Родионов А. И и др. Tехнологические процессы экологической безопасности /Основы энвайронменталистики

Подождите немного. Документ загружается.

481

2) равновесного испарения капли; 3) коркообразования; 4) кипения;

5) сушки до равновесной влажности.

Интенсивность испарения капли раствора меньше, чем капли

воды. Различие увеличивается с ростом концентрации раствора. Для

интенсификации процесса сушки предложено использовать вакуум-

распылительные сушилки. Совместное использование вакуума и рас-

пыления продукта под давлением резко увеличивает влагосъем на 1 м

камеры испарения по сравнению с атмосферными распылительны-

ми сушилками. Другим интенсивным способом сушки жидкотеку-

чих материалов является сушка во встречных струях. В таких

су -

шилках создаются условия для интенсивного тепло- и массообмена,

в 5-10 раз большего по сравнению с другими распылительными

су -

шилками за счет локальных вихреобразований и сепарации капель

по фракциям под действием центробежной силы (см. гл. 10).

При небольшом расходе сточных вод

СУ ШКУ-

МОЖНО провести в

одно- и двухвальцовых сушилках. Основным рабочим элементом

таких сушилок являются вращающиеся полые вальцы, обогреваемые

водяным паром, поступающим через цапфы. Вальцы опущены в ван-

ны с исходным раствором. Твердый слой кристаллического материа-

ла, который образуется на горячей поверхности вальца, удаляют при

помощи скребка или ножа.

11.3. Термоокислительные методы обезвреживания

По теплотворной способности химические промышленные сто-

ки делят на сточные воды, способные гореть самостоятельно, и на

воды, для термоокислительного обезвреживания которых необходи-

мо добавлять топливо. Последние имеют энтальпию ниже 8400 кДж/кг

(2000 ккал/кг).

При использовании термоокислительных методов все органичес-

кие вещества, загрязняющие сточные воды, полностью окисляются

кислородом воздуха при высоких температурах до нетоксичных со-

единений. К этим методам относят метод жидкофазного окисления,

метод парофазного каталитического окисления и пламенный, или

"огневой", метод. Выбор метода зависит от объема сточных вод, их

состава и теплотворной способности, экономичности процесса и тре-

бований, предъявляемых к очищенным водам.

Метод жидкофазного окисления. Этот метод очистки основан

на окислении органических веществ, растворенных в воде, кислоро-

482

дом при температурах 100-35O

C и давлениях 2-28 МПа. При высо-

ких давлениях растворимость в воде кислорода значительно возрас-

тает, что способствует ускорению процесса окисления органических

веществ. Принципиальная схема жидкофазного окисления органи-

ческих веществ в сточных водах показана на рис. И-112,я.

Сточную воду смешивают с воздухом, нагнетаемым компрессо-

ром, и насосом подают в тешюобменник, где смесь нагревается за

счет тепла отходящей очищенной воды. Далее она поступает в печь

для нагревания до необходимой температуры, а затем в реактор, в

котором происходит процесс окисления, сопровождаемый повыше-

нием температуры. Воду и проду кты окисления (пар, газы, зола) из

реактора подают в сепаратор, где происходит отделение газов от

жидкости. Газообразные продукты направляют на утилизацию теп-

ла, а воду* с золой — в теплообменник, в котором они отдают свое

теало смеси сточной воды с воздухом.

При высокой концентрации органических веществ

сточной воде

вследствие большого

выделения

тепла необходимость подогрева воды

в теплообменнике и печи отпадает, кроме

ПУ

СКОВОГО периода.

Эффективность процесса окисления увеличивается с повышени-

ем температуры. Летучие вещества при условиях процесса окисля-

ются в основном в парогазовой фазе, а нелетучие — в жидкой фазе.

С увеличением концентрации органических примесей в воде эконо-

мичность процесса жидкофазного окисления возрастает.

