Utylizacja odpadów niebezpiecznych (HWT): technologie, metody obróbki fizycznej i chemicznej

Utylizacja odpadów niebezpiecznych (HWT): technologie, metody obróbki fizycznej i chemicznej!

Technologie przetwarzania odpadów:

Nawet po intensywnym programie redukcji odpadów niebezpiecznych nadal będą istniały duże ilości niebezpiecznych odpadów, które będą wymagały obróbki i utylizacji.

Technologie oczyszczania zostały skategoryzowane jako fizyczne, chemiczne, biologiczne, termiczne lub stabilizacyjne / utrwalające.

Fizyczne procesy obróbki obejmują separację grawitacyjną, systemy zmiany fazy, takie jak odpędzanie powietrza i pary lotnych z ciekłych odpadów oraz różne operacje filtrowania, w tym adsorpcję węgla.

Obróbka chemiczna przekształca odpady w mniej niebezpieczne substancje za pomocą takich technik, jak neutralizacja pH, utlenianie lub redukcja i strącanie. Biologiczne przetwarzanie wykorzystuje mikroorganizmy do degradacji związków organicznych w strumieniu odpadów.

Procesy termicznego niszczenia obejmują spalanie, które staje się coraz częściej preferowaną opcją w przypadku postępowania z odpadami niebezpiecznymi, a piroliza, czyli chemiczny rozkład odpadów, powstaje w wyniku podgrzania materiału w nieobecności tlenu.

Techniki stabilizacji polegają na usunięciu nadmiaru wody z odpadów i zestaleniu pozostałej części poprzez zmieszanie jej ze środkiem stabilizującym, takim jak cement portlandzki, lub zeszklenie go ze szklistą substancją.

Większość metod leczenia ma zarówno aspekty fizyczne, jak i chemiczne. Odpowiednia technologia oczyszczania niebezpiecznych odpadów zależy od rodzaju odpadów. Rodzaj fizycznej obróbki, która ma być stosowana do odpadów, zależy w dużym stopniu od właściwości fizycznych obrabianego materiału, w tym od stanu skupienia, rozpuszczalności w wodzie i rozpuszczalnikach organicznych, gęstości, lotności, temperatury wrzenia i temperatury topnienia.

Metody leczenia fizycznego:

Różne metody obróbki fizycznej przyjęte w przemyśle to: adsorpcja, adsorpcja żywicy, sedymentacja, elektro-dializa, odwrócona osmoza, ekstrakcja rozpuszczalnikiem, destylacja, odparowanie i filtracja.

Adsorpcja:

Adsorpcja na węglu aktywnym występuje, gdy cząsteczka jest wychwytywana na jej powierzchnię i utrzymywana tam przez fizyczne i / lub chemiczne siły. Proces ten jest odwracalny, co umożliwia regenerację węgla aktywnego i ponowne wykorzystanie go poprzez odpowiednie zastosowanie ciepła i pary lub rozpuszczalnika.

Czynniki związane z wydajnością adsorpcji to:

za. Większa powierzchnia powoduje większą zdolność adsorpcji [np .: Węgiel aktywny ma dużą powierzchnię (500-1500 m2 / g)]

b. Adsorpcja wzrasta wraz ze spadkiem rozpuszczalności substancji rozpuszczonej (w rozpuszczalniku). Tak więc, dla węglowodorów, adsorpcja wzrasta wraz z masą cząsteczkową

do. W przypadku substancji rozpuszczonych z grupami zdolnymi do jonowania maksymalna adsorpcja zostanie osiągnięta przy pH odpowiadającym minimalnej jonizacji.

re. Zdolność adsorpcji zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury.

Należy jeszcze zwrócić uwagę na to, że aktywność biologiczna zwykle ma miejsce w złożu węgla. Jeśli stężenie adsorbowanych gatunków jest wystarczająco wysokie, a materiał ulega biodegradacji i nie jest toksyczny dla bakterii, wówczas aktywność biologiczna może znacznie zwiększyć efektywną zdolność usuwania. Usunięcie za pomocą adsorpcji przez węgiel aktywny zostało zastosowane do niewodnego strumienia odpadów, takiego jak frakcja ropy naftowej, syropy, oleje roślinne i preparaty farmaceutyczne. Usuwanie koloru jest najczęstszym celem w takich przypadkach. Obecne aplikacje przetwarzania odpadów ograniczają się do roztworów wodnych.

Adsorpcja żywicy:

Utylizacja odpadów za pomocą żywicy obejmuje dwa podstawowe etapy:

1. Kontakt ze strumieniem płynnych odpadów za pomocą żywicy i umożliwienie żywicy absorpcji substancji rozpuszczonych z roztworu; i

2. Następnie regenerację żywic przez usunięcie zaadsorbowanych chemikaliów, po prostu przez przemycie odpowiednim rozpuszczalnikiem.

