Na-КМЦ производится в мире очень широко и это производное целлюлозы является одним из крупнотоннажных продуктов. В виду ограниченного объема книги мы не можем подробно описывать всю химическую технологию получения Na-КМЦ и предлагаем читателям обратиться к очень популярной в бывшем Советском Союзе книге Вадима Яковлевича Бытенского и Екатерины Пантелеймоновны Кузнецовой "Производство эфиров целлюлозы" (Ленинград, Ленинградское отделение издательства "Химия", стр.160-174, 1974г.). Приводим две наиболее приемлемые технологические схемы производства Na-КМЦ, взятые из этой книги (См. рис.12, 13).

Рис. 12. Технологическая схема производства Na-КМЦ периодическим (классическим) способом.
1 - пресс-ванна; 2 - смеситель периодического действия; 3 - бункерная тележка для завершения карбоксиметилирования; 4 - приемная емкость сушилки; 5 - шнек; 6 - сушилка; 7 - дробилка; 8 - вентиляторы.

Рис. 13. Технологическая схема производства Na-КМЦ моноаппаратным способом.
1 - станок для резки целлюлозы; 2 - бункер-накопитель; 3 - аппарат ВА-1М; 4 - мерник раствора NaOH; 5 - вакуум-сушилка; 6 - шнековый транспортер; 7 - дозреватель ленточного типа; 8 - сушилка; 9 - дробилка; 10 - вентиляторы; 11 - насос.

Основной аппарат, где производится главная реакция-натрийкарбоксиметилирование целлюлозы, изображен на рис. 11. Он представляет из себя обычный 2-х лопастный смеситель Вернера-Пфлейдерера, о котором было дано описание в третьей главе.

Нам известно, что на одном из предприятий Владимирской области, производящим шпульно-катушечные изделия, с целью замены дорогостоящего казеинового клея проводятся опытные и опытно-промышленные работы по получению клея на основе Na-КМЦ из отходов шпульно-катушечного производства. При этом, как показали испытания, мелкораздробленные твердые отходы шпульно-катушечного производства (дробление осуществляется на наличных на предприятии дробилках) позволяют получать продукт технически пригодный для получения клея со степенью этерификации (замещения) =70 и приемлемой степенью полимеризации (200-600).

Одно из главных факторов при производстве Na-КМЦ есть то, что при дроблении ЦТО не должно происходить сминания, сдавливания и фибриллирования целлюлозного волокна, т. к. это снизит, а в некоторых случаях и приведет к нулевой скорости проникновения химических агентов к целлюлозному волокну при Na-карбоксиметиллировании. При дроблении ЦТО необходимо разрывать и разрыхлять целлюлозные волокна, но ни в коем случае не мять и не сдавливать. Проведенные опытные испытания по переработке раздробленных отходов шпульно-катушечного производства путем мерсеризации и последующего натрийкарбоксиметилирования и перевода этих отходов в клей показали, что такой клей пригоден для склеивания специальной бумаги и получения шпулей и катушек для текстильной промышленности. Такие клеи не дают крупных гелеобразных частиц, которые могли бы вызвать поверхностные дефекты на шпулях и катушках. Можно ожидать, что получаемый клей на основе Na-КМЦ из ТПО шпульно-катушечного производства будет использоваться в промышленности по производству шпуль и катушек и полностью сможет заменить дорогостоящий казеиновый клей. Более того, это производство в перспективе, как можно ожидать, будет выпускать и товарный технический продукт Na-КМЦ.

Литература к Главе 5

, Что такое ЦТЗ // Экологический бюллетень "Чистая земля", Спец. выпуск, №1, 1997, с.1-5.

, , Целлюлоза, сложные эфиры целлюлозы и пластические массы на их основе, Владимир, ЦНТИ, 1996, с.18,64,228.

, , Органическая химия, Под ред. чл. корр. АН СССР , Изд. 4-е доп., М., ВШ, 1981, с.508,522-523.

П. Каррер, Курс органической химии, Под ред. , ТХИ, Л-д, 1960, с.548.

, Основы химии и технологии химических волокон, М., Химия, 1974, с.166-192.

Экологическая биотехнология, Под ред. и А. А. Дж. Вейза, Л-д, Химия, Лен. отд., 1990.

, Химизация земледелия и природная среда, М., Агропромиздат, 1990, с.5.

, Микробиология целлюлозы, М., Ин-т микробиологии АН СССР, 1953.

, Почвоведение. Земледелие с основами почвоведения, М., 1949.

Краткая химическая энциклопедия, т.5, М., Изд. С. Э., 1967, с.331-334.

, и др. Сб. НИР "Химия, технология и применение целлюлозы и ее производных", Черкассы, Отд. НИИТЭХИМа, 1990, с.162.

, Агрохимия, 2-е изд., Агропромиздат, М., 1989.

, , Твердые бытовые отходы города, Л-д, Стройиздат, 1978, с.51,69.

Малая медицинская энциклопедия, Под ред. , т.3, М., "БФЭ", 1992, с.489.

, и др., Приготовление компостной смеси и исследование процессов, происходящих в ней, Ж.//"Химия в сельском хозяйстве", №2, 1994, с.25.

, , Влияние тяжелых металлов на ферментативную активность почв, Ж.//"Химизация сельского хозяйства", №3, 1990, с.87-90.

, Негативное воздействие тяжелых металлов на почвы, Ж.//"Химизация сельского хозяйства", №1, 1991, с.40-42.

, , и др., Экологическая биотехнология переработки отходов производства целлюлозы и ее сложных эфиров для нужд сельского хозяйства, Сб. НИИТЭХИМ-НИИПМ//"Производство и переработка пластмасс и синтетических смол", №5, 1991, с.25-38.

, , Курс химической кинетики, Изд. 4-е, М., ВШ, 1984.

Основы биохимии, Под ред. , М., ВШ, 1986, с.133-177.

, , Биотехнология ферментативного превращения целлюлозы, Изд. АН СССР, М., 1988.

, -Рощинская, О некоторых закономерностях старения и стабилизации АУ для пластмасс, Сб. НИИТЭХИМ-НИИПМ //"Производство и переработка пластмасс и синтетических смол", №3, 1989, с.15-19.

, , Биомасса из отходов производства, Ж.//"Химия в сельском хозяйстве", №3-4, 1993, с.20-21.

, , Технология производства ацетатных нитей и жгута, Ин-т развития профобразования, М., 1992, с.64-68, с.6-7.

, , Производство эфиров целлюлозы, Под ред. , Л-д, Химия, Лен. отд., 1974, с.173-175, с.92-95, с.160-174.

, Химия целлюлозы, М., Химия, 1972, с.171.

, , и др., ЖПХ, т.39, №7, 1966, с.1959.

, , Узб. хим. журнал, №5, 1971, с.99.

, , и др., ЖПХ, т.37, 1964, с.1099.

Глава 6.
Переработка ТПО и БО, которые нельзя или нецелесообразно подвергать сепарации по группам способом высокотемпературной переработки

Как видно из изложенного в пятой главе материала значительная часть (по весу) ТБО может и должна перерабатываться способом экологической биотехнологии. Другая фракция ТБО, включая стекло, железо, пластмассы и другие виды ТБО также должны перерабатываться в товарные продукты так, как это было изложено в предыдущих главах, посвященных переработке ТПО для каждого вида сырья. Так в частности стеклобой следует направлять на переплавку. Железо и другие металлы также на переплавку. Пластические массы на повторную переработку. Способ переработки этого вида сырья уже излагался в предыдущих главах. Однако есть некоторые особенности при повторной переработке синтетических полимерных материалов. Особенно это касается переработки синтетических смол и пластических масс, содержащих ароматическое ядро и продуктов, которые при переработке при относительно высокой температуре +100-+800°С могли бы выделять галоиды: хлор и/ или бром. Суть этого заключается в том, что при переработке такого синтетического полимера, а также сложного эфира целлюлозы, полученного в среде мелиленхлорида могут в присутствии даже следов галоидов хлора и брома образовываться галоидированные ДО и ДПВ по упомянутой уже во второй главе схеме и повторенной сейчас, а именно.

Пиролиз и хлорирование (бромирование) природных предшественников (1):

Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.

В результате образуется типичный галоидированный ДО и ДПВ - полихлордибензодиоксин (полибромдибензодиоксин) и/ или полихлордибензофуран (полибромдибензофуран).

Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.

То есть по классификации образуется III, IV, V и VI представитель галоидированных ДО и ДПВ (1). А это страшно и сверхопасно. Кроме того, следует заметить, что в небольших поселках, в небольших городах сепарацию ТБО по видам не целесообразно проводить по технико-экономическим соображениям. Как же поступать с такими видами ТБО, образующихся в сравнительно небольших количествах? Кроме того, как поступать с определенными видами ТПО ряда металлоперерабатывающих производств? Как обходиться, как использовать отработанные химические источники тока (ОХИТ)? И, наконец, куда девать отходы хирургии, стоматологии и т. п.?

Итак, все эти перечисленные виды ТПО и ТБО, а также отходы лечебных учреждений в виду их высокой в первую очередь инфекционной опасности на наш взгляд подлежат высокотемпературной переработке при температуре +1200-+1600°С в течение не менее 4-7 часов производственного цикла для полной стерилизации биологических отходов и полной дегазации супертоксикантов ДО и ДПВ, которые могут существовать в этих видах отходов в качестве побочных продуктов или даже в следах. При таких температурах все компоненты переходят в состояние близкое к плазменному. Для переработки этой категории ТПО и ТБО следует применять технологический процесс "Пурвокс" (2) или электротермический реактор (3), который, как будем надеяться, будет выпускаться в промышленных условиях с разным объемом загрузки и с разной производительностью. На наш взгляд электротермический реактор будет несомненно дешевле при серийном производстве, чем аппарат для проведения технологического процесса "Пурвокс".

6.1. Высокотемпературная переработка ТП и ТБО - гарантия уничтожения всех видов биологических, биохимических продуктов и канцерогенов-супертоксикантов

При загрузке отходов металлоперерабатывающих производств, синтетических полимерных материалов неизвестной химической природы (возможно содержащих в макромолекулярной цепи ароматические кольца, например, полиэтилентерефталата и галоидированных полиолефинов, например, поливинилхлорида), отработанных химических источников тока (ОХИТ), остатков смазочно-охлаждающей жидкости (сож) после металлообработки, хирургических, стоматологических и других биологических отходов лечебных и научно-исследовательских организаций и учреждений и не сепарированных ТБО постепенно в течение нескольких часов необратимо происходит разрушение галоидированных ДО и ДПВ по схеме:

Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.