Достоинствами метода являются: возможность очистки большо-

го объема сточных вод без предварительного концентрирования, от-

Газы

1 2

Воздух

Сточная 0чищенная1

вода вода

Сточная

вода

з«5

енсат

•Воздух

о. я

»2 <о

7 Вода

Рис. II-112. Схемы установок для очистки сточных вод: a — жидкофазным

окислением:

— сборник, 2 — насос, 3 — теплообменник, 4 — печь, 5 — реактор,

6 — сепаратор; б — каталитическим окислением: 1 — емкость, 2 — выпарной

аппарат, 3 — теплообменник, 4 — контактный аппарат, 5 — котел-утилизатор, 6 —

печь, 7 — центрифуга

483

сутствие

продуктах окисления вредных органических веществ, лег-

кость комбинирования с другими методами, безопасность в работе.

Среди недостатков следует указать на неполное окисление некото-

рых химических веществ, значительную стоимость оборудования

установки и высокую коррозию оборудования в кислых средах. Ме-

тод начинают использовать для очистки сточных вод в азотной, неф-

теперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, фармацевтической и

других отраслях промышленности.

Метод парофазного каталитического окисления. В основе ме-

тода находится гетерогенное каталитическое окисление кислородом

воздуха

при

высокой температуре летучих органических веществ, на-

ходящихся

промышленных сточных водах. Процесс протекает весь-

ма интенсивно в паровой фазе в присутствии медно-хромового ката-

лизатора. Одна из установок окисления представлена

на рис.

II-112,6.

Сточную воду из сборника подают в выпарной аппарат, откуда

упаренная пульпа поступает на центрифугу, где обезвоживается.

Образующийся осадок направляют на сжигание

печь. Водяной пар

вместе с летучими органическими веществами из выпарного аппа-

рата поступает в теплообменник, где нагревается за счет тепла паро-

газовой смеси, выходящей из контактного аппарата. После теплооб-

менника пары смешивают с горячим воздухом и направляют в кон-

тактный аппарат, в котором происходит окисление органических ве-

ществ. Дымовые газы из печи поступают в котел-утилизатор, где об-

разуется пар, направляемый в выпарной аппарат.

Установки характеризуются высокой производительностью по

сточной воде и высокой степенью обезвреживания, достигающей

99,8%. Основной недостаток установки — возможность отравления

катализаторов соединениями фосфора, фтора, серы. Поэтому необ-

ходимо предварительное удаление каталитических ядов из сточных

вод.

Огневой метод. Этот метод обезвреживания сточных вод явля-

ется наиболее эффективным и универсальным из термических мето-

дов. Сущность его заключается

распылении сточных вод непосред-

ственно в топочные газы, нагретые до 900-1000°С. При этом вода

полностью испаряется, а органические примеси сгорают. Содержа-

щиеся в воде минеральные вещества образуют твердые или оплав-

ленные частицы, которые улавливают в циклонах или фильтрах.

Огневой метод нецелесообразно применять для обезвреживания

сточных вод, содержащих только минеральные вещества. Метод мо-

484

жет быть использован для обезвреживания небольшого объема сточ-

ных вод, содержащих высокотоксичные органические вещества, очи-

стка от которых другими методами невозможна или неэффективна.

Кроме того, огневой метод целесообразен, если имеются горючие

отходы, которые можно использовать как топливо.

В процессах обезвреживания сточных вод различного состава мо-

гут образовываться оксиды щелочных и щелочно-земельных метал-

лов (CaO, MgO, BaO, K

O, Na

O и др.). Некоторые из этих оксидов

могут взаимодействовать с компонентами дымовых газов, например:

0+C0 =Na

При диссоциации хлоридов в дымовых газах содержатся хлор и

хлороводород. Органические соединения, содержащие серу, фосфор,

галогены, могут образовывать SO

, SO

, P

, HCl, Cl

и др. Присут-

ствие этих веществ в дымовых газах нежелательно, так как это вы-

зывает значительную коррозию аппаратуры. Из сточных вод, содер-

жащих нитросоединения, могут выделяться оксиды азота: NO, NO

, N

, при 900°С — практически N0. Между- всеми этими ве-

ществами в газовой фазе происходят сложные взаимодействия с об-

разованием новых соединений, в том числе и токсичных. Это необ-

ходимо учитывать при удалении газов в атмосферу.