Adsorpcja niepolarnej cząsteczki na żywicy hydrofobowej (np. Żywicy styrenowej opartej na diwinylobenzenie) wynika przede wszystkim z działania sił Vander Waal. W innych przypadkach istotne są inne rodzaje interakcji, takie jak interakcja dipol-dipol i wiązanie wodorowe. W kilku przypadkach może być zaangażowany mechanizm wymiany jonowej. W celu usunięcia organicznych odpadów barwników z wody zastosowano dwie różne żywice: w tym przypadku strumień odpadów najpierw kontaktuje się z normalnym adsorbentem polimerowym, a następnie z żywicą jonowymienną.

Osadzanie:

Sedymentacja jest fizycznym procesem, w którym cząstki zawieszone w cieczy osiadają za pomocą grawitacji.

Podstawowymi elementami większości procesów sedymentacyjnych są:

za. Zbiornik lub pojemnik o wystarczającej wielkości, aby utrzymać ciecz do obróbki w stanie stosunkowo spokojnym przez określony czas

b. Środek kierujący cieczą do obróbki w powyższym zbiorniku w sposób sprzyjający osadzaniu.

do. Środki do fizycznego usuwania osadzonych cząstek z cieczy.

Sedymentacja może być procesem wsadowym lub ciągłym. Procesy ciągłe są zdecydowanie najczęstsze, zwłaszcza gdy mają być leczone duże objętości cieczy. Technika ta jest szeroko stosowana do usuwania metali ciężkich z ścieków przemysłu metalurgicznego i żelaza; usuwanie fluorków ze ścieków produkcyjnych z aluminium; oraz usuwanie metali ciężkich ze ścieków z wytopu miedzi i przemysłu metalowego oraz strumienia ścieków z organicznych substancji chemicznych.

Elektrodializa:

Elektro-dializa obejmuje oddzielenie strumienia wodnego (bardziej skoncentrowanego w elektrolicie niż oryginał) i strumienia zubożonego. Sukces procesu zależy od specjalnych membran syntetycznych, zwykle opartych na żywicach jonowymiennych, które są przepuszczalne tylko dla jednego rodzaju jonów. Membrany kationowymienne umożliwiają przepuszczanie tylko jonów dodatnich pod wpływem pola elektrycznego, podczas gdy membrany anionowymienne umożliwiają jedynie przepływ ujemnie naładowanych jonów.

Woda zasilająca przepuszczana jest przez przedziały utworzone przez przestrzenie pomiędzy naprzemiennymi przepuszczalnymi dla kationów membranami przepuszczalnymi dla anionów utrzymywanymi w stosie. Na każdym końcu stosu znajduje się elektroda mająca ten sam obszar co membrany. Potencjał prądu stałego nałożony na stos powoduje, że jony dodatnie i ujemne migrują w przeciwnych kierunkach.

Technika ta została wykorzystana do odsalania w celu wytworzenia wody pitnej ze słonawej studni. W przemyśle spożywczym do odsalania serwatki stosuje się elektrodializę. Przemysł chemiczny stosuje tę technikę do wzbogacania lub niszczenia roztworów i usuwania składników mineralnych ze strumieni produktów.

Odwrócona osmoza:

Ta technika, która jest najszerzej stosowana, składa się z membrany przepuszczalnej dla rozpuszczalnika, ale nieprzepuszczalnej dla większości rozpuszczonych substancji, zarówno organicznych, jak i nieorganicznych. Urządzenia te wykorzystują ciśnienie, aby zmusić zanieczyszczoną wodę do półprzepuszczalnej membrany. Membrana działa jak filtr, umożliwiając przepychanie wody przez pory, ale ograniczając przepływ większych cząsteczek, które mają zostać usunięte.

W przeszłości stosowano membrany z octanu celulozy, ale obecnie polisulfony i poliamidy są coraz bardziej popularne do stosowania przy wysokich wartościach pH. Ze względu na podatność membran na atak chemiczny i obrastanie oraz na podatność układu przepływowego na zatykanie i erozję, powszechne jest wstępne przetwarzanie wody zasilającej w celu usunięcia utleniaczy. Technika odwróconej osmozy jest szeroko stosowana do odsalania wody morskiej lub słonawej.

Z powodzeniem stosuje się go również w oczyszczaniu wody płuczącej galwanizowanej, nie tylko w celu spełnienia standardów odprowadzania ścieków, ale również w celu odzyskania skoncentrowanych roztworów soli metali do ponownego użycia. Został również wykorzystany do przetwarzania strumienia odpadów z przemysłu papierniczego i spożywczego.