Наиболее опасные компоненты ОХИТ также разлагаются и протекает ряд процессов (4):

Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl+H2O+Mn2O3.....(I)

Zn+2NH4Cl+1/2O2=Zn(NH3)2Cl2+H2O......(II)

Zn+NaOH+1/2O2=NaHZnO2......(III)

Zn+CuO+NaOH=Zn(ONa)2+Cu+H2O......(IV)

HgO+Zn+2KOH=Hg+K2ZnO2+H2O......(V)

PbO2+H2SO4+Zn=PbSO4+ZnSO4+2H2O.......(VI)

PbO2+2H2SO4+Cd=PbSO4+CdSO4+2H2O......(VII)

PbO2+4HClO4+Pb=2Pb(ClO4)2+2H2O......(VIII)

Ag2O+4KOH+Zn=2Ag+K2ZnO2+H2O......(IX)

Cu2Cl2+Mg=2Cu+МgCl2......(X)

2AgCl+Mg=2Mg+MgCl2.....(XI)

6Mg+8H2O+C6H4(NO2)2=C6H4(NH2)2+6Mg(OH)2.....(XII)

Mg+H2O+2MnO2=Mn2O3+Mg(OH)2......(XIII)

Итак, в начале процесса термообработки все эти компоненты, приведенные в уравнениях (I) - (XIII) постепенно переходят по мере нагревания массы в жидкое и далее в состояние, близкое к плазменному. В электротермическом генераторе (ЭТГ), где количественно преобладает углерод (С) в виде графита и чугун в виде элементарного Fe (при больших загрузках ТПО металлоперерабатывающих производств) до его окислов FeO, Fe2O, вода поступающая в реактор переходит в парообразное состояние. Протекают процессы:

H2O+CH2+CO.........(XIV)...........(5)

То есть образуется водяной газ. При наличии паров воды, кроме того происходит процесс:

Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.

При этом следует заметить, что в верхней части реактора, где температура ниже преобладает процесс с образованием CO2 и H2. В нижней части реактора, где преобладает более высокая температура преобладают процессы и образуются продукты СО+Н2О. При этом СО оксид углерода образуется при очень высоких температурах, когда диоксид углерода СО2 неустойчив (6). Процесс образования водяного газа эндотермичен, поэтому углерод охлаждается. Однако, поскольку в реакторе температура t>+1000°С происходит процесс (6):

Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.

Процессы (XVI) и (XVIа) протекают при взаимодействии воздуха с раскаленным углеродом. В результате получается смесь СО+N2, т. е. образуется генераторный газ. В итоге в отходящих газах из реактора содержится водяной газ: СО+Н2 и генераторный газ СО+N2. Синтез аммиака из газообразных N2 и Н2 не происходит, т. к. этот процесс может происходить при низких температурах и при высоком давлении (7). При высоких температурах происходит разложение ОХИТ:

Q+NH4ClNH3+HCl...........(XVII) (7)

Разложение Zn (NH3)2Cl2 происходит при его плавлении при нагревании по схеме:

Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.

Аналогично разрушается комплекс:

[Hg(NH3)2]Cl2..................

ZnCl2 в таких условиях выкипает (8). Однако по мере выхода из реактора ZnCl2 оседает (конденсируется) на сравнительно холодных поверхностях трубопроводов.

Синтез синильной кислоты HCN сильнейшего яда в данных условиях маловероятен, т. к. он происходит хотя и при нагревании до температуры t>+500-+600°С, но в присутствии особых катализаторов (диоксида церия СеО2 (6) или в присутствии диоксида тория ThO2 (7)):

Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.

Ни того, ни другого катализатора у нас в системе нет. Кроме того, рабочая температура процесса значительно больше +500-+600°С.

Кроме того, возможно протекание следующих процессов:

Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.

ZnO при +1950° возгоняется при более высокой температуре, разлагается до Zn и O2 (8):

Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.

Хлористый магний MgCl2 сначала плавится при t=+718°С, затем при t=+1412°С кипит.

"Кальцинированная" сода, входящая в состав сож разлагается:

Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.

При высокотемпературной обработке ТБО образуются следующие вещества:

Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.

Вполне естественно из не сепарированных ТБО токсичных веществ не образуется, если не считать SO2, который может образоваться из ТБО (за счет термического разложения меркантанов). Из СОЖ продуктами газогенерации могут быть:

Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.

Таким образом при высокотемпературной переработке не сепарированных ТБО, остатков СОЖ продуктами газогенерации являются следующие компоненты:

Так называемый генераторный газ: CO+N2;

Так называемый водяной газ: СО+Н2.

В процессе электротермического воздействия на ОХИТ происходит также разложение фенилендиамина C6H4(NH2) до CO; CO2; N2 и H2. В кубовых остатках, в шлаке остается большой комплекс веществ, а именно:

Железо и небольшое количество окислов его. Эти вещества составляют (в зависимости от соотношения загружаемых компонентов) значительную часть, возможно до 70-90% от общей массы шлака. В шлаке также должно содержаться небольшое количество MgSiO3 и CaSiO3 из ТБО, CuO и Cu2O; PbO; очень немного ZnCl2; Cd (почти в следах); MgO; Mn3O4 (Mn3O4 синтезируется по реакции:

Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.

Кроме того в шлаке могут содержаться MgCl2 (частично выкипает при t=+1412°С) в следах NaOH; KOH; в следах Ag и AgCl (AgCl кипит при t=+1550°С)(8) и Hg.

Продукты, которые образуются при разложении ОХИТ следующие:

Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.

