Развитие технологий мобильной утилизации токсичных отходов: актуальность применения в XXI веке

Бондаренко И.В.

Уровень техногенной нагрузки на территории Украины в течение нескольких последних десятилетий неуклонно возрастал, чему в значительной мере способствовали проблемы в области обращения с токсичными промышленными отходами. Сложная ситуация с образованием, накоплением и хранением опасных отводов I - III класса токсичности основывается на малоэффективной экологической политике, что привело к росту территорий, эксплуатируемых с целью размещения отходов (состоянием на 01.11.2010 г. эта площадь в Украине составила около 160 тыс. га). Нужно отметить, что наибольшую нагрузку в данном аспекте испытывают Днепропетровская, Донецкая, Запорожская, Ивано-Франковская, Луганская и Кировоградская области. Ситуацию может весьма обострить легальный и не легальный ввоз токсичных отходов на территорию Украины, вызванный строительством международного завода по утилизации отработанных веществ для обслуживания стран СНГ. Исходя из этого, в качестве одной из важнейших проблем обращения с опасными отходами следует назвать централизацию предприятий по обработке отходов, что влечет необходимость в технически сложной и высокоопасной процедуре транспортировки токсичным веществ от места, их скопления к пункