Газообразные отходы

Введение

 

В ХХ веке количество отходов производства и потребления росло так быстро, что образование отходов стало важной проблемой больших городов и крупных производств.

Опасность отходов определяется их физико-химическими свойствами, а также условиями их хранения или размещения в окружающей среде.

Для отходов необходимо составление паспорта отходов, определение класса опасности и лимитов на размещение отхода в окружающей среде, лимитов на накопление на предприятии и других документов.

Понятие «Опасные отходы» используется в следующих случаях:

•  отходы содержат вредные вещества, в том числе содержащие возбудителей инфекционных болезней, токсичные, взрывоопасные и пожароопасные, с высокой реакционной способностью, например, вызывающие коррозию, радиоактивные;
•  отходы представляют опасность для здоровья человека и/или для нормального состояния окружающей природной среды.

 

 

Классификация отходов

 

Отходы — вещества (или смеси веществ), признанные непригодными для дальнейшего использования в рамках имеющихся технологий, или после бытового использования продукции.

Отходы различаются:

1. по происхождению:

• отходы производства (промышленные отходы)
• отходы потребления (коммунально-бытовые)

2.  по агрегатному состоянию:

• твердые
• жидкие
• газообразные

2. по классу опасности (для человека и / или для окружающей природной среды)

В Российской Федерации выделяют следующие классы опасности для окружающей природной среды:

1й — чрезвычайно опасные

2й — высоко опасные

3й — умеренно опасные

4й — малоопасные

5й — практически неопасные

В России также существует Федеральный классификатор отходов, в котором каждому виду отходов в зависимости от источника его происхождения присваивается идентификационный код.

 

 

 

Понятие промышленных отходов

 

Промышленные отходы — твердые, жидкие и газообразные отходы производства, полученные в результате химических, термических, механических и других преобразований материалов природного и антропогенного происхождения.

В процессе производства также получают отходы:

• газообразные
• жидкие
• твердые

 

Газообразные отходы

 

В состав газообразных выбросов входят SО₂, СО, углеводороды и оксиды азота. По проектной документации количество выбросов при нормальной работе оборудования должно находится в рамках ПДВ.

Оксиид серы (IV) (диоксиид сееры, серниистый газ, серниистый ангидриид) — SO₂ . В нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом (запах загорающейся спички). Под давлением сжижается при комнатной температуре. Растворяется в воде с образованием нестойкой сернистой кислоты. Растворимость 11,5 г/100 г воды при 20 °C, снижается с ростом температуры.

SO₂ токсичен. Симптомы при отравлении сернистым газом — насморк, кашель, охриплость, першение в горле. При вдыхании сернистого газа более высокой концентрации — удушье, расстройство речи, затруднение глотания, рвота, возможен острый отёк лёгких. ПДК (предельно допустимая концентрация) максимально-разового воздействия — 0,5 мг/м³.

Большая часть оксида серы используется для производства серной кислоты. Используется также в слабоалкогольных напитках в качестве консерванта. Так как этот газ убивает микроорганизмы, им окуривают овощехранилища и склады. Оксид серы используется для отбеливания соломы, шелка и шерсти, то есть материалов, которые нельзя отбеливать хлором. Применяется он также и в качестве растворителя в лабораториях. При таковом его применении следует помнить о возможном содержании в SO₂ примесей в виде H₂O и SO₃. Их удаляют пропусканием через растворитель концентрированной H₂SO₄; это лучше делать под вакуумом или в другой закрытой аппаратуре. Оксид серы применяется также для получения различных солей сернистой кислоты.

Из-за широкого использования сернистый ангидрид или диоксид серы является одним из основных газов, загрязняющих атмосферу. Наибольшую опасность представляет собой загрязнение соединениями серы, которые выбрасываются в атмосферу при сжигании угольного топлива, нефти и природного газа, а также при выплавке цветных металлов и производстве серной кислоты. Антропогенное загрязнение серой в два раза превосходит природное. Серный ангидрид образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Растения около таких предприятий обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и чёрной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида. Наибольших концентраций сернистый газ достигает в северном полушарии, особенно над территорией США, зарубежной Европы, европейской части России, Украины. В южном полушарии оно ниже.