Все возгоняющиеся продукты практически осаждаются на трубах в процессе охлаждения выделяющейся массы газагенератов и возгоняющихся веществ не доходят до барботеров-поглотителей. Таким образом, в тоже время при электротермической обработке всех ранее упомянутых отходов (отходов металло-перерабатывающих производств, несепари-рованных ТБО, ОХИТ, остатков СОЖ и биообъектов) между газообразными продуктами могут происходить следующие процессы:

SO2 + Cl2 = SO2Cl2..................(XXXIII).......(6)

SO2Cl2 + 2H2O = H2SO4 + 2HCl..............(XXXIIIa)..........(6)

 нагрев
Cl2 + H2O + Q  =  HCl + HClO...........(XXXIV).......(7)

HCl + aq = HCl. aq + Q.................(XXXIVa)........(7)

CO + Cl2 = COCl2.....................(XXXV)..............

Таким образом возможно образование оксохлорида углерода или фосгена. Под воздействием паров воды фосген медленно гидролизуется:

COCl2 + 2H2O ---- 2HCl + H2CO3.................(XXXVa)........

Самыми нежелательными процессами являются следующие:

Образование хлора;

Образование хлористого сульфурила;

Образование оксохлорида углерода (фосгена).

Как подавить эти процессы? Самое реальное в наших условиях обильное орошение синтез-газа водой или даже барботирование синтез-газа через слой воды в барботерах так, чтобы в максимальной степени протекали процессы поглощения вредных газообразных веществ водой, а именно процессы (XXXIIIa), (XXXIV), (XXXIVa), (XXXVa). Тем не менее, чтобы полностью обезопасить течение процесса и исключить выброс в отходящих газах Cl2; SO2Cl2; COCl2 следует предусмотреть вторую и третью степень барботирования синтез-газа водой для полного поглощения вредных газов и протекания вышеупомянутых процессов на 100%. Кроме того, предлагается при вышеупомянутой загрузке отходов производить минимальную загрузку ОХИТ, которые являются самыми экологически опасными компонентами - генераторами хлора со всеми вытекающими последствиями в том числе и с возможностью образования галоидированных ДО и ДПВ.

Для разделения разбавленных кислот предлагаются следующие приемы:

После проведения каждой технологической операции производить анализ жидкости из соответствующих емкостей на наличие:

а) серной кислоты, H2SO4 на первых порах качественно введением водного раствора BaCl2 и наблюдением выпадения белого творожистого осадка BaSO4 по реакции: H2SO4+BaCl2=BaSO4Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.+2HCl............(XXXVI)

и количественно по наличию сульфат-иона SO4--;

б) соляной кислоты HCl сначала качественно введением водного раствора AgNO3 и выпадением белого осадка AgCl по реакции:

HCl+AgNO3=AgCl+HNO3.................(XXXVII)

а затем количественно по наличию хлор иона;

в) угольной кислоты H2CO3 качественно введением BaCl2 или введением Ca(OH)2 и образованием осадков по реакциям:

BaCl2+H2CO3=BaCO3Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.+2HCl..................(XXXVIII)
H2CO3+Ca(OH)2=CaCO3Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.+H2O

и количественно по наличию карбоний0иона.

В принципе возможны накладки всех процессов друг на друга. Это конечно может осложнить разделение кислот. Во всяком случае при введении BaCl2 могут происходить оба процесса (XXXVI) и (XXXVIII), т. е. могут осаждаться BaSO4 и BaCO3. Таким образом, применяя одни и те же реагенты можно жидкость из соответствующих емкостей (из поглотителей) подачей водного раствора BaCl2 перевести в технически слабый водный раствор соляной кислоты HCl.

Итак, рассмотрим один из прогнозируемых вариантов технологии переработки ТП и БО в электротермическом реакторе (ЭТР).

6.2. Прогнозируемая технология переработки ТП и БО в электротермическом реакторе (ЭТР) (один из возможных вариантов)

Для соблюдения правил техники безопасности конструктивно предусматривается наличие предохранительного клапана для возможного сброса максимального давления в I и II камерах ЭТР.

Для переработки ТП и БО в ЭТР, как уже упоминалось используются следующие виды отходов:

ТО лечебных и научно-исследовательских организаций и учреждений (включая использованные бинты, тампоны, отходы хирургии и стоматологии и т. п.), т. е. ТО, содержащие остатки различных a-аминокислот: Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.где R - CH3; C2H5; CH2C6H5 и т. д. и [С6H7O2(OH)3]n

Синтетические высоко-, олиго - и низкомолекулярные органические вещества, содержащие хлор или бром (в том числе галоидированные полиолефины), а также природные высокомолекулярные полимеры (в том числе целлюлозосодержащие материалы, подвергнутые в процессе облагораживания отбелке хлорсодержащими компонентами):

Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.

Отработанные химические источники тока (ОХИТ) - смесь различных неорганических и некоторых органических (C6H4(NH2)2 и (C6H4(NO2)2) веществ в том числе хлорсодержащих;

Смазочные охлаждающие жидкости (СОЖ) с отходами черных и цветных металлов.

При переработке ОХИТ они загружаются, как уже упоминалось, в минимальных количествах в ЭТР.

Для переработки ТП и БО предусматриваются следующие температурные режимы в камерах ЭТР:

I камера

В нижней зоне t > +1200 - +1600°С

В средней зоне tmax >+1200 - +1400°C

В верхней зоне tmaxОшибка! Неизвестный аргумент ключа.+500 - +800°С

II камера

В нижней зоне t > +1200 - +1400°С

В средней зоне t +1000 - +1200°C

В верхней зоне t +300 - +400°C

Описание технологического процесса

В зависимости от объема электротермического реактора (ЭТР) в него загружаются в соответствующих количествах ТП и БО, производится постепенный разогрев камер и в соответствии с временным технологическим регламентом подается вода. Начинается течение технологического процесса в соответствии с регламентом. По мере протекания технологического процесса в соответствии с одним из прогнозируемых вариантов химико-технологического процесса начинается процесс газовыделения и образования одного из основных продуктов газогенерации - синтез-газа. Одновременно в соответствии с регламентом предусматривается абсорбция вредных и очень токсичных примесей в тарельчатых колоннах со сливными устройствами, изображенных на рис. 14.

