Реферат на тему:
Технології конверсії отруйних відходів виробництва в нейтральні природні
речовини
Збереження земельних ресурсів
Земельні ресурси — це одне з найважливіших джерел забезпечення життєво
необхідних потреб людства.
За даними міжнародної організації з питань продовольчого забезпечення
(ФАО) у світі на кожну людину припадає близько 500 гектарів потенціально
придатних для землеробства грунтів, але менше половини з них
використовується за призначенням.
Індустріальна економіка й урбанізація суспільства не тільки безповоротно
зменшують потенційні земельні ресурси планети, використовуючи їх для
будівництва нових міст, заводів, залізничних і автомобільних доріг,
водосховищ, судноплавних та іригаційних каналів, трубопроводів, а й
пригнічує, чи навіть безпосередньо порушує структуру й родючість
навколишніх, колись урожайних грунтів. Найбільшої шкоди щодо цього
завдають гірничодобувні галузі промисловості. У місцях відкритих
розробок знищуються рослинність, тваринний світ, плодючий грунт.
Винесені на поверхню глибинні породи бувають не тільки біологічно
стерильними й непридатними для рослин, а й токсичними, що утворюють
мертві «індустріальні пустелі».
У США і СРСР площі «техногенних ландшафтів» у 80-ті роки становили
мільйони га, а в деяких районах Європи — до 10% усієї земельної площі.
Тільки за видобутку вугілля об’єм гірської породи, вилученої з надр
Землі, за рік досягає 1 млрд m3. Такими «кубиками» можна оперезати нашу
планету вздовж екватора кільцем завширшки 25m.
Припинення дальшого поширення районування й забруднення плодючих грунтів
сьогодні є нагальною технологічною проблемою економіки. Найбільш
поширеною технологією відновлення порушених земель є рекультивація. Але
її ефективності можна досягти тільки за безпосереднього включення
процесів рекультивації в єдину систему технології гірничодобувного
виробництва як за місцем, так за часом.
За такої комплексної технології одночасно з розкривними роботами
виконують відновлювальні роботи: заповнення відпрацьованих площ, з яких
уже вилучено корисні копалини, пустою породою і оптимальне планування їх
поверхні та покриття шаром родючого грунту, попередньо знятого і
збереженого в спеціальних відвалах.
Завдяки рекультивації поступово відновлюється продуктивність земель і
природна естетична споживна вартість ландшафту — його рекреаційне
призначення.
Відвали пустої породи вугільних шахт, які традиційно створювали
специфічний ландшафт димучих териконів, поступово стають придатними для
сільськогосподарського використання і лісопосадок. Це досягається
завдяки біотехнології формування гумусового шару на поверхні
азотфіксуючими бактеріями, яких спеціально вирощують і вносять у грунт.
Ріст рослин прискорюють додаванням комплексних добрив і оптимальним
гідрорежимом. Хоча площі таких рекультивованих земель, зважаючи на
великі витрати, ще незначні, саме ця технологія є прогресивною.
Нині спостереження за земельними ресурсами — літомоніторинг ведуться за
допомогою авіаційної і космічної техніки, що уможливлює швидке виявлення
джерел і шляхів глобальної міграції шкідливих відходів гірничодобувної
промисловості.
Збереження чистоти повітря і води
Кислотні дощі, аерозолі, смог, фотохімічний туман — ці слова знайомі
населенню багатьох індустріальних країн планети.
Ми вже торкались цієї проблеми в попередніх розділах посібника,
розглядаючи її як глобальну, що потребує невідкладних активних дій на
національному й міжнародному рівнях.
Тут ми розглянемо новітні технології знешкодження токсичних відходів
промисловості. Одним із світових лідерів у розробці таких технологій є
відома фірма Хальдор Торсе (Haldor Topsoe). Переваги її розробок над
традиційними полягають у реалізації в нових технологіях принципу
перетворення токсичних речовин відходів виробництва в нейтральні
природні речовини безпосередньо за місцем їх утворення без будь-яких
вторинних відходів. Саме цей принцип відповідає економіці ноосфери (див.
1.1.4). 1989 року фірма Хальдор Торсе здобула міжнародний приз «За чисту
технологію» і її було запрошено для реалізації програми «Чиста
технологія вугілля» за проектом Міністерства енергетики США.