Оксид углерода (окись углерода, угарный газ — CO) — газ без цвета и запаха, почти не поглощается активированным углем, горит синим пламенем с образованием CO₂ и выделением тепла. CO образуется при сгорании органических видов топлива (древесина, уголь, бумага, масла, бензины, газы, взрывчатые вещества) в условиях недостатка О₂, а также при взаимодействии CO₂ с раскаленным углем, при конверсии метана в присутствии различных катализаторов.

Естественный уровень CO в атмосфере 0,01—0,9 мг/м³ (в северном полушарии в 3 раза выше); 90% атмосферного CO образуется в результате естественных процессов (вулканические и болотные газы, лесные и степные пожары, жизнедеятельность наземной и океанической флоры и фауны, окисление метана в тропосфере). Сотни миллионов тонн CO поступают в атмосферу ежегодно в результате деятельности человека. В промышленности CO получают путем неполного окисления природного газа или газификацией угля и кокса. CO является одним из исходных соединений в органическом синтезе, используется как восстановитель в металлургии, производстве карбонилов, ароматических альдегидов, формамида, гексагидроксибензола, хлорида алюминия, метанола, синтетического бензина, синтола.

При воздействии на организм человека легкие отравления протекают без потери сознания или с кратковременным обмороком, могут сопровождаться сонливостью, тошнотой, рвотой. Отравления средней тяжести характеризуются потерей сознания различной длительности, после чего сохраняется общая слабость, могут быть провалы памяти, двигательные расстройства, судороги. При тяжелых отравлениях потеря сознания длится более 2 ч, происходят клонические и тонические судороги, непроизвольное мочеиспускание и дефекация, а первые признаки типичной картины отравления при вдыхании угарного газа в концентрациях до 1000 мг/м³ появляются уже через 5—10 мин.

Так как CO очень слабо поглощается активированным углём обычных фильтрующих противогазов, для защиты от него применяется специальный фильтрующий элемент (он может также подключаться дополнительно к основному) — гопкалитовый патрон. Гопкалит представляет собой катализатор, способствующий окислению CO в CO₂ при нормальных температурах. Недостатком использования гопкалита является то, что при его применении приходится вдыхать нагретый в результате реакции воздух.

 Обычный способ защиты — использование изолирующего дыхательного аппарата.

Углеводороды — органические соединения, состоящие исключительно из атомов углерода и водорода. Углеводороды считаются базовыми соединениями органической химии, все остальные органические соединения рассматривают как их производные. Поскольку углерод имеет четыре валентных электрона, а водород — один, простейший углеводород — метан (CH₄).

Метан — простейший углеводород, бесцветный газ без запаха, химическая формула — CH₄. Малорастворим в воде, легче воздуха. Применение метана:

• топливо
• продукты хлорирования используются в огнетушителях, а так же как снотворное, или растворитель
• производство продукта дегидрирования - ацетилена.
• продукт конверсии – синтез - газ. Используется для производства метанола и формальдегида, а следовательно и полимеров, медикаментов и денатурирующих и дезинфицирующих материалов. Также из синтез - газа изготавливаются аммиак и удобрения.

Также метан является сильным парниковым газом, более сильным, чем углекислый газ. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 21 единицу. ПДК метана в воздухе рабочей же зоны составляет 7000 мг/м³.

При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты (обычно меркаптаны) со специфическим «запахом газа». В небольших количествах метан не токсичен и не опасен для здоровья человека. Но накапливаясь в большом объеме, в закрытом помещении он ядовит и взрывоопасен. Обогащение одорантами делается для того, чтобы человек вовремя заметил утечку газа. На промышленных производствах эту роль выполняют датчики и во многих случаях метан для лабораторий и промышленных производств остается без запаха.

Оксиды азота — неорганические бинарные соединения азота с кислородом. Рассмотрим простейший из оксидов азота:

Оксонитрид азота(I) (оксид диазота, закись азота) — соединение с химической формулой N₂O. При нормальной температуре это бесцветный негорючий газ с приятным сладковатым запахом и привкусом.

В промышленности применяется в  двигателях внутреннего сгорания, так как улучшает  их технические характеристики. В случае автомобильных применений вещество, содержащее закись азота, и горючее впрыскиваются во впускной (всасывающий) коллектор двигателя, что приводит к следующим результатам:

• снижает температуру всасываемого в двигатель воздуха, обеспечивая плотный поступающий заряд смеси.
• увеличивает содержание кислорода в поступающем заряде (воздух содержит лишь ~21 масс. % кислорода).
• повышает скорость (интенсивность) сгорания в цилиндрах двигателя.