Рис. 14. Тарельчатая колонна со сливными устройствами для поглощения вредных газов (в разрезе): 1 - тарелка; 2 - сливное устройство.

По мере абсорбции в тарельчатых колоннах (см. рис. 14 и рис. 15) поз. 1,2,3 (см. рис. 15) образуется смесь слабых минеральных кислот (H2SO4; HCl; H2CO3), которые в соответствии с регламентом подаются в накопительные сборники поз. 4,5,6. Далее, по мере заполнения накопителей, смесь кислот подается в аппарат поз.7 (рис. 15), куда в

Рис. 15. Технологическая схема работы электротермического реактора ЭТР с установкой по улавливанию токсичных выбросов (один из прогнозируемых вариантов).

соответствии с регламентом периодически подается слабый раствор BaCl2 и происходит выпадение осадков:

BaCl2+H2SO4=BaSO4Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.+2HCl
BaCl2+H2CO3=BaCO3Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.+2HCl

Аппарат (поз. 7) представляет из себя вертикальный реактор с якорной мешалкой Изготовлен из обычной стали и покрытый изнутри стеклоэмалью.

Таким образом в жидкой фазе остается водный раствор слабой соляной кислоты HCl. В осадок выпадает смешанная соль BaSO4·BaCO3. Далее суспензия BaSO4 Ч BaCO3 с остатками HCl направляется на центрифугирование в центрифугу (поз.8), где остатки HCl отделяются от осадка и направляются в емкость (поз.7) или прямо в специальную емкость сборник HCl (поз.11). Смесь солей после промывки водой и дробления пневмотранспортом направляются в емкость (поз.9), где производится нагрев этой смешанной соли. При этом сульфат бария BaSO4 плавится при t=+1580°С, а витерит разлагается:

BaCO3 + Q BaO+CO2Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.

Далее смесь BaSO4·BaO охлаждается и после дробления направляется в емкость (поз.10). Емкость (поз.10) представляет из себя вертикальный аппарат с якорной мешалкой. Туда же подается вода для растворения ВаО и образования баритовой воды:

BaO+H2O=Ba(OH)2+Q............(7)

Баритовая вода остающаяся в растворе после перемешивания по регламенту идет в сборник, как товарный продукт. Сульфат бария BaSO4 в виде водной суспензии направляется на фугование (на рис. 15 не указано) и на сушку. При получении BaSO4 для медицинских целей продукт направляется сначала на перемывку, затем на фугование и уже потом на сушку.

Завершение процесса контролируется визуально по окончании пробулькивания газа в колоннах (поз.1,2,3) и инструментальными способами (соответствующими КИП). Разумеется предлагаемая прогнозируемая схема разделения кислот в процессе опытных испытаний потребует корректировки и уточнения. Так в частности вопрос о выборе емкости (поз.9) является весьма приближенным и потребуется существенная корректировка этой операции и главное существенная корректировка выбора аппарата (поз.9).

После завершения химико-технологического процесса переработки ТП и БО из ЭТР выгружается шлак, представляющий собой твердый многокомпонентный раствор. Шлак может быть различным в зависимости от загружаемых ТП и БО. Если загружается значительная часть СОЖ с отходами металла, то такой шлак может содержать металл до 70% и более. Такой шлак целесообразно использовать в зависимости от химического состава для переплавки скажем в чугун. Если СОЖ с остатками металла составляет незначительный процент от общего количества загружаемых ТП и БО, то можно прогнозировать, что конечный твердый продукт шлак будет мало содержать металла. Такой шлак нужно направлять на дробление и использовать его в качестве наполнителя для получения цементных растворов. Для этого в цементный раствор, находящийся в двухшнековом смесителе Вернера-Пфлейдерера разгружается дробленый шлак. После окончания загрузки шлака в заданном количестве производится перемешивание цементного раствора до полной гомогенности (однородности). После получения однородной массы производится формование строительных изделий (блоков и т. п.). Использовать шлак для дорожного строительства нельзя, т. к. при переработке ОХИТ возможно образование количественно кадмия (Cd) в шлаке после переработки в ЭТР. А кадмий, как известно, является опасным мутантом и в процессе эксплуатации дорожного покрытия он может медленно при старении покрытия экстрагироваться в близлежащий почвенный слой, что недопустимо.

Таким образом, в процессе переработки ТП и БО получаются следующие товарные продукты:

Синтез-газ или точнее смешанный газ представляющий смесь генераторного газа СО+N2 и водяного газа СО+Н2. Смешанный газ является хорошим энергоносителем. При сжигании 1м3 такого газа образуется ~ ккал;

Шлак - твердый продукт, который следует использовать по двум направлениям:

а) при высоком содержании металла такой шлак следует направлять на переплавку; после обогащения и очистки для получения чугуна;

б) при низком содержании металла шлак используется как наполнитель для приготовления цементных растворов и последующего формования строительных блоков и т. п.;

Слабая (разбавленная) техническая соляная кислота (HCl);

Сульфат бария - технический продукт, или, если он подвергается очистке, то его уже можно использовать в качестве медицинского препарата (для анализа секреторной деятельности желудка человека);

Баритовая вода - Ba(OH)2 используется как химический реагент при проведении химического анализа газов на содержание CO2; SO3 и т. д.

