СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ГРУНТОВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВЫСОКОТОКСИЧНЫМИ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
METHOD OF THERMAL NEUTRALIZING OF MINERAL BUILDING MATERIALS AND SOILS POLLUTED BY HIGHLY TOXIC ORGANOCHLORINE COMPOUNDS

Изобретение относится к экологии, в частности к способам для обезвреживания в сыпучем виде минеральных строительных материалов и грунтов, загрязненных высокотоксичными хлорорганическими соединениями: продуктами неполного разложения отравляющих веществ, пестицидов, полихлорбифенилов и т.п., и может быть эффективно использовано при осуществлении мер по защите окружающей среды от загрязнения.
Известен способ утилизации хлорорганических отходов, включающий их подачу в зону горения печи шахтного типа и термическое разложение с последующим прохождением через шихтовые материалы, при этом в исходную шихту дополнительно вводят соединения кальция в качестве хлорсвязующей добавки [RU 2502922].
Основными недостатками указанного способа являются высокая температура проведения процесса (1700-1900°C), а также необходимость использования шихты и хлорсвязующих добавок в количествах, многократно превышающих массу загружаемых хлорорганических отходов.
Известен способ уничтожения и обезвреживания токсичных органических отходов, содержащих полихлорированные бифенилы или непригодные пестициды, который включает две стадии: первую стадию, во время которой предварительно выполняют подготовку реагента, полезных добавок и отходов, после чего отходы подвергают химической реакции восстановления до малотоксичных сгораемых и несгораемых соединений с выделением токсичных летучих веществ, и вторую стадию, во время которой малотоксичные соединения и токсичные летучие вещества подвергают высокотемпературному окислению с последующим охлаждением отходящих газов в теплообменнике и их мокрой очисткой [RU 2480260].
Основным недостатком данного способа является использование в качестве одного из реагентов высокотоксичного моноэтаноламина. Кроме того, применение данной технологии экономически не оправдано в промышленном масштабе для обезвреживания загрязненных грунтов. [Lucian Vasile Pavel, Maria Gavrilescu. Overview of ex situ decontamination techniques for soil cleanup. // Environmental engineering and management journal. 7(6), 2008, pp. 815-834.]
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа данного изобретения, является способ термического обезвреживания твердых отходов, включающий помещение твердых отходов в барабанную сушилку, сушку твердых отходов в барабанной сушилке, перемещение твердых отходов из барабанной сушилки в барабанную печь, их прокалку в барабанной печи, отведение газов, образованных в процессе обезвреживания, из барабанной сушилки и барабанной печи и выгрузку обезвреженных твердых отходов, причем сушку и прокалку твердых отходов производят путем передачи им тепла от корпусов барабанной сушилки и барабанной печи, а нагревание корпусов осуществляют во внешних камерах подогрева, охватывающих корпус барабанной сушилки и барабанной печи с внешней стороны [RU 2552831, МПК В09В 3/00, F23G 5/04, 10.06.2015].
Недостатком данного способа является то, что, например, при прокалке твердых хлорсодержащих отходов, в отводимых из барабанной печи газах присутствует хлористый водород, большие концентрации которого, особенно в присутствии влаги, без специальных мер антикоррозионной защиты, например футеровки, могут приводить к преждевременному разрушению технологического оборудования [И.Я. Клинов, П.Г. Удыма, А.В. Молоканов, А.В. Горяинова. Химическое оборудование в коррозионно-стойком исполнении. Справочник. М.: Машиностроение, 1970, с. 5]. Как правило, для улавливания паров соляной кислоты в отходящих дымовых газах требуется установка специализированного оборудования (абсорбер) с организацией системы охлаждения, т.к. абсорбция паров соляной кислоты сопровождается выделением большого количества тепла [Страус В. Промышленная очистка газов: Пер. с англ. - М., Химия, 1981. с. 140]. Все это, очевидно, усложняет и удорожает процесс газоочистки.
Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в снижении концентрации хлористого водорода в отходящей из печи газовой смеси при термическом обезвреживании минеральных строительных материалов и грунтов, загрязненных высокотоксичными хлорорганическими соединениями.
Сущность заявляемого способа заключается в следующем.
Способ термического обезвреживания минеральных строительных материалов и грунтов, загрязненных высокотоксичными хлорорганическими соединениями, включающий их последовательное помещение в барабанные сушилку и печь, обогреваемые дымовыми газами через охватывающие корпуса сушилки и печи внешние камеры, последовательную сушку и прокалку в барабанных сушилке и печи, отведение газов, образованных в результате обезвреживания, выгрузку обезвреженных минеральных строительных материалов и грунтов из барабанной печи. В отличие от прототипа для снижения концентрации хлористого водорода в отводимых из барабанной печи газах, в объем барабанной сушилки дополнительно вводят измельченную гашеную известь (реагент). При этом ввод реагента осуществляют его непосредственным распылением в виде частиц размером менее 30 мкм в объеме барабанной сушилки над слоем обезвреживаемых минеральных строительных материалов и грунтов, а весовое соотношение реагент:загрязненные строительные материалы/грунты составляет 0,11÷0,2.
Максимальное содержание хлора в обезвреживаемых минеральных строительных материалах и грунтах менее 360 мг/кг. При соблюдении указанного условия максимальное возможное количество водорастворимого хлорида кальция, образовавшегося в результате реакции нейтрализации хлористого водорода, в составе обезвреженных минеральных строительных материалов и грунтов не превышает 560 мг/кг, что соответствует установленным санитарно-гигиеническим нормативам по содержанию хлорид-ионов в почве.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на рис. 1 изображена принципиальная схема осуществления заявленного способа.
Измельченные минеральные строительные материалы и грунты, загрязненные высокотоксичными хлорорганическими соединениями 1, при помощи шнекового питателя 2 подают во вращающуюся барабанную сушилку 7, обогреваемую дымовыми газами 3 через охватывающую корпус сушилки внешнюю камеру 5. Отработанные дымовые газы 4 из внешней камеры 5 поступают в атмосферу. В ходе сушки в объем барабанной сушилки 7 над обезвреживаемыми материалами 6 дополнительно распыляют реагент 9 при помощи пневматического распылительного устройства 8. Из барабанной сушилки 8 обезвреживаемые материалы 6 по трубопроводу 10 подают во вращающуюся барабанную печь 14, обогреваемую дымовыми газами 11 через охватывающую корпус сушилки внешнюю камеру 13. Отработанные дымовые газы 12 из внешней камеры 13 поступают в атмосферу. Образующуюся при прокалке газовую смесь по газоходу 16 направляют в систему газоочистки. Прокаленные минеральные строительные материалы и грунты 15 по трубопроводу 17 направляют в систему выгрузки.
3
В объем сушилки в режиме прямотока посредством пневматического устройства распыляют измельченную гашеную известь (размер частиц менее 30 мкм) в количестве 11÷20 кг/ч. По мере продвижения сыпучая смесь по трубопроводу поступает в прогретую до температуры 700÷750°C барабанную печь, где осуществляется ее прокаливание. Общее время пребывания термообезвреживаемой смеси в барабанной сушилке и печи составляет 1 ч. Скорость отходящих газов в сушилке и печи 0,5÷1,5 м/с. Объем отходящих газов составляет 40 м/ч за счет подсоса воздуха в сушилке и печи.
Образовавшаяся в результате термического обезвреживания газовая смесь выводится из печи и подается в систему газоочистки, а термообезвреженная сыпучая смесь направляется в систему охлаждения и выгрузки.
Для определения концентрации хлористого водорода в отходящих газах в газоход после барабанной печи вмонтирован газовый анализатор.
Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Использование частиц размером более 30 мкм приводило к неэффективному распылению из-за их большой скорости осаждения в токе отходящего газа, что в конечном итоге приводило к росту концентрации хлористого водорода (пример 2).
p
При расходе распыляемого реагента G менее 11 кг/ч наблюдался рост концентрации хлористого водорода в отходящих газах (пример 3), а при расходе больше 20 кг/ч концентрация практически не изменялась, что делает дальнейшее увеличение расхода реагента нецелесообразным (пример 4).
Время пребывания t 1 час в диапазоне температур Т 200÷750°C обеспечивает полноту термообезвреживания минеральных строительных материалов и грунтов. При уменьшении времени пребывания в выгружаемом из печи материале обнаруживались следовые количества хлорорганических соединений (пример 5).
Сопоставленный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается использованием гашеной извести, распыляемой в объем барабанной сушилки для перевода хлористого водорода, образующегося при термообезвреживании минеральных строительных материалов и грунтов, загрязненных высокотоксичными хлорорганическими соединениями, в неорганические соли с последующей их выгрузкой в составе обезвреженных твердых отходов.