В зависимости от концентрации и состава сточных вод исполь-

зуют печи различной конструкции: камерные, шахтные, циклонные

и с псевдоожиженным слоем. Камерные и шахтные печи громоз-

дки, характеризуются низкой удельной производительностью —

до 100 л/(м

ч), их сооружение связано с высокими капитальными

вложениями. Их используют для сжигания сульфидных щелоков,

сточных вод анилинокрасочной промышленности и др.

Наиболее эффективными являются

циклонные

печи. В них, бла-

годаря вихревому характеру газового потока, создается интенсивный

массо- и теплообмен между' каплями сточной воды и газообразными

продуктами. Такие печи работают при больших удельных нагруз-

ках. Применяют разнообразные горизонтальные и вертикальные цик-

лонные камеры. Схема печи для сжигания горючих отходов показа-

на на рис. II-113. Воздух, тангенциально вводимый в печь, соверша-

ет вращательное движение, перемещаясь вдоль оси цилиндра по спи-

рали. Сточную воду распыливают форсункой и сжигают. Недоста-

ток таких печей — большой унос солей с газовым потоком.

С большой интенсивностью осуществляется процесс в печах с

485

псевдоожиженным слоем, кото-

рый создают газом, подаваемым

под газораспределительную ре-

шетку Печи просты по конструк-

ции, компактны и позволяют пол-

ностью обезвреживать сточные

воды (рис. II-114). В процессе

сжигания твердые частицы нахо-

дятся во взвешенном состоянии.

Процесс проводят при 800-890°С.

Для сжигания сточных вод

могут быть использованы уста-

Сточная

вода

Рис. II-113. Циклонная печь: 1 —

воздуходувка; 2 — питающее устрой-

ство; 3 — печь

Сточная

вода

+ Дымовые

газы

новки, имеющие различные схемы: 1) без рекуперации тепла и очис-

тки газов; 2) без рекуперации тепла с очисткой газов; 3) с рекупера-

цией тепла без очистки газов; 4) с рекуперацией тепла и с очисткой

газов. Все эти схемы без

реку

перации твердых отходов. Имеются

схемы с

реку

перацией твердых отходов.

Схемы установок без рекуперации тепла и очистки отходящих

газов (рис. И-И5,л) рекомендуют для обезвреживания сточных вод,

содержащих только органические вещества. Удельный расход условно-

го топлива

на таких

установках до-

стигает 300 кг на

т сточных вод.

Предложены различные схе-

мы

установок

рекуперацией теп-

ла, но без очистки газов (рис. II-

115, б-г). По схеме б тепло отхо-

дящих газов используют для по-

догрева дутьевого воздуха.

этом

случае происходит снижение рас-

хода тепла на 20-30% по сравне-

нию со схемой без рекуперации

тепла.

По схеме

в происходит упа-

ривание сточных вод за счет теп-

ла дымовых газов. В таких схе-

мах удельный расход тепла

на

ог-

невое обезвреживание составля-

ет 90 кг/т воды. По схеме г тепло

дымовых газов используют для

получения пара.