Для выброса в окружающую природную среду вредных газообразных, жидких и твердых продуктов при данной переработке ТП и БО в электротермическом реакторе просто не образуется, если не считать диоксида углерода, образующегося при разложении BaCO3. Все получающиеся и перечисленные выше продукты жидкие, твердые и газообразные являются товарными продуктами. При сжигании синтез-газа не образуются никакие токсичные вещества.

Литература к Главе 6

, Диоксины, как экологическая опасность: ретроспектива и перспективы, М., Наука, 1993, с.1-226.

, Пути достижения оптимального хозяйствования твердыми муниципальными отходами//Информ. Сборник "Экология городов", М., №5, 1995, с.73-75.

, , О высокотемпературной переработке твердых отходов во Владимире//Информ. Сборник "Экология городов", М., №8, 1996, с.79-81.

Краткая химическая энциклопедия, М., С. Э., т.5, 1967, с.644-653.

, , Очистка стоков цеха переработки химических продуктов, Ж.//Кокс и химия, №11, 1985, с.51-53.

, , Общая и неорганическая химия, М., Химия, 1981, с.358-361, с.598, с.364-365, с.302, с.454, с.319, с.601, с.482, с.585, с.547.

, Курс общей химии, М., ГХИ, 1962, с.338-340, с.237, с.426-427, с.634-643, с.670-643, с.670-672, с.683.

Краткий справочник химика, Под ред. , М., ГХИ., 1963, с.96-97, с.90-91, с.68-69, с.80-81, с.62-63, с.78-79.

, Общая и неорганическая химия, М., ВШ, 1981, с.492.

Глава 7
Переработка ТБО на приусадебных участках

Твердые отходы образуются и на приусадебном участке у каждого городского или сельского хозяина. Это отмершие сучки кустарников, ветки фруктовых и ягодных деревьев и кустарников, отходы пленки из синтетических полимерных материалов, отмершие и опавшие листья, выполотые сорняки, ботва, пищевые отходы, фекалии, в т. ч. один из важных источников азота - мочевина. Как же распорядиться с твердыми отходами на приусадебном участке?

7.1. Сбор, сортировка и переработка ТБО

Сбор, сортировку и переработку ТБО на приусадебном участке можно проводить в любое время года, кроме разумеется зимнего периода. Но как показывает опыт разумнее это выполнять осенью, когда собран основной урожай, идет или заканчивается листопад, но еще сравнительно далеко до настоящих морозов. Это период, когда обрезаются больные и отмершие ветки кустарников, плодовых и ягодных деревьев. Думаем, что у рачительных хозяев следует провести сортировку веток. Крупные и крепкие ветки можно на следующий год использовать как подпорки и столбики для помидор, огурцов, тыкв, патиссонов и т. п. после соответствующей обрезки, удаления лишних веток. Сжигать или выбрасывать на свалку ветки просто не рационально и не разумно. Сжигать можно и нужно только пораженные больные ветки (пораженные мучнистой росой или другими заболеваниями). Собранные мелкие ветки, листву и другие отходы растений следует переложить в мелкие кучки и по возможности раздробить лопатой или другими подсобными средствами. Весной в конце апреля, желательно при плюсовой температуре все эти собранные и раздробленные ветки до размеров по максимуму 5 см, еще раз вместе с другими бытовыми отходами и листвой передробить до указанных размеров и положить в бочки так, чтобы их слой не превышал 1,5 м по высоте. По мере выпадения осадков эти приусадебные отходы начнут погружаться в воду и медленно разлагаться.

7.2. Приготовление анаэробной биомассы на основе твердых приусадебных отходов с использованием подсобного инвентаря

Процесс биологического и биохимического разложения твердых отходов начинается практически сразу после отмирания всех растительных клеток. Однако обязательным условием для нормального протекания процесса разложения биомассы, согласно способа экологической биотехнологии, необходимо, чтобы соотношение углерода С к азоту N составляло: С/N=25/1-30/1. Об этом было сообщено ранее в предыдущих главах. Поэтому для разложения растительных отходов необходимо введение так называемого азотсоставляющего субстрата, т. е. продукта, который бы вносил в общую биологическую массу азот. Таким азотсоставляющим компонентом может быть любой продукт животного происхождения: отмершие насекомые, раздробленные кости рыбы, животных и т. п. Кроме того, общеизвестно, что генератором (т. е. источником) азота может быть и часто является за неимением навоза (и следовательно животных) так называемые сидераты ила сидеральные растения. В качестве сидератов могут служить однолетние или многолетние бобовые растения. Запаханная в почвенный слой высокобелковая растительная масса бобовых обогащает почву органическими веществами и азотом. То же самое относится к остаткам корней и стерни. Высокое содержание азота N в растительной массе бобовых объясняется развитием и размножением азотфиксирующих бактерий, которые на корнях образуют специальные вздутия-клубеньки. Бобовые растения часто называют фабрикой белка. Используя растительную массу и корневую систему бобовых и раздробив их можно их также считать источником N-содержащего компонента при приготовлении биомассы как анаэробным способом, т. е. в водном растворе при слабом доступе воздуха при условии преимущественного роста и развития анаэробных бактерий; так и аэробным способом при свободном доступе воздуха и влаги, т. е. за счет развития и роста аэробных бактерий.

