Научная деятельность

Плазмохимический способ обезвреживания просроченных или запрещенных к применению агропромышленных ядохимикатов

 

В Соответствии с Федеральной целевой программой «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации на 2009-2013 годы выполняются работы, направленные на создание технологии уничтожения (утилизации) агропромышленных ядохимикатов, не востребованных в промышленности и агрохозяйственном комплексе.

Актуальность проведения работ в указанном направлении, обусловлена наличием в Российской Федерации около 1000 несанкционированных, либо не соответствующих требованиям действующего законодательства мест захоронения пестицидов, содержащих более 20 тыс.тонн химикатов 1 — 3 класса опасности, примерно 40 процентов которых относятся к стойким органическим загрязнителям, неравномерным распределением мест захоронений на территории субъектов РФ, а также отсутствием эффективных технологий их уничтожения, соответствующих современным требованиям экологической и промышленной безопасности.

В основе метода уничтожения пестицидных форм препаратов агропромышленного назначения лежит термическое разложение сложных органических соединений с последующим дожигом отходящих газов и выведением их из материальных потоков.

Обязательным условием уничтожения запасов данных токсичных препаратов является постоянный контроль за технологическим процессом и непрерывный мониторинг отходящих газов, сбрасываемых в атмосферу. Из термических методов обезвреживания технология плазмохимической утилизации пестицидов в большей степени отвечает требованиям обезвреживания различных пестицидов с лучшими экологическими показателями.

Основной технологический процесс плазмохимической утилизации пестицидов сводится к следующим операциям:
— подготовка и подача пестицидов во вращающуюся печь;
— окислительный пиролиз при температуре 1000?С с получением зольного остатка и отходящих газов (первая стадия термического разложения);
— вывод огарка из вращающейся печи;
— дожиг отходящих газов в плазмохимическом реакторе при температурах не ниже 1200?С (вторая стадия термического разложения);
— скоростное охлаждение полученных высокотемпературных газов;
— трехступенчатая система очистки отходящих газов, обеспечивающая экологическую безопасность технологического процесса.

Разработка технологии плазмохимической утилизации пестицидов состояла из нескольких этапов.

На первом этапе было проведено теоретиче6ское обоснования состава отходящих газов при термическом обезвреживании пестицидов.
Для теоретического обоснования состава отходящих газов использовался единый подход в составлении уравнений высокотемпературного пиролиза рассматриваемых соединений.

Примером данного подхода к может служить следующая система уравнений которая строится на принципе аддитивности всех возможных уравнений высокотемпературного окисления:
- для гексахлорана

– для дихлордифенилтрихлорэтана (ДДТ)

– для прометрина

– для метафоса

– для трефлана

Исходя из представленных уравнений можно отметить, что в состав отходящих газов будут входить оксиды элементов исходных веществ с различной степенью окисления.

На следующем этапе в статических условиях были проведены исследования по контролю состава отходящих газов, образующихся в процессе термического обезвреживания пестицидов.

Исследования состава отходящих газов проводились на лабораторной установке, схема которой приведена на рисунке 1.

В Соответствии с Федеральной целевой программой «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации на 2009-2013 годы выполняются работы, направленные на создание технологии уничтожения (утилизации) агропромышленных ядохимикатов, не востребованных в промышленности и агрохозяйственном комплексе.

Актуальность проведения работ в указанном направлении, обусловлена наличием в Российской Федерации около 1000 несанкционированных, либо не соответствующих требованиям действующего законодательства мест захоронения пестицидов, содержащих более 20 тыс.тонн химикатов 1 — 3 класса опасности, примерно 40 процентов которых относятся к стойким органическим загрязнителям, неравномерным распределением мест захоронений на территории субъектов РФ, а также отсутствием эффективных технологий их уничтожения, соответствующих современным требованиям экологической и промышленной безопасности.

В основе метода уничтожения пестицидных форм препаратов агропромышленного назначения лежит термическое разложение сложных органических соединений с последующим дожигом отходящих газов и выведением их из материальных потоков.

Обязательным условием уничтожения запасов данных токсичных препаратов является постоянный контроль за технологическим процессом и непрерывный мониторинг отходящих газов, сбрасываемых в атмосферу. Из термических методов обезвреживания технология плазмохимической утилизации пестицидов в большей степени отвечает требованиям обезвреживания различных пестицидов с лучшими экологическими показателями.