Ekstrakcji rozpuszczalnikiem:

Ekstrakcja rozpuszczalnikiem polega na oddzieleniu składników ciekłego roztworu przez kontakt z inną niemieszalną cieczą. Jeżeli substancje zawierające roztwór wyjściowy rozprowadzają się inaczej między dwiema fazami ciekłymi, nastąpi pewien stopień rozdzielenia i można to poprawić przez zastosowanie wielu kontaktów. Głównym zastosowaniem ekstrakcji rozpuszczalnikowej do obróbki odpadów było usuwanie fenolu z produktów ubocznych wody produkowanych w koksowaniu węgla, rafinacji ropy naftowej i syntezie chemicznej, która obejmuje fenol.

Stosowanie płynów nadkrytycznych (SCF), najczęściej C02 jako rozpuszczalnika ekstrakcyjnego, było jednym z bardziej obiecujących podejść do ekstrakcji rozpuszczalnikiem. SCF to płyny występujące w lub powyżej najniższej temperatury, w której może wystąpić kondensacja. Powyżej temperatury krytycznej niektóre płyny wykazują właściwości, które poprawiają ich właściwości rozpuszczające.

Materiały organiczne, które są tylko słabo rozpuszczalne w poszczególnych rozpuszczalnikach w temperaturze pokojowej, stają się całkowicie mieszalne z rozpuszczalnikiem w warunkach nadkrytycznych. Doskonałe właściwości rozpuszczalnika wynikają z szybkiej zdolności przenoszenia masy i bardzo niskiej gęstości, która charakteryzuje SCF. Głównymi zaletami SCF są krótkie czasy przebywania bez tworzenia się zwęglenia.

Niektóre z ważnych zastosowań tych SCF-ów dotyczyły ekstrakcji pestycydu z chlorowcami narządów z gleby, ekstrakcji oleju z emulsji stosowanych w przetwarzaniu aluminium i stali oraz regeneracji zużytego węgla aktywowanego. Nadkrytyczny etan został użyty do oczyszczenia zużytych olejów zanieczyszczonych PCB, metalami i wodą.

Destylacja:

Destylacja jest kosztowna i energochłonna i może być prawdopodobnie uzasadniona tylko w przypadkach, gdy możliwe jest odzyskanie cennego produktu (np. Odzysk rozpuszczalnika). Technika ta ma ograniczone zastosowanie w obróbce rozcieńczonych wodnych odpadów niebezpiecznych.

Odparowanie:

Proces odparowania stosuje się do obróbki odpadów niebezpiecznych, takich jak radioaktywne ciecze i szlamy oraz zagęszczanie powłok i odpadów rozpuszczalników farbowych wśród wielu innych zastosowań. Jest zdolny do przenoszenia cieczy, szlamów, a czasami szlamów, zarówno organicznych, jak i nieorganicznych, zawierających zawieszone lub rozpuszczone ciała stałe lub rozpuszczone ciecze, przy czym jeden ze składników jest zasadniczo nielotny. Może być stosowany w celu zmniejszenia objętości odpadów przed składowaniem lub spalaniem ziemi.

Głównymi wadami parowania są wysokie koszty kapitałowe i operacyjne oraz wysokie wymagania energetyczne. Proces ten można lepiej dostosować do ścieków o wysokim stężeniu zanieczyszczeń.

Filtrowanie:

Filtracja jest dobrze rozwiniętym procesem ekonomicznym stosowanym w oczyszczaniu na dużą skalę wielu ścieków przemysłowych i osadów ściekowych. Wymagania energetyczne są stosunkowo niskie, a parametry operacyjne są dobrze określone. Jednak nie jest to główny proces obróbki i często stosuje się go w połączeniu z opadem, flokulacją i sedymentacją w celu usunięcia tych ciał stałych.

Flokulacja:

Różne zjawiska zachodzące podczas flokulacji można pogrupować w dwa mechanizmy sekwencyjne. Wywołana chemicznie destabilizacja odpychających sił powierzchniowych, pozwalająca cząstkom sklejać się ze sobą, gdy stykają się, i mostkowanie chemiczne i fizyczne umocnienie pomiędzy nie odpychającymi cząstkami, umożliwiając tworzenie dużych cząstek.

Substancje chemiczne stosowane do flokulacji obejmują ałun, wapno, chlorek żelazowy, siarczan żelazawy i poliole elektrolitowe. Poliowe elektrolity składają się z długołańcuchowych, rozpuszczalnych w wodzie polimerów, takich jak poliakryloamidy. Są stosowane w połączeniu z nieorganicznymi flokulantami lub jako główny flokulant. Nieorganiczne flokulanty, takie jak ałun, po zmieszaniu z wodą, nieco wyższe pH wody powodują jej hydrolizę z wytworzeniem galaretowatych osadów wodorotlenku glinu.