В дальнейшем, попадая в почвенный слой растительные остатки бобовых (сидератов) разлагаются до конца и в общей биомассе способствуют восстановлению почвенной структуры (ее комковатости) и способствуют формированию гумуса. В качестве сидератов можно использовать кроме того медоносные растения: гречиху, фацелию и подсолнечник. Сидераты целесообразно сажать размещая их между двумя овощными культурами. В саду, как пишет В. Зубатко (3), сидераты подавляют сорняки и защищают почву от ветровой и водной эрозии при оптимальных условиях увлажнения. В молодом саду автор предлагает высевать однолетние бобовые - зимующий горох, озимую вику, яровой горох, чину, люпин, кормовые бобы, сераделлу. Бобовые требуют интенсивного увлажнения. Кроме того, складывающиеся условия жизни в качестве носителя N-компонента может служить моча и в частности мочевина и другие азотсодержащие компоненты мочи. Моча кроме того содержит очень важные компоненты - ферменты для разложения растительных и других природных органических отходов и в частности она содержит амилазу (диастазу) и уропепсин. Содержание амилазы в моче обычно для здорового человека составляет 16-64 ЕД; уропепсина - 38-96 мг/сутки (1). Кроме того в моче здорового человека содержится белок в небольших количествах (т. е. вещество несущее N) не более 50 мг, который качественной пробой обычно не выявляется. Азот общий у взрослых составляет ммоль (1). То есть общее количество азота из мочи является значимым фактором для внесения его при приготовлении биомассы из приусадебных отходов плюс еще одновременно моча является носителем (так необходимых для разложения остатков) ферментов.

Само собой разумеется, что для приготовления биомассы способом экологической биотехнологии допускается применение человеческой мочи только от здорового человека. Использовать мочу людей, страдающих инфекционными заболеваниями, просто преступно и недопустимо.

После залива раствора, содержащего мочу в соответствующих количествах для достижения требуемого обязательного соотношения C/N в вышеупомянутых количествах при плюсовой температуре в бочке, содержащей отходы начинается медленно процесс анаэробного разложения. При этом надо всегда тщательно размешать все содержимое бочки сразу после введения всех компонентов. Нами многократно было установлено, что если в массе нет ферментов, то процесс идет очень, очень медленно и по сравнению с емкостью, где введены ферменты, такой процесс разложения без ферментов идет в 3-4 раза медленней. Было установлено многократно, что в первые несколько дней после введения ферментов и других N-содержащих компонентов даже при плюсовых температурах (при t"+15-+20°С) не наблюдается каких-либо признаков биоразложения. Это еще раз подтверждает установленный нами факт, что любой процесс биоразложения биомассы (при соотношении С/N=25/1-30/1) является сложным, последовательным, возможно автокаталитическим процессом с некоторым периодом индукции. Этот кажущийся индукционный период, наблюдается практически всегда. По прошествии нескольких дней начинается процесс биодеградации. Он характеризуется появлением интенсивного газовыделения (пузырьки на поверхности зеркала и характерным запахом разложения, близким по запаху к запаху животного навоза). Периодически мы рекомендуем производить перемешивание массы. При этом всегда наблюдается интенсивное газовыделение. Поверхность зеркала покрывают различного вида мухи. Происходит интенсивное биологическое и биохимическое разложение всех растительных и животных остатков. При этом всегда через несколько месяцев от начала приготовления биомассы наблюдается некоторое повышение температуры массы по сравнению с окружающим воздухом на 15-20°С. В виду практически отсутствующего в массе воздуха идет процесс анаэробного разложения, т. е. разложения в присутствии в основном анаэробных бактерий (т. е. бактерий, как уже упоминалось, развивающихся в отсутствии воздуха). Анаэробное разложение на первом этапе биодеградации, по-видимому, более желательно по ряду причин, как уже говорилось в предыдущих главах. Во-первых, в водном растворе, содержащем различные биологические и биохимические объекты происходит более интенсивное набухание разлагающихся растительных тканей (тканей высших растений, содержащих в своих клетках до 40-50% целлюлозы). Целлюлоза, как известно, хорошо набухает в воде. Во-вторых, зачастую вода и водные растворы в данной системе являются одной из лучших сред для транспорта биологических и биохимических объектов, участвующих в разложении отмерших тканей. Практически для того, чтобы не было сильного запаха гниения можно прикрывать зеркало бочки или другой емкости досками, фанерой или еще чем-либо. К сентябрю (если начало приготовления биомассы пришлось на конец апреля) процесс биодеградации в значительной степени затухает, температура массы снижается практически до температуры окружающего воздуха. В этот период (обычно основываясь на средних фенологических сроках во второй половине сентября) мы рекомендуем поливать образовавшимся раствором все культуры овощных и плодовых растений. Перед поливкой следует этот раствор-маточник разбавлять в 3 раза водой. Желательно, чтобы твердые, набухшие остатки оставались в бочке и не попадали в раствор для поливки.

Как показали опыты, проведенные нами в течение нескольких лет подряд на глинистой почве, в которой наблюдалось формирование структуры (комковатости) (т. е. на сравнительно молодой почве) урожайность культур повышалась на 40-60%%. Особенно был показателен эксперимент, проведенный нами на примере сливы. Слива (Prunus) (возраст 12-14 лет), относящаяся к роду плодовых косточковых растений семейства розоцветных (2) давала урожай в 2-3 раза больше обычного.

