Связь экологии с другими науками

     Пиролиз промышленных отходов.

     Существует  два различных типа пиролиза токсичных  промышленных отходов.

• Окислительный пиролиз

     Окислительный пиролиз - процесс термического разложения промышленных отходов при их частичном сжигании или непосредственном контакте с продуктами сгорания топлива. Данный метод применим для обезвреживания многих отходов, в том числе «неудобных» для сжигания или газификации: вязких, пастообразных отходов, влажных осадков, пластмасс, шламов с большим содержанием золы, загрязненную мазутом, маслами и другими соединениями землю, сильно пылящих отходов. Кроме этого, окислительному пиролизу могут подвергаться отходы, содержащие металлы и их соли, которые плавятся и возгарают при нормальных температурах сжигания, отработанные шины, кабели в измельченном состоянии, автомобильный скрап и др..

     Метод окислительного пиролиза является перспективным  направлением ликвидации твердых промышленных отходов и сточных вод.

• Сухой пиролиз

     Этот  метод термической обработки  отходов обеспечивает их высокоэффективное  обезвреживание и использование  в качестве топлива и химического  сырья, что способствует созданию малоотходных и безотходных технологий и рациональному  использованию природных ресурсов.

     Сухой пиролиз - процесс термического разложения без доступа кислорода. В результате образуется пиролизный газ с высокой теплотой сгорания, жидкий продукт и твердый углеродистый остаток.

     В зависимости от температуры, при  которой протекает пиролиз, различается:

     1. Низкотемпературный пиролиз или  полукоксование (450 - 550° С). Данному  виду пиролиза характерны максимальный  выход жидких и твердых (полукокс) остатков и минимальный выход  пиролизного газа с максимальной  теплотой сгорания. Метод подходит  для получения первичной смолы  - ценного жидкого топлива, и  для переработки некондиционного  каучука в мономеры, являющиеся  сырьем для вторичного создания  каучука. Полукокс можно использовать  в качестве энергетического и  бытового топлива.

     2. Среднетемпературный пиролиз или  среднетемпературное коксование (до 800° С) дает выход большего  количества газа с меньшей  теплотой сгорания и меньшего  количества жидкого остатка и  кокса.

     3. Высокотемпературный пиролиз или  коксование (900 - 1050° С). Здесь наблюдается  минимальный выход жидких и  твердых продуктов и максимальная  выработка газа с минимальной  теплотой сгорания - высококачественного  горючего, годного для далеких  транспортировок. В результате  уменьшается количество смолы  и содержание в ней ценных  легких фракций.

     Метод сухого пиролиза получает все большее  распространение и является одним  из самых перспективных способов утилизации твердых органических отходов  и выделении ценных компонентов  из них на современном этапе развития науки и техники.  

     Огневая переработка.

          В основу огневого метода положен процесс высокотемпературного разложения и окисления токсичных компонентов отходов с образованием практически нетоксичных или малотоксичных дымовых газов и золы. С использованием данного метода возможно получение ценных продуктов: отбеливающей земли, активированного угля, извести, соды и др. материалов. В зависимости от химического состава отходов дымовые газы могут содержать SOХ, P, N2, H2SO4, HCl, соли щелочных и щелочноземельных элементов, инертные газы.

     Огневой метод переработки токсичных  промышленных отходов классифицируется в зависимости от типа отходов  и способам обезвреживания [4]:

     1. Сжигание отходов, способных гореть  самостоятельно - наиболее простой  способ; горение происходит при  температурах не ниже 1200 - 1300°  С. (следует отметить, что данный  способ не является целесообразным  ввиду некоторой (большей или  меньшей) ценности горючих отходов  и возможности их использования  в данное время или в будущем).

     2. Огневой окислительный метод  обезвреживания негорючих отходов  - сложный физико-химический процесс,  состоящий из различных физических  и химических стадий. Огневое  окисление применимо в большей  степени по отношению к твердым  и пастообразным отходам.

     3. Огневой восстановительный метод  используется для уничтожения  токсичных отходов без получения  каких-либо побочных продуктов,  пригодных для дальнейшего использования  в качестве сырья или товарных  продуктов. В результате образуются  безвредные дымовые газы и  стерильный шлак, сбрасываемый в  отвал. Так можно обезвреживать  газообразные и твердые выбросы,  бытовые отходы и некоторые  другие.