Częściowo z powodu ich dużej powierzchni są w stanie zahaczyć małe cząstki, a tym samym tworzyć większe cząstki. Po zawieszeniu cząstek w postaci kłaczków w większe cząstki, zwykle można je usunąć z cieczy przez sedymentację, pod warunkiem, że istnieje wystarczająca różnica gęstości pomiędzy zawiesiną a cieczą.

Metody obróbki chemicznej:

Chemiczne przetwarzanie odpadów pomoże nam przekształcić odpady wysoko niebezpieczne w mniej niebezpieczne. Obróbka chemiczna pomaga nam również odzyskiwać cenne produkty uboczne z odpadów niebezpiecznych, zmniejszając w ten sposób całkowite koszty unieszkodliwiania odpadów. W związku z tym opcje przetwarzania chemicznego zostaną przyjęte przed uwzględnieniem opcji wypełniania ziemi.

Różne procesy przetwarzania chemicznego przyjęte w branżach gospodarki odpadami niebezpiecznymi to: rozpuszczalność, neutralizacja, strącanie, koagulacja i flokulacja, utlenianie i redukcja, metoda wymiany jonowej

Rozpuszczalność:

Niebezpieczne odpady mogą być organiczne i nieorganiczne, zawierające różne pierwiastki chemiczne i różne konfiguracje strukturalne. Woda, znana jako uniwersalny rozpuszczalnik, rozpuści wiele z tych substancji, podczas gdy inne mają jedynie ograniczoną rozpuszczalność w wodzie. Rozpuszczalność różnych soli nieorganicznych i organicznych jest wykorzystywana jako sposób postępowania z odpadami niebezpiecznymi, gdy dostępne są urządzenia do przetwarzania ścieków, a opcje wypełniania ziemi są ograniczone

Neutralizacja:

Neutralizacja kwasów i strumieni odpadów alkalicznych jest przykładem zastosowania obróbki chemicznej w celu ograniczenia odpadów charakteryzujących się korozją. Neutralizację kwasu lub zasady można łatwo określić przez pomiar jej pH. Reakcje oparte na kwasach są najczęstszym procesem chemicznym stosowanym w procesie przetwarzania odpadów niebezpiecznych. Neutralizacja przed zasypaniem będzie konieczna, aby uniknąć wzajemnych reakcji podczas wypełniania terenu. Ponieważ proces zobojętniania ma charakter egzotermiczny, jeśli nie nastąpiło wstępne zobojętnienie, wzrasta temperatura warstw wypełniających, a tym samym uszkadza wykładziny

Opad atmosferyczny:

Często niepożądane metale ciężkie występują w ciekłych i stałych odpadach, które są w postaci szlamu. Proste opady. Zwykłą metodą usuwania metali ciężkich jest ich strącanie chemiczne. Metale wytrącają się przy różnych poziomach pH w zależności od jonu metalu, co powoduje powstawanie nierozpuszczalnej soli. W związku z tym neutralizacja kwaśnego strumienia odpadów może powodować wytrącanie metali ciężkich. Zasadniczo wodorotlenki metali ciężkich są nierozpuszczalne, dlatego do ich wytrącenia powszechnie stosuje się wapno lub kaustynę.

Koagulacja i flokulacja:

Opady są znacznie lepsze dzięki dodaniu koagulantów. Najczęściej stosowanym współkoagulantem jest ałun. Wiele polioli elektrolitycznych stosuje się jako koagulanty. Te koagulanty neutralizują ładunek koloidów w stanie zawieszonym, umożliwiając im szybkie osiadanie.

Utlenianie i redukcja:

Chemiczne procesy utleniania i redukcji można wykorzystać do konwersji toksycznych zanieczyszczeń na nieszkodliwe lub mniej toksyczne substancje. Odpady metali ciężkich poddaje się procesowi redukcji, aby wytrącić się w bezpieczniejszych związkach metali ciężkich. Przykład: sześciowartościowy chrom wytrąca się w trójwartościowy wodorotlenek chromu. Podobnie alkaliczne chlorowanie cyjanku neutralizuje wysoko toksyczne odpady cyjanków.

Metody wymiany jonowej:

Wymiana jonowa to odwracalna wymiana jonów między fazami ciekłą i stałą. Jony utrzymywane przez siły elektrostatyczne w naładowanych grupach funkcyjnych na powierzchni nierozpuszczalnych ciał stałych zostają zastąpione przez jony o podobnym ładunku w roztworze. Wymiana jonów to stechiometryczne, odwracalne i selektywne usuwanie rozpuszczonych związków jonowych.