Твердый

продукт

Рис. II-114. Печь с псевдоожижен-

ным слоем: 1 — зона плотной фазы

ожиженного слоя; 2 — зона разбавлен-

ной фазы; 3 — корпус; 4 — циклон; 5 —

труба для возврата материала; 6 — га-

зораспределительная решетка

486

Воздух

Дымовые

Сточная газы

I вода

ХЭ— Воздух

Сточная

вода

Дымовые

газы

l-Ъ-

Воздух

— Воздух

ДымовыеА Сточная

газы ^L

вода

Топливо

Пар

Дымовые

- I'

Воздух U—-Q-

иг

Воздух

"11

Дымовые газы г

ж ч/

Сточная J^

вода —

I В атмосферу

Jq Воздух

Пыль д

Рис. И-115. Схемы установки огневого обезвреживания сточных вод: a —

без рекуперации тепла и очистки отходящих газов; б — с подогревом дутьевого

воздуха; в — с упариванием сточных вод дымовыми газами; г — с образованием

пара: 1 — печь, 2 — дымовая труба, 3 — вентилятор, 4 — воздуходувка, 5 —

газоход, 6 — дымосос, 7 — воздухоподогреватель, 8 — испаритель, 9 — емкость,

10 — насос, 11 — котел-утилизатор; д — с рекуперацией тепла и сухой очисткой

газов: 1 — печь, 2 — котел-утилизатор, 3 — воздухоподогреватель, 4 — аппарат

сухой очистки газов, 5 — дымовая труба, 6 — дымосос, 7 — воздуходувка

Имеются различные схемы с рекуперацией тепла и очисткой от-

ходящих газов в циклонах, электрофильтрах, скрубберах различной

конструкции. Одна из таких схем показана на рис. II-115,<3.

Вопросы для повторения

1. Для какой цели производят концентрирование сточных вод? Ука-

жите основные методы концентрирования.

2. Сравните процессы концентрирования сточных вод в многосту-

487

пенчатой испарительной установке и установке с гидрофобным теп-

лоносителем.

3. Объясните принцип работы и устройство установок для концент-

рирования сточных вод вымораживанием.

4. Рассмотрите процесс выделения веществ из сточных вод кристал-

лизацией. Приведите основные схемы кристаллизации.

5. Рассмотрите процесс выделения сухих веществ из сточных вод

при распылительной сушке.

6. Объясните основы метода жидкофазного окисления. Приведите

схему процесса.

7. Рассмотрите процесс очистки сточных вод от органических ве-

ществ методом парофазного каталитического окисления.

8. Рассмотрите огневой метод обезвреживания сточных вод. Приве-

дите основные схемы установок.

IIL Процессы защиты литосферы

(переработка твердых отходов)

Прогрессивное

развитие

индустрии и научно-технический прогресс

приводят

как

к количественному так и к качественному увеличению

потребления минеральных ресурсов. Практически все доступные

химические элементы (87 из 104) используются в производственной

практике. Только объем извлекаемой из недр горной массы превы-

шал в восьмидесятые годы в СССР 15 млрд. т в год. Однако в хо-

зяйственный оборот вовлекалось лишь около трети всего минерать-

ного сырья, а на производство готовой продукции расходовалось

менее 7% добытых полезных ископаемых.

Наиболее важным следствием таких масштабов потребления ми-

нерального сырья и состояния его использования являются прогрес-

сирующее исчерпание (по имеющимся прогнозам) ряда видов сырья

и топлива, возрастающее накопление твердых отходов и увеличива-

ющиеся в связи с этим ущерб экономике и загрязнение биосферы. В

свете этого использование твердых отходов производства и потреб-

ления

экономия на этой основе сырьевых и материально-энергети-

ческих ресурсов, вставшие

ряд важнейших социально-экономичес-

ких, технических и экологических проблем современности, получа-

ют все больший приоритет в экономической политике большинства

государств.

Глава 12. Оценка эффективности вовлечения

твердых отходов в материальное производство

В основе интереса к проблемам использования твердых отходов

лежат прежде всего экономические причины,

обу

словливаемые пер-

спективами существенного снижения капитальных затрат

(в

2-3 раза)

и издержек при производстве продукции из отходов по сравнению с

ее производством из первичного природного сырья, растущими зат-

ратами на охрану окружающей среды и

рядом

других обстоятельств.