     4. Огневая регенерация предназначена  для извлечения из отходов  какого-либо производства реагентов,  используемых в этом производстве, или восстановления свойств отработанных  реагентов или материалов. Эта  разновидность огневого обезвреживания  обеспечивает не только природоохранные,  но и ресурсосберегающие цели.

     Для достижения требуемой санитарно-гигиенической  полноты обезвреживания отходов  необходимо, как правило, экспериментальное  определение оптимальных температур, продолжительности процесса, коэффициента избытка кислорода в камере горения, равномерности подачи отходов, топлива и кислорода. Протекание процесса обезвреживания в неоптимальных условиях приводит к появлению компонентов в продуктах сгорания и, в первую очередь, в дымовых газах.

     При сжигании на свалках пластмасс, синтетических  волокон, хлороуглеводородов в дымовых  газах могут образовываться токсичные  вещества: CO, бенз-а-пирен, фосген, диоксины.

     Сибирским филиалом НПО «Техэнергохимпром» разработаны  камерные, барабанные, циклонные, комбинированные  печи, используемые в зависимости  от состава, физико-химических свойств  и агрегатного состояния отходов. Дополнительно был разработан дожигатель, предназначенный для обезвреживания газовых выбросов, содержащих органические вещества с концентрацией не более 10 г/м3. После полного обезвреживания содержание в выбросах СО не более 40 мг/м3, NOХ не более 10 мг/м3.

     По  мнению авторов огневое обезвреживание (чисто термическое или с применением  катализаторов) промышленных отходов  приводит к уничтожению органических веществ, которые могли бы явиться  ценным сырьем целевых продуктов. 

     Переработка и обезвреживание отходов с применением  плазмы.

     Для получения высокой степени разложения токсичных отходов, особенно галоидосодержащих, конструкция сжигающей печи должна обеспечивать необходимую продолжительность  пребывания в зоне горения, тщательное смешение при определенной температуре  исходных реагентов с кислородом, количество которого также регулируется. Для подавления образования галогенов  и полного их перевода в галогеноводороды необходим избыток воды и минимум  кислорода, последнее вызывает образование  большого количества сажи. При разложении хлорорганических продуктов снижение температуры ведет к образованию  высокотоксичных и устойчивых веществ - диоксинов. Как утверждает автор работы, недостатки огневого сжигания стимулировали поиск эффективных технологий обезвреживания токсических отходов.

     Применение  низкотемпературной плазмы - одно из перспективных  направлений в области утилизации опасных отходов. Посредством плазмы достигается высокая степень  обезвреживания отходов химической промышленности, в том числе галлоидосодержащих органических соединений, медицинских  учреждений; ведется переработка  твердых, пастообразных, жидких, газообразных; органических и неорганических; слаборадиоактивных; бытовых; канцерогенных веществ, на которые установлены жесткие  нормы ПДК в воздухе, воде, почве  и др.

     Плазменный  метод может использоваться для  обезвреживания отходов двумя путями [12]:

     - Плазмохимическая ликвидация особо  опасных высокотоксичных отходов;

     - Плазмохимическая переработка отходов  с целью получения товарной  продукции.

     Наиболее  эффективен плазменный метод при  деструкции углеводородов с образованием CO, CO2, H2, CH4. Безрасходный плазменный нагрев твердых и жидких углеводородов  приводит к образованию ценного  газового полуфабриката в основном водорода и оксида углерода - синтез-газ - и расплавов смеси шлаков, не представляющих вреда окружающей среде  при захоронении в землю, а  синтез-газ можно использовать в  качестве источника пара на ТЭС или  производстве метанола, искусственного жидкого топлива. Кроме этого, путем  пиролиза отходов возможно получение  хлористого и фтористого водорода, хлористых и фтористых УВ, этанола, ацетилена. Степень разложения в  плазмотроне таких особо токсичных  веществ как полихлорбифенилы, метилбромид, фенилртутьацетат, хлор- и фторсодержащие пестициды, полиароматические красители  достигает 99.9998 % [12] с образованием CO2, H2O, HCl, HF, P4O10.