Оксонитриды азота (II), (III), (IV), (V) оказывают более вредное воздействие на организм человека (начиная от острых отравлений и заканчивая серьёзными ожогами кожных покровов). Так, например, оксид азота NO — сильный яд, оказывающий влияние на ЦНС, а также вызывающий поражение крови за счёт связывания гемоглобина. Относительно высокой токсичностью (при концентрации выше 0,05 мг/л) обладает и оксид азота NO₂. Он раздражает дыхательные пути и угнетает аэробное окисление в легочной ткани, что приводит к развитию токсического отёка легких. и так же, как и оксонитрид азота (I) используются в промышленности. Основной интерес представляет собой так называемый тринитрамид — химическое вещество, открытое группой учёных Королевского технологического института (Швеция) в 2010 году. Молекула тринитрамида выражается формулой N(NO₂)₃. Это всего лишь девятое по счёту соединение азота и кислорода, известное науке.

Согласно первоначальным оценкам тринитрамид является перспективным кандидатом на роль высокоэффективного ракетного топлива. Результаты исследований показывают, что тринитрамидное топливо может быть на 20—30 % более эффективным, чем известные ранее. Однако на данный момент неизвестно, является ли устойчивой твёрдая фаза вещества.

Все оксиды азота физиологически активны, поэтому относятся к третьему классу опасности.

 

Очистка вредных выбросов

 

 

Выбор метода очистки отходящих газов зависит от конкретных условий производства и определяется рядом основных факторов:

• объемом и температурой отходящих газов;
• агрегатным состоянием и физико-химическими свойствами примесей;
• концентрацией и составом примесей;
• необходимостью рекуперации или возвращения их в технологический процесс;
• капитальными и эксплуатационными затратами;
• экологической обстановкой в регионе.

Различают следующие основные методы очистки газообразных отходов:

• каталитическая очистка газа
• термическая очистка газа
• эффект малых доз
• гепатогенная зона

Каталитическая  очистка газов основана на реакциях в присутствии твердых катализаторов, то есть на закономерностях гетерогенного катализа. В результате каталитических реакций примеси, находящиеся в газе, превращаются в другие соединения, менее или нетоксичные.

Катализаторы бывают:

• окислительные, которые используются для оксида углерода СО и углеводородов.
• Восстановительные, которые используются для оксидов азота

Катализаторы делятся на:

1. цельно – металлические. Представляют собой металлы платиновой группы, нанесенные на металлическую основу, роль которой выполняют: сетки, листы, спирали т. д.)

Достоинства: большая термостабильность, большой срок эксплуатации и возможность регенерации.

Недостатки: высокая стоимость.

2.  керамические. Это металлы платиновой группы или оксиды неблагородных металлов, нанесённые на основу.

Достоинства: более дешёвые, способны работать в запылённых потоках.

Недостатки: меньшая термостабильность.

3.  насыпные. Представлены в виде гранул или таблеток. Основой таких катализаторов является Al₂O₃ с нанесёнными на него металлами платиновой группы или других более дешёвых материалов.

Достоинства: низкая стоимость, развитая поверхность взаимодействия с газами.

Недостатки: высокое гидравлическое сопротивление, низкий период эксплуатации.

Термическая очистка газа. Область применения – используется для очистки органических газообразных соединений за счёт сжигания газов при высокой температуре. Таким образом токсичные соединения превращаются в менее токсичные.

Достоинства: простота устройств.

Недостатки: трудность контроля за процессом.

Эффект малых доз. При малых и сверхмалых концентрациях вещества в воде или воздухе всё равно оказывается негативный эффект на здоровье человека за счёт не химического воздействия, а информационного.

Геопатогенная зона – зона биологического дискомфорта для человека.

Геопатогенные зоны бывают:

1. искусственные (например, свалка радиоактивных отходов)
2. естественные.

 

Список используемой литературы

 

1. «Экология: курс лекций» Ильин В.И – М.: Перспектива 2005.
2. «Технологические методы защиты атмосферы от вредных выбросов на предприятиях энергетики» Носков А.С, Пай З.П. Новосибирск, СО РАН, ГПНТБ, 1996.
3. «Основы экологии» Чебышев Н.В., Филиппова А.В. – М.: Новая Волна