После ряда таких поливов в течение 1-2 месяцев, содержание бочки выгружается и переносится к корневой системе плодовых деревьев и кустарников, но так, чтобы соблюдался свободный доступ воздуха к стволу и к корневой системе дерева или кустарника. В осенний период (особенно в засушливую осень) мы рекомендуем все древесные и кустарниковые растения несколько раз поливать и весьма обильно в засушливый период осени с одновременным осторожным прикорневым рыхлением (чтобы не повредить ствол и корневую систему) почвенного слоя, но так, чтобы не задеть корневую систему, а именно чем ближе к стволу, тем меньше глубина рыхления.

Для того, чтобы закрыть теплолюбивые кусты (особенно кусты роз) многие садоводы используют живую хвою из близлежащих лесов и перелесков. Но разумно ли это делать? И главное может ли уважающий себя и природу рачительный хозяин ломать живые ветки хвойных растений, которых у нас на территории РФ остается очень и очень мало в своих сугубо личных интересах, в интересах блага своего малого хозяйства. Но давайте посмотрим на это пошире. Ведь наша малая Родина, на которой мы живем, выросли, растим своих детей и внуков тоже имеет определенные ограниченные природные богатства: леса, реки, водоемы и т. п. И надо всегда помнить, что эти богатства не беспредельны. К ним надо относиться благоразумно, как настоящему рачительному гражданину-хозяину с большой буквы. Спрашивается, зачем брать живую хвою от сломанных веток. Ведь их же много!? А так ли их много осталось скажем на территории Владимирской области? Даже простому обывателю ясно, что скажем только в окрестностях г. Гусь-Хрустального и г. Собинки в местах организуемого национального парка ряды хвойных деревьев, за последние 60 лет, значительно поредели. Так что же мы оставим после себя нашим внукам и правнукам? Думаем об этом надо задуматься!!!

Значительно благоразумнее закрывать все теплолюбивые кусты, в т. ч. и розы, срезанными ненужными ветками (скажем от малинника) со своего участка, покрыть их еще сразу полиэтиленовой пленкой и небольшими кирпичами так, чтобы не сломать и не повредить кусты.

Ни в коем случае нельзя сжигать старую изношенную полимерную пленку на приусадебном участке. Во-первых, потому, что в качестве такой пленки может быть поливинилхлоридная пленка. И хотя такая пленка не горит, а только плавится, но даже в этом случае могут при попытке сжигания образоваться вещества весьма близкие к супертоксикантам, к галоидированным ДО и ДПВ. То есть сам хозяин, сжигая или точнее пытаясь избавиться от твердых пленочных отходов попыткой сжигания будет заражать свой участок на котором работает и собирает урожай химическим СПИДом - галоидированными диоксинами (ДО) и диоксиноподобными веществами (ДПВ), о которых мы подробно уже писали в предыдущих главах.

Литература к Главе 7

Малая медицинская энциклопедия, Под ред. , т.3, М., "БРЭ", 1992, с.489-491.

Большая Советская Энциклопедия, т.33, М., "СЭ", 1976, с.560-561.

В. Зубенко, Зеленые удобрения - сидераты//Приусадебное хозяйство, №3, М., Агропромиздат, 1987, с.71-72.

Заключение

Итак, мы рассмотрели все основные типы твердых промышленных и бытовых отходов, попытались со своей позиции дать определенную классификацию этих отходов. Рассмотрели очень кратко пути и способы переработки этих отходов в различные виды товарных продуктов. Как мы уже упоминали при выборе способов переработки отходов мы учитывали все сложности современной жизни и старались для переработки отходов рекомендовать самое простое, недорогое и доступное оборудование: дробилки различных видов и 2-х лопастной смеситель для перемешивания различных продуктов и получения определенных видов изделий. Мы постарались несколько поподробнее останавливаться на тех технологиях, которые у нас, в бывшем Советском Союзе, не получили достаточного распространения, так в частности на основах экологической биотехнологии, ее научной основе, широко распространенной в Великобритании, Швеции и т. д. Мы постарались, основываясь в основном на зарубежном опыте красной нитью через все главы этой небольшой книги освятить вопросы, касающиеся роли ряда сверхопасных химических веществ - галоидированных диоксинов и диоксиноподобных веществ, этого химического СПИДа. И касаясь в финале этого вопроса, нам хотелось бы обратить внимание в первую очередь специалистов на то, что при всей актуальности анализа на галоидсодержащие диоксины и диоксиноподобные вещества, которые могут содержаться в природных объектах для проведения такого анализа требуются специальные методы (специальный отбор проб и подготовка проб, выделение искомых веществ, их концентрирование, отделение от фоновых веществ) и наконец определение в очищенном экстракте отдельных групп или раздельное определение каждого компонента смеси с помощью хроматографии масс-спектрометрии с высокой разрешающей способностью. Иногда хроматографию комбинируют путем присоединения колонки хроматографа непосредственно к ионному источнику масс-спектрометра. Для химического уничтожения, деградации галоидсодержащих ДО и ДПВ применяется реактив Фентона. Суть этого заключается в обработке объекта раствором соли Fe2+, который способен разлагать пероксид водорода с образованием ОН·. Этот радикал, как известно, потенциальный окислитель многих органических соединений и эффективно реагирует с ОХДД. Сначала объект обрабатывается солью железа Fe2+, затем пероксидом водорода. Метод проверен при обеззараживании почв. Обеззараживание воды от ДО и ДПВ производится озонированием.

Данная небольшая книга разумеется не лишена ряда недостатков и является лишь первой попыткой освящения данного вопроса для широкого круга читателей от специалиста-профессионала до обычного гражданина-обывателя и рассчитана фактически на любой вкус и достаток.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6