489

Естественно, что капитальные вложения в производство любой про-

дукции необходимо осуществлять с наибольшей эффективностью и

отдачей и с наименьшими затратами природных ресурсов. Поэтому

оценку экономической эффективности переработки отходов производ-

ства рационально осуществлять путем определения экономических

эффектов использования отходов и экономической эффективности

затрат на вовлечение отходов в промышленную переработку-. При-

емы выполнения такой оценки охарактеризованы ниже по материа-

лам разработанной ВИВРом Госснаба СССР и НИИПиНом Госпла-

на СССР методики по оценке экономической эффективности исполь-

зования твердых отходов производства и потребления (М., 1985).

Народнохозяйственный экономический эффект переработки от-

ходов является суммарной экономией всех производственных зат-

рат, обеспечиваемой заменой в производстве первичного сырья от-

ходами, а также предотвращением или сокращением отрицательно-

го воздействия отходов на окружающую среду. Суммарный

экономический эффект производства продукции, изготовляемой из

отходов или с их применением, определяется как разность прироста

прибыли (снижения себестоимости) и приведенных капитальных вло-

жений на все мероприятия по сбору, заготовке, обработке и перера-

ботке отходов. Основным методическим приемом определения на-

роднохозяйственного экономического эффекта (сравнительной эффек-

тивности) переработки отходов по тому или иному направлению

обычно является сопоставление приведенных затрат на производ-

ство и использование продукции из первичного сырья и отходов с

выбором лучшего варианта по минимуму затрат:

3 = С + Е K=Iiiin.

где 3 - приведенные затраты на единицу продукции, руб.; С - себе-

стоимость единицы продукции, руб.; E

- нормативный коэффициент

эффективности капитальных вложений; К - удельные капитальные

вложения в производственные фонды, руб.

Оценку народнохозяйственного экономического эффекта перера-

ботки отходов в конкретный вид продукции осуществляют последо-

вательным определением и суммированием экономических эффек-

тов, имеющих место у предприятия-изготовителя продукции из отхо-

дов, у предприятий, потребляющих продукцию из отходов, и у

народного хозяйства в целом вследствие предотвращения или со-

кращения отрицательного воздействия отходов на биосферу. Общую

(абсолютную) экономическую эффективность использования отхо-

490

дов, характеризующую общую величину отдачи в результате осуще-

ствления затрат, определяют путем отнесения народнохозяйствен-

ного экономического эффекта к суммарным приведенным затратам

по сбору, заготовке, обработке и переработке отходов.

Расчет годового экономического эффекта переработки отходов

в конкретный вид продукции производят по формуле:

Э.=

5>-2>

i=1

где

^T 3i

- суммарные приведенные затраты на добычу (заготовку;

производство) природного сырья и переработку его

конкретный вид

продукции с учетом всех переделов в сопряженных отраслях, рас-

чет которых производится по формуле:

3, = (И, +

а, H,+(H

) а

+ •

-+(И,+E

i = l

где И,, И

, ..., И

- затраты на единицу продукции по каждому пере-

делу добычи (заготовки, производства) природного сырья и его пе-

реработки в конкретный вид продукции без учета стоимости исход-

ного сырья, руб.; K

, K

, ..., K

- удельные капитальные вложения в

производственные фонды по каждому переделу названных выше

добычи и переработки природного сырья, руб.; а,, а

, ..., а

- 1 -

доля затрат

данный продукт

соответствии с его частью, поступа-

ющей на следующий этап в случае его комплексной пере-

работки; H

, H

,...,

-1- количество исходного

сырья

или продук-

ции по каждому переделу

расчете на единицу конечной продукции;

- суммарные приведенные затраты на сбор и подготовку отхо-

j-i

дов к реализации

источниках их образования, их заготовку

специа-

лизированными организациями, обработку (подготовку к производ-

ственному потреблению) и переработку отходов в конкретный вид

продукции, расчет которых проводят по аналогичной последней фор-

муле:

Ja-Of

+Е\к\)*\Н>(И;+ЕК>'

Н;+- • •+

(И'

K-J,