Основной технологический процесс плазмохимической утилизации пестицидов сводится к следующим операциям:
— подготовка и подача пестицидов во вращающуюся печь;
— окислительный пиролиз при температуре 1000?С с получением зольного остатка и отходящих газов (первая стадия термического разложения);
— вывод огарка из вращающейся печи;
— дожиг отходящих газов в плазмохимическом реакторе при температурах не ниже 1200?С (вторая стадия термического разложения);
— скоростное охлаждение полученных высокотемпературных газов;
— трехступенчатая система очистки отходящих газов, обеспечивающая экологическую безопасность технологического процесса.

Разработка технологии плазмохимической утилизации пестицидов состояла из нескольких этапов.

На первом этапе было проведено теоретиче6ское обоснования состава отходящих газов при термическом обезвреживании пестицидов.

Для теоретического обоснования состава отходящих газов использовался единый подход в составлении уравнений высокотемпературного пиролиза рассматриваемых соединений.

Примером данного подхода к может служить следующая система уравнений которая строится на принципе аддитивности всех возможных уравнений высокотемпературного окисления:

- для гексахлорана


– для дихлордифенилтрихлорэтана (ДДТ)


– для прометрина

– для метафоса

– для трефлана

 

 

Исходя из представленных уравнений можно отметить, что в состав отходящих газов будут входить оксиды элементов исходных веществ с различной степенью окисления.

На следующем этапе в статических условиях были проведены исследования по контролю состава отходящих газов, образующихся в процессе термического обезвреживания пестицидов.

Исследования состава отходящих газов проводились на лабораторной установке, схема которой приведена на рисунке 1.

1 – трубчатая печь; 2 – лодочка с образцом; 3 – кварцевая трубка; 4 – блок отбора проб; 5 – аспиратор; 6 – кран для подачи воздуха.
Рисунок 1 – Схема лабораторной установки термического обезвреживания пестицидов

Лабораторная установка состоит из кварцевой трубки 3 длиной 480 мм, помещенной в электрическую трубчатую печь 1 (марки СУОЛ-0,15.06/12мр) длиной 130 мм, внутренним диаметром 30 мм, с нихромовой обмоткой, обеспечивающей температуру нагрева 900 – 1000 °С. Для поглощения загрязняющих веществ из отходящих газов кварцевая трубка соединялась с блоком отбора проб 4. Комплектация и подготовка к работе блока отбора проб производится в зависимости от определяемого компонента.

В состав модельного образца для термического обезвреживания вошли хлорсодержащий пестицид – гексахлоран, азотсодержащий пестицид – прометрин, фосфорсодержащий пестицид – метафос, фторсодержащий пестицид – трефлан.

Обезвреживание модельного образца проводили при 1000°С

Средние значения величин экспериментальных данных по контролю состава отходящих газов, образующихся при термическом обезвреживании модельных образца приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Экспериментальные данные по составу отходящих газов, образующихся при термическом обезвреживании модельного образца

Масса модельного образца, г Объем отходящих газов, л Концентрация загрязнителей в отходящих газах, г/л Масса образующегося зольного остатка, г
1,0000±0,0002 4,7±0,1 CO2 –0,076±0,004CO – 0,0042±0,0005NO – 0,0077±0,0008NO2 – 0,019±0,002SO2 – 0,012±0,002

P2O5 – 0,0043±0,0005

HCl – 0,0085±0,0004

Cl2 – 0,0015±0,0002

HF – 0,00096±0,00012

Диоксиноподобные соединения – не обнаружены

Совокупность полученных на лабораторной установке результатов позволила разработать технологическую линию для очистки отходящих газов термического разложения пестицидов, рис.2.

Рисунок 2 – Технологическая схема установки по очистке отходящих газов при термическом обезвреживании пестицидов

1. Скруббер отходящих газов;
2. Абсорберы селективного поглощения;
3. Адсорбер;
4. Кожухотрубчатый теплообменник,
4а. Отделитель конденсата;
5. Аппарат приготовления рабочих растворов;
6. Расходные емкости;
7. Приемные емкости;
8. Струйный компрессор;
9. Конденесатотводчики

Для апробации указанного метода в динамических условиях была создана лабораторная установка УХП-75 по обезвреживанию твердых рецептурных форм пестицидов. Данная установка представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Лабораторная установка по обезвреживанию пестицидов в рецептурной форме

Данный лабораторный образец плазменно-химической установки представляет собой прообраз универсальной технологической платформы для уничтожения (утилизации) опасных отходов, накопленных в агропромышленном комплексе.