На рис. 64 показано технологічну схему каталітичної конверсії SO2 у
якісну товарну концентровану сірчану кислоту без будь-яких вторинних
відходів. Гази з високою концентрацією SO2 утворюються за обпалювання
сульфідних руд на металургійних заводах (див. 3.2.2), а також за
спалювання вугілля на теплових електростанціях (див. 3.2.1) та на інших
виробничих об’єктах.
За наведеною схемою відпрацьоване нагріте технологічне повітря чи
топочний газ зі вмістом діоксиду сірки будь-якої концентрації
повітродувкою 1 подається через теплообмінники 2 і 3 у реактор 4, де на
каталізаторі з пентаоксиду диванадію (V2O5) і благородних металів
відбувається екзотермічна реакція:
Нагрітий за рахунок тепла реакції до 500(С газ з реактора 4 надходить
знов у теплообмінник 3, де тепер віддає тепло газу, що надійде в
реактор, і далі в башту 5, де SO3 реагує з молекулами води вологого
повітря, утворюючи сірчану кислоту:
Рис. 64. Схема очищення повітря (газів) від діоксиду сірки:
1 — повітродувка; 2 і 3 — теплообмінники; 4 — реактор каталітичного
перетворення SO2 на SO3; 5 — башта конденсації SO3 + H2O в товарну
сірчану кислоту.
Поглинаючи надлишкові молекули води, кислота конденсується в
концентровану товарну кислоту:
Усі наведені реакції екзотермічні, що забезпечує необхідний нагрів
газів, які надходять до реактора, якщо концентрація SO2 в них буде не
нижча за 2,5%. Для газів з нижчими концентраціями потрібен додатковий
підігрів.
P
R
8:???
?
a 1/4
+b-’-p/ /O/P0?182h2?e?aE¶???«?F««?•«
gd¦;™
! для такого роду процесів. За цією схемою відбувається конверсія і
інших сірковмісних сполук (меркаптанів, сульфідкарбонілів).
На рис. 65 зображено технологічну схему знешкодження сірководню (H2S) з
викидних газів коксових батарей і газифікаторів вугілля.
Технологія конверсії газу Н2S схожа з уже описаною для конверсії SO2.
Але реакція окиснення H2S відбувається в 2 стадії з надзвичайно великим
екзотермічним ефектом:
Рис. 65. Схема знешкодження H2S у повітрі (газах):
1 — конвертер H2S ( SO3 + H2О; 2 — теплообмінник; 3 — система
охолодження розплаву солей конвертера і генерації пари; 4 — башта
конденсації SO3 + H2O в товарну сірчану кислоту; 5 — повітродувка; 6, 7
— насоси системи підвищення концентрації кислоти.
Наступні реакції гідратації SO3 і конденсації сірчаної кислоти
відбуваються так само, як було вже описано.
Потік газу з Н2S легко простежити за схемою рис. 65, яка відрізняється
від схеми рис. 64 для конверсії SO2 тим, що завдяки високому екзоефекту
реакцій нема потреби підігрівати газ, що надходить до реактора. Навпаки,
надлишкове тепло відводиться спеціальною охолоджуючою системою 3, де
циркулює розплав солей (KNO3, NaNO3, NaNO2), який прокачують між
трубками реактора 1 з каталізатором V2O5 і через теплообмінник
охолодження газу 2. Тепло, відібране соляним розплавом з реактора 1 і
теплообмінника 2, витрачається на отримання пари 3…4 at для
технологічних потреб і обігрівання приміщень.
На рис. 66 показано схему конверсії (відновлення) оксидів азоту (NO,
NO2) в молекулярний (атмосферний) азот (N2) і воду в реакціях з аміаком
(NH3), які спрощено можна записати так:
У реакторах використовують спеціальні каталізатори з благородних металів
на діоксидтитановому (ТіО2) носії.
Рис. 66. Схема знешкодження оксиду азоту каталітичним
перетворенням на азот:
1 — резервуар з рідким аміаком; 2 — випаровувач аміаку; 3 — конвертер NO
( N2 + H2O
За схемою рідкий аміак з баку 1 надходить до випарювача 2 і далі,
змішуючись з повітрям і потоком газів у реакторі 3, реагує з оксидами
азоту, перетворюючи їх на нейтральні природні речовини атмосфери N2 і
H2O.
