Переработка и утилизация ПО по полной заводской технологии
За последнее время в развитых промышленных странах Западной Европы и США переработка основной массы ПО ведется централизованно, по полной заводской технологии. При этом практически исключается процесс захоронения или складирования отходов на территории предприятий за исключением золы, шлака и обезвоженных гальваношламов, которые по мере накопления вывозятся на переработку в строительные материалы или для других целей. Одним из образцовых предприятий такого типа является завод "Коммуникеми" в г. Ниборге (Дания). Завод расположен в центре страны и занимает площадь 5 га. Приемный пункт завода имеет подъездные автомобильные дороги и железнодорожную ветку, вдоль которой на длине 170 м построена платформа, предназначенная для разгрузки бочек и товарных вагонов. Специальное место выделено для разгрузки железнодорожных цистерн. Доставка отходов на завод "Коммуникеми" осуществляется фирмой "Трансхимия". Для опорожнения цистерн, привозящих нефтеотходы, растворители, жидкие токсичные отходы, на заводе применяется трубопроводный транспорт, так что, начиная с места разгрузки и до обезвреживающей установки, персонал не имеет непосредственного контакта с токсичными отходами. Пастообразные отходы химической промышленности, использованные консистентные смазки, жироподобные вещества привозят в бочках, которые устанавливают на движущийся рольганг, вскрывают специальными ножами и транспортируют дальше к месту сжигания. В состав основного технологического оборудования, смонтированного на заводе "Коммуникеми", входят: · · установка для обработки отработанных масел; · · установка для обработки загрязненных растворителей, включая оборудование для опорожнения бочек, содержащих пожаровзрывоопасные вещества; · · установка для обработки неорганических химических загрязнений; · · установка с барабанной печью для сжигания и прокаливания промышленных твердых, жидких и пастообразных отходов; · · котел-утилизатор и система очистки дымовых газов; · · специальная циклонная печь с мокрой очисткой дымовых газов для термического обезвреживания галогеносодержащих углеводородов. Значительное место на заводе занимают наземные резервуары для хранения жидких химических отходов и нефтепродуктов. Для складирования твердых отходов на время ремонта или технического обслуживания оборудования предназначено специальное хранилище. У въезда на завод размещается административный корпус, который кроме административных помещений включает также лабораторию, зал заседаний, душевые, гардероб, столовую. Технологическая схема завода "Коммуникеми" представлена на рис. 90. Здесь от одной станции контроля и приемки отходов, поступающих по железной дороге и автотранспортом, ответвляются две линии сжигания для галогеносодержащих и всех остальных отходов. Доставленные на завод отработанные масла и нефтесодержащие отходы подвергаются обработке путем нагрева до 90-100°С и последующего отстаивания в вертикальных резервуарах, где они разделяются на четыре фракции: осадок, перекачиваемый на сжигание двухпоршневыми насосами и предварительно проходящий через дробилки; воду, подаваемую в камеру дожигания; масло, идущее потребителям для вторичного использования; легковоспламеняющиеся отходы, которые собираются в верхней части резервуара и направляются в конденсатор, а затем в жидком виде смешиваются с растворителями, привозимыми отдельно, и направляются на сжигание. Растворители служат топливом для барабанной печи, являющейся основным оборудованием завода для обезвреживания отходов. Загрузка отходов в печь может осуществляться следующими способами: · · скиповым подъемником для твердых отходов; · · лифтом для металлических бочек и барабанов вместимостью до 200 л; · · поршневыми насосами для подачи сгущенных нефтесодержащих осадков, собранных после отстаивания загрязненных масел и растворителей. Подача высококалорийных растворителей, служащих основным топливом для работы барабанной печи и обезвреживания отходящих газов в камере дожигания, осуществляется насосами через форсунки. Загрузочное отверстие барабанной печи снабжено качающимся шибером, предотвращающим подсос воздуха во время подачи отходов. Шлаковая подушка, образующаяся в нижней части печи в процессе горения отходов, предотвращает кирпичную футеровку от разрушения при падении в печь тяжелых металлических бочек. Оба подъемника (для твердых отходов и бочек) во избежание несчастного случая блокированы друг против друга. Дозировка подачи твердых отходов производится изменением числа ходов подъемников, дозировка остальных веществ осуществляется в результате изменения подачи соответствующих насосов. Поступающие на сжигание через загрузочные узлы ПО перемешиваются и сгорают в барабанной печи. Оптимальный режим ее работы обеспечивается регулированием частоты вращения барабана. Твердые и жидкие шлаки на выходе из барабанной печи попадают в мокрый шлаковый бункер и транспортируются на склад. Несгоревшие частицы и отходящие газы поступают в камеру дожигания, где поддерживается температура 900-1000°С. Если вследствие низкой теплоты сгорания отходов или неполного сгорания температура в барабане понижается, то через расположенную сбоку горелку подается дополнительное топливо, что способствует повышению температуры и полному сгоранию отходов. Для обеспечения полного выгорания отходящих газов в камеру вторичного сжигания с большой скоростью вдувают вторичный воздух. Правильно выбранная протяженность и направленность потока отходящих газов обеспечивает их полное дожигание и равномерную нагрузку котла. Расположенный после камеры дожигания паровой котел обеспечивает тепловой энергией нужды завода, а избыток пара используется для подогрева воды в системе теплоснабжения г. Ниборга. Температура перегретого пара составляет около 240°С, температура выходящих из котла газов колеблется в пределах 280--300°С. В летнее время часть пара охлаждается в воздушных конденсаторах, а образовавшийся конденсат возвращается на рециркуляцию. Для покрытия потерь воды в термической системе станции построена установка водоподготовки для полного обессоливания производительностью 4 м3/ч. Отходящие газы очищаются в электрофильтре. Пыль оседает на вертикально установленные коронирующие электроды и осадительные пластины, которые периодически очищаются ударным способом с помощью падающего молота. Вся установка для сжигания работает под пониженным давлением, которое создается дымососом.
Шлаки и обезвоженные гальванические шламы вывозят в определенное место и складируют с соблюдением осторожности. Линия сжигания для галогеносодержащих отходов значительно меньше линии, предназначенной для сжигания всех остальных отходов. Вместо барабанной там применяют камерную печь. Специфика отходящих токсичных газов требует их мокрой очистки в скруббере. Образующуюся сточную воду нейтрализуют известью, а обезвоженные дымовые газы объемом 30 000 нм3/ч через трубу выбрасываются в атмосферу. Очищенную сточную воду сливают в систему городской канализации, а обезвоженный шлам направляют на площадку хранения и для дальнейшего использования. Завод "Коммуникеми" в г. Ниборге введен в эксплуатацию в 1979 г. Там работает 60 сотрудников, из них 7 человек -- административный персонал. Расчетная производительность завода — 80 000 т ПО в год. Общие затраты на строительство завода составили 70 млн. датских крон (9 млн. руб. по курсу того времени), из. них 40 млн. крон (5 млн. руб.) составили затраты на оборудование. Проектирование и строительство завода "Коммуни-кеми" велось группой фирм во главе с датской фирмой "Ойл Консалт". Большая сжигательная установка с барабанной печью разработана и изготовлена швейцарской фирмой "Фон Ролл". Другим примером современного предприятия с заводской технологией переработки и утилизации ПО является комплекс, построенный в Финляндии фирмами А/О "Суомен Он-гелмаяте" и "Оутокумпу Инжиниринг" (Генеральный проектировщик). Опытная эксплуатация завода началась в июле 1984 г. Согласно предварительно выполненному исследованию в Финляндии ежегодно образуется около 110 000 т ПО и загрязнений. Часть из них перерабатывается промышленностью, поэтому в качестве исходных данных при проектировании нового предприятия по переработке сложных отходов было принято 65 000 т в год. Этот поток ПО, поступающих на завод, состоит из маслосодержащих отходов, сжигаемых органических отходов, отходов растворителей, малых партий сложных отходов, неорганических отходов, отходов с поли-хлорированными бифенилами (ПХБ) и гербицидами. Формы физического состояния поступающих отходов сильно варьируются. С точки зрения технологических процессов обработки отходы разделены на три группы: жидкие, пастообразные и твердые. Безопасная и рациональная переработка отходов на предприятии предъявляет свои требования к упаковке отходов и используемым транспортным средствам. На предприятие отходы могут поступать в железнодорожных вагонах и цистернах, в автоцистернах, в илососах, на грузовых машинах. Поступающие на завод ПО в зависимости от своих свойств подвергаются физико-химической или термической обработке. Физико-химическими методами в основном перерабатывают неорганические отходы, такие как: кислоты, щелочи, растворы цианидов, хроматов, предварительно нейтрализованные шламы. Чтобы поступающие отходы подвергались качественной обработке, берут пробы. В зависимости от результатов анализа для партии отходов подбирают правильный способ обработки, для каждого вида отходов предусмотрена своя разгрузочная линия. Для отходов, содержащих цианиды, предусмотрено отдельное помещение для обработки. Таким образом предотвращается попадание кислых компонентов в цианид и последующее образование цианистого водорода.