При исполнении лабораторного образца плазменно-химической установки основной упор был сделан на максимальное внедрение продукции отечественной промышленности в техническое вооружение разрабатываемой конструкции.

В рабочей зоне плазменно-химической установки поддерживается температура не ниже 1200°С , позволяющая с высокой степенью полноты выполнять термическое разложение препаративных форм пестицидов. Образованные отходящие газы направляются на очистку от оксидов основных неорганических веществ. Система газоочистки основана на первичной закалке газов и последующим проведением массообменных процессов. На сброс в атмосферу подается газовый поток, содержащий в себе оксиды основных неорганических веществ в количествах, не превышающих ПДК для атмосферного воздуха.

Результаты испытаний по термическому разложению рецептурных форм пестицидов, относящихся к различным классам химических веществ, представлены в таблице 2.

Таблица 2

Содержание диоксинов в дымовых газах при обезвреживании гексахлорана составило 0,042 ДЭ/Нм3.

На основании полученных экспериментальных данных была разработана проектная документация на опытно-промышленный образец плазменно-химической установки уничтожения (утилизации) рецептурных форм пестицидов.

На рис. 4,5 приведены операторная и технологические схемы установки плазменно-химического уничтожения (утилизации) рецептурных форм пестицидов.

Рисунок 4 – Операторная схема плазменно-химического разложения рецептурных форм пестицидов

Рисунок 5 – Технологическая схема опытно-промышленной установки

1. Узел термического разложения пестицидов со шнековой проходной печью и плазмотроном;
2. Мерник на 0,462 м3 для воды технической;
3. Перемешивающий аппарат на 0,462 м3 для приготовления щелочи;
4. Насос для циркуляции щелочного раствора;
5. Емкость 1,0 м3 для щелочного раствора;
6. Емкость 1,0 м3 для щелочного раствора;
7. Насос для подачи раствора на скрубберы;
8. Емкость 2,0 м3 для сбора отработанного раствора щелочи;
9. Первый (по ходу газового потока) скруббер;
10. Насос для перекачки кубовых остатков из скрубберов;
11. Второй (по ходу газового потока) скруббер;
12. Адсорбер;
13. Адсорбер;
14. Дымосос;
15. Проточный фотохимический реактор;
16. Рукавный фильтр;
17. Рукавный фильтр;
18. Отстойный газоход;
19. Дутьевой вентилятор;
20. Камера дожига отходящих газов.

Опытно-промышленный образец плазменно-химической установки предназначен для отработки технологических процессов обезвреживания запрещенных и непригодных к дальнейшему применению агропромышленных ядохимикатов и полихлорбифенилов.

Основные характеристики опытно-промышленного образца плазменно-химической установки:
Температура термического разложения пестицидов 1000 0С.

Производительность образца опытно-промышленной установки по твердым видам пестицидов препаративной формы не менее 100 кг/ч.

Проектная производительность системы газоочистки по отходящим газам составляет до 111,8 нм3/ч.

Очистка отходящих происходит до уровней загрязнения атмосферного воздуха не более ПДК. Отходящие газы очищаются от окислов азота, серы, углерода, фосфорсодержащих и галогенсодержащих веществ.

Получаемые в процессе функционирования опытно-промышленной установки конечные вещества — соединения не выше 4 класса опасности.

Немаловажным аспектом дальнейшего научного развития образца плазменно-химической установки является создание и испытания передвижного аналога опытно-промышленной установки модульного типа. В передвижной опытно-промышленной установке модульного типа при использовании принципа «достаточной необходимости» можно разместить технологическое оборудование для выполнения задач по утилизации агропромышленных ядохимикатов.

Таким образом, разработанная технология уничтожения (утилизации) агропромышленных ядохимикатов, невостребованных в промышленности и агрохозяйственном комплексе позволит проводить работы по утилизации вышеназванных опасных отходов в местах их захоронения или складирования.

                

О компании

Новости

27-07-2015
В Липецке появилось современное предприятие по переработки отходов от птицеводческой деятельности
26-07-2015
Финский залив вне опасности
22-07-2015
В Дании зафиксировано производство рекордного количества света и энергии
20-07-2015
Ростехнадзор проверил ООО «Газпром трансгаз Казань»

Все новости

Статьи

Утилизация медицинских отходов
Переработка жидких отходов
Особенности переработки химических отходов
Компания Экосфера: переработка отходов из пластика

Все статьи