показывает, что при цене за переработку одной лампы 15 руб/шт, срок окупаемости капитальных затрат составляет 4,5 года. При условии отмены налога на прибыль и НДС срок окупаемости составит 3 года. Доход, полученный от реализации ртути (при переработке люминесцентных ламп) несущественен и не влияет на экономику производства. Результаты оценки представлены в таблице 3.3.3. 
 

Таблица 3.1.1.Оценка себестоимости переработки люминесцентных ламп методом

вакуумной дистилляции  и характеристики производства

3.2. Метод термической демеркуризации 

      Другой технологией переработки ртутьсодержащих отходов является метод термической демеркуризации ртутьсодержащих отходов, в том числе и отслуживших свой срок люминесцентных ламп. Технология разработана НИЦПУРО, а установка УДМП-3000 выпускается ПИЭП «ИНПРОН».

     Технология заключается в загрузке ламп в специальное устройство, где она разбивается, затем бой загружается в печь, где при температуре 530ْ°С происходит демеркуризация отходов. Через камеру прокачивают воздух и газ, содержащий пары ртути, проходит через устройство, дожигающее органические вещества (при температуре до 950°С) и поступает в конденсатор, охлаждаемый водой, где осаждается ртуть. Далее газ, очищается, проходя через фильтр со специальным сорбентом для ртути и выбрасывается в атмосферу.

     Продукцией установки является ступпа, содержащая не менее 75% ртути и ртутьсодержащий сорбент (содержание ртути около 5 %). Расход сорбента – 0,5 т за 2 года по цене 40 тыс. руб/т. Оба вида продукции принимаются на переработку соответствующим предприятием. Отходами производства являются стеклобой, содержащий цветные металлы, и люминофор. Остаточное содержание ртути составляет менее 1 ÷ 2 мг/кг.

      Отходы нетоксичны и могут быть либо переработаны, либо размещены на полигоне как нетоксичный отход. Исходные данные для проведения оценки технологии представлены в таблице 3.3.2 Данные оценки эффективности технологии термической переработки люминесцентных ламп и характеристики производства представлены в таблице 3.3.3.

      Анализ полученных результатов показывает, что при приемке в переработку использованных ламп по цене 5 руб/шт срок окупаемости капитальных затрат составляет 5 лет, а при реальной цене за 1 лампу 3,5 руб/шт – 4,0 года, однако при отмене налога на прибыль и НДС срок окупаемости при цене 5 руб/шт составит 1,5 года, а при цене 3,5 руб/шт – 2,0 года.

       Таким образом предлагаемая технология, при условии льгот по налогу на прибыль и НДС с учетом того, что в переработку принимаются и лампы ДРЛ (по цене 6,0 руб/шт и при работе в три смены) может обеспечить срок окупаемости капитальных затрат 1 год. Результаты оценки эффективности технологии представлены в таблице 3.2.1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 3.2.1.Оценка себестоимости термической технологии переработки люминесцентных ламп и характеристики производства