Принцип обработки поступающих на физико-химическую установку в виде раствора или пульпы гальванических отходов, содержащих неорганические вещества, такие, как кислоты, щелочи, соли и т.д., заключается в превращении вредных веществ в безопасные или менее вредные соединения, или в их осаждении в качестве трудно растворимых соединений, которые можно выделить путем фильтрации. Содержащий вредные вещества осадок перевозят на специальную свалку. Фильтрат, в котором содержание вредных веществ ниже предельных значений, согласованных с органами власти, спускают в канализационную сеть близлежащего города. Обработка гальванических отходов ведется по схеме, показанной на рис. 91. Хромосодержащий раствор перемещают из складского резервуара в реактор для восстановления хрома, где шестивалентный хром восстанавливают сульфитом натрия в трехвалентный хром. Так как процесс происходит в кислом растворе, то перед восстановлением добавляют требуемое количество серной кислоты. После того как обеспечено достаточно низкое содержание шестивалентного хрома, раствор подают на нейтрализацию, где трехвалентный хром осаждается в виде гидроксида. Для веществ, содержащих цианиды, предусмотрено отдельное помещение обработки, в котором также находятся перед дальнейшей обработкой и транспортные цистерны. Транспортные цистерны разгружают в резервуар окисления, после чего их моют водой, которую направляют в резервуар окисления в качестве разбавляющей. После добавления известкового молока (рН выше 10,5) цианид окисляется гипохлоритом в изоцианат. После того, как достигнуто достаточна низкое содержание цианида, стоки поступают на нейтрализацию. Нейтрализация производится в резервуаре, в который подают сначала определенное количество кислых растворов из соответствующего складского резервуара или из резервуара восстановления хрома. Затем часть кислот нейтрализуют щелочными растворами, получаемыми из резервуаров окисления цианидов или из соответствующего складского резервуара, остальные кислоты нейтрализуют известковым молоком. Когда раствор становится щелочным, тяжелые металлы осаждаются в качестве гидроксидов. После того, как необходимое значение рН (7-10) достигнуто, производится фильтрация пульпы на фильтрпрессе. Осадок перевозят на специальную свалку, и фильтрат направляют в контрольный резервуар, где рН можно дополнительно отрегулировать до необходимого значения. Когда анализами установлено, что содержание вредных веществ ниже допустимых значений, фильтрат спускают через бассейн технологической воды в канализационную сеть города. В противном случае фильтрат возвращают на вторичную обработку. В цехе сжигания непрерывно обезвреживается около 50000 т различных видов отходов в год. Из этого количества особо загрязненные сточные воды составляют около 15000 мз/г. Тепло рекуперируется в котле-утилизаторе. Дымовой газ перед подводом в дымовую трубу очищают с помощью скруббера, орошаемого известковой водой и рукавного фильтра . Поступающие из цеха сжигания и скрубберов шлак, пыль и промывные отходы складируют на специальной свалке. В цех сжигания через приемный пункт поступают следующие виды ПО: · · жидкие отходы — отработанное масло, органические перекачиваемые отходы, галогеносодержащие растворители, отходы с содержанием полихлорированных бифенилов, сжигаемые сточные воды; · · пастообразные отходы — лакокрасочные, красочные и клеевые отходы, а также масляные пульпы; · · твердые отходы - упакованные отходы в бочках, больничные отходы, другие виды твердых отходов, подача которых в барабанную печь осуществляется с помощью грейфера; · · газообразные отходы -- отходящие газы, поступающие из вакуумных насосов приемного пункта отходов. Линия сжигания (рис. 92) состоит из барабанной печи, котла-утилизатора, скруббера и пылевого фильтра. Отходы сжигают во вращающемся барабане печи и в камере дожигания. Бочки с твердыми отходами поступают в цех сжигания по рольгангу, с которого они по одной перемещаются через затвор в питательный бункер барабанной печи. Остальные твердые отходы после гомогенизации подают грейферным краном в питательный бункер, откуда они поступают на сжигание в печь.
Рис. 92. Принцип работы линии сжигания 1 - бункер для отходов; 2 - барабанная печь: 3 - камера дожигания, 4 - котел-утилизатор; 5 - скруббер; 6 - пылевой фильтр; 7 - труба
Жидкие и пастообразные отходы перекачивают из расходных резервуаров в горелки барабана. Температуру барабанной печи регулируют с помощью горелки для отработанного масла. Нормальная температура сжигания составляет 900-1300°С. При сжигании галогеносодержащих углеводородов температуру поддерживают выше 1100°С. Сжигание производится со значительным избытком воздуха, что обеспечивает полное сгорание. Сжигание контролируется с помощью термометров, газоанализаторов и телевизионной камеры. Остающийся при сжигании расплавленный материал — шлак падает с барабана в охладительный бассейн, откуда его перевозят на шлаковый участок свалки. В котле-утилизаторе вырабатывается пар высокого давления, что обеспечивает работу котла выше точки росы во избежание коррозии. Выработанный пар частично используют для собственных нужд предприятия, а остальную теплоэнергию подают в теплофикационную сеть города Риихимяки. Осажденную в котле-утилизаторе золу собирают в бункер и перевозят после увлажнения на свалку специальной конструкции. Дымовые газы очищают от кислотных соединений в струйном скруббере. Там газ проходит через струи известковой пульпы, причем хлорная, фтористоводородная кислоты, триоксид серы и т.д. реагируют с гидрооксидом кальция и образуют хлористый кальций, фторид кальция, сульфат кальция и т.д., которые отстаиваются в нижней части скруббера.
Цех сжигания эксплуатируется таким образом, что температура внутри барабана находится в пределах 1200—1500°С в зависимости от сжигаемых отходов. При этом все органические соединения разлагаются, а неорганические вещества, включая стальные емкости, сплавляются в инертный стекловидный шлак. Появляющаяся при сжигании пыль в основном содержит Са и СаСОз. Образующиеся на предприятии шлаковые и другие отходы складируются на свалке специальной конструкции (рис. 93), которая изолирована водонепроницаемым материалом от днища. Отходы складируют по видам отдельно друг от друга. Для контроля за грунтовыми водами на территории предусмотрены контрольные точки. Сточные воды, образующиеся в технологических процессах, направляют либо в необработанном виде, либо с требуемой обработкой обратно на технологические нужды. В этих процессах они большей частью испаряются. При нормальной эксплуатации в городскую канализационную сеть сбрасывают только сточные воды, поступающие из установки физико-химической очистки. Если нужно сбросить другие сточные воды производства в канализационную сеть, то их очищают до степени, определенной муниципалитетом. Дождевые воды собирают с помощью колодцев в уравнительный бассейн, откуда их отводят в открытую канаву или направляют на обработку и затем используют в технологических целях. Процесс очистки состоит, в частности, из следующих отдельных этапов: · · гравитационной сепарации масла и песка; · · фильтрации через слой песка; · · фильтрации активным углем; · · химической флокуляции эмульсий и флотации; · · удаления тяжелых металлов путем ионообмена. Работа лаборатории является значительной частью системы заводской технологии переработки ПО. В ее функции входит отбор проб отходов для анализа, рассмотрение инструкций и сопроводительных документов для переработки отходов, контроль окружающей среды, проведение заказных анализов. Основные сведения об отходах получают от поставщика по заполняемой анкете. Задачей лаборатории является быстрое выяснение соответствия сведений о качестве поступающих отходов результатам анализов и при несоответствии принятие определенных решений [12]. Большой опыт обезвреживания ПО накоплен в Швеции. В стране существует шесть пунктов приемки и частичной предварительной переработки опасных отходов. В 1983 г. введен в эксплуатацию центральный завод "Сакаб" близ г. Норртороп. На этот завод поставляются опасные ПО с территории всей страны, в том числе и те отходы с приемных пунктов, которые нельзя перерабатывать на месте. Завод "Сакаб" построен в 1983 г. Его стоимость -- 250 млн. шведских крон, или около 24 млн. инвалютных руб. Ниже представлен состав и объем перерабатываемых отходов.
Схема переработки ПО соответствует примерно технологии, принятой на заводах Дании и Финляндии. Аналогичные заводы и установки имеются и в других странах [26]. Определенные сдвиги наметились и в отечественной практике. С целью решения проблемы обезвреживания ПО институтом НИиПИ Генплана Москвы совместно с рядом институтов завершена схема очистки Москвы от ПО до 2000 г. МосводоканалНИИпроектом разработан централизованный комплекс по обезвреживанию и переработке по заводской технологии нефтесодержащих и близких к ним по свойствам отходов и осадков с очистных сооружений промышленных предприятий, а также твердых отходов. Для определения количественного и качественного состава вышеперечисленных ПО была выполнена их классификация. В ее основу положены технологические принципы переработки отходов. Суммарная мощность комплекса на 1990 г. составит 320,7 тыс. т в год или 1000 т/сут. Комплекс должен работать круглосуточно из расчета годового фонда времени 320 дней в году. Из этих условий определена суточная мощность комплекса, которая может корректироваться в процессе проектирования. Согласно схеме очистки Москвы от ПО считается целесообразным размещение трех унифицированных комплексов вблизи наиболее насыщенных промышленными предприятиями планировочных зон города. Мощность одного из комплексов приведена в табл. 5.3.
5.3. Мощность одного унифицированного комплекса по переработке неутилизируемых промышленных отходов
Обезвреживание особо токсичных отходов I и II классов опасности происходит на полигоне, разработанном институтом ГосНИИхлорпроект. Общая технологическая схема работы комплекса, проектируемого институтом МосводоканалНИИпроект, представлена на рис. 94. В его составе предусмотрены производственные отделения: · · приема и подготовки к сжиганию жидких горючих отходов; · · приема и хранения растворителей и отходов лакокрасочных материалов; · · приема и подготовки к термической обработке осадков нефтесодержащих сточных вод; · · термической обработки отходов (нагретые газы от сжигания жидких и твердых горючих отходов используют для сушки и прокаливания негорючих отходов); · · очистки отходящих газов; · · очистки промышленных сточных вод комплекса; · · складирования обезвреженных материалов. · · Кроме того, предусматриваются обслуживающие отделения: · · ремонтно-механическое; · · служебно-бытовое; · · вспомогательных служб. Все отходы, поступающие на комплекс, проходят предварительную подготовку перед термической обработкой: обезвоживание, дробление, сортировку. Обезвоженные жидкие горючие отходы нефтепродуктов и смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), растворители и отходы лакокрасочного производства, производственный мусор сжигают, и тепло отходящих газов используют для обжига осадков нефтесодержащих сточных вод и сушки гальваношламов. Сточные воды, образующиеся в технологическом процессе обработки отходов, а также ливневые воды после очистки от механических примесей и нефтепродуктов используют для мойки автомашин комплекса, гашения золы, приготовления реагентов. Дымовые газы подвергаются двухступенчатой сухой и мокрой очистке и через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу. Часть полученного котельного пара подается на отопление и горячее водоснабжение. Проектирование комплекса осуществляется на базе отечественного оборудования [19]. Сибирским филиалом НПО "Техэнергохимпром" (г. Бердск, Новосибирская обл.) разработано три типа барабанных печей разной производительности для сжигания ПО: Ф-10-72А-30/01 -- производительностью 550 кг, внутренний диаметр барабана 1,6 м, длина 20 м; Ф-02-76-30/0 — производительностью 750 кг/ч, внутренний диаметр барабана 2,2 м, длина 18 м; СФ-369.01 -- производительностью 3700 кг/ч, внутренний диаметр барабана 3,5 м, длина 16 м. Изготовители первых двух вариантов печей — Бердический завод "Прогресс"; последнюю печь изготовляет п/о "Уралхиммаш". Печи оснащаются загрузочными устройствами, камерами дожигания, котлом- утилизатором, системами пылегазоочистки [2, 34].