На базі вищенаведених схем фірма розробила комплексну технологію
конверсії SO2 i NO газів (диму), що утворюються від спалювання вугілля
зі вмістом сірки близько 2%. У процесі конверсії вміст SO2 i NO2 в газах
зменшується в 20 разів і не перевищує для SO2 80 ‰, а NO2 — 30 ‰, що
значно нижче існуючих норм.
На багатьох підприємствах технологічні вихідні гази містять у
небезпечних для навколишнього середовища концентраціях токсичні
органічні речовини, часто з неприємним запахом.
Типову технологічну схему фірми «Топсе» для очистки газів зі вмістом
органічних речовин (Сm Hn), які надходять із сушильних камер установок
для фарбування автомашин чи інших виробів, показано на рис. 67.
Рис. 67. Схема знешкодження органічних токсичних речовин
каталітичною конверсією на діоксид і воду:
1 — повітродувка; 2 — теплообмінник; 3 — пусковий нагрівач; 4 —
конвертер.
За такою схемою гази попередньо нагріваються до 150(С і додатково — в
теплообміннику 2 перед реактором 4, в якому вони каталітично окиснюються
до CO2 і води. Реакція екзотермічна, і виділене тепло використовується
для нагрівання газу перед реактором у теплообміннику 2.
Показаний на схемі пусковий нагрівач газу 3 використовуєть-
ся тільки на стадії пуску і розігрівання системи. Отже, ця технологія
повністю енергетично автономна, більше того, очищене гаряче повітря (>
200(С) може використовуватись повторно як теплоносій.
Висока техноекономічна ефективність цих технологій забезпечує їх
використання в багатьох країнах світу. У США компанія «Огайо Едисон К(»
використовує конверсію SO2 і NO за схемами фірми «Топсе» на
електростанції (35 MW) за згаданою вже програмою «Чиста технологія»
Міністерства енергетики США. В Європі такі установки потужністю 10000 m3
за годину працюють у Данії (ТЕС 300 MW), Італії (ТЕС 30 MW), Чеській
Республіці (газифікація бурого вугілля), Швеції і Бельгії (газифікація
важких фракцій нафти і очищення газів обпалювання MOS), ФРН і
Нідерландах (коксові батареї).
В Індонезії фірма «П. Т. Саус Пасифік Віскос» за такою схемою знешкоджує
діоксид сульфіду у газах, що утворюються в процесі виробництва
віскозного волокна.
Будемо сподіватись, що в економіці ноосфери ХХІ ст. використання таких
технологій буде беззаперечним обов’язком країн усього світу і
розроблятимуться нові технології, що взагалі виключатимуть надходження в
природне середовище відходів з токсичними речовинами у концентраціях
вищих, ніж ГДК (табл. 30).
Таблиця 30
Граничні концентрації (ГДК) токсичних (шкідливих) речовин у повітрі
Речовина Формула ГДК
mg/m3 mol/m3
Хлор Cl2 1 10 –5
Соляна кислота HCl 5 1,3 · 10 –4
Сірка S 2 6 · 10 –5
Сірководень H2S 1 2 · 10 –5
Діоксид сірки (сірчистий ангідрид) SO2 10 1,5 · 10 –4
Сірчана кислота H2SO3 1 1,02 · 10 –5
Аміак NH3 20(18) 1,18 · 10 –3
Діоксид азоту NO2 9 2 · 10 –5
Азотна кислота HNO3 5 1,5 · 10 –5
Пентаоксиддифосфору Р2О5 1 7 · 10 –4
Ортофосфорна кислота H3PO4 1 1,02 · 10 –5
Оксид вуглецю CO 20 7 · 10 –4
Діоксид вуглецю CO2 9000 200
Фосген COCl2 0,65 10 –6
Ціаністий водень HCN 0,3 1,1 · 10 –5
Ціанід калію KCN 0,3 1,5 · 10 –6
Кремній Si 4 1,3 · 10 –3
Діоксид кремнію SiO2 1 1,6 · 10 –5
Скляне і мінеральне волокно
4 —
Гідрооксид натрію NaOH 0,5 1,2 · 10 –5
Берилій Be 0,001 10 –7
Стронцій Sr 1 10 –5
Ртуть Hg 0,01 10 –8
Олово Sn 2 1,6 · 10 –5
Фенол C6H5OH 0,3 3 · 10 –6
Література
Колотило Д. М. К 61 Екологія і економіка: Навч. посібник. — К.: КНЕУ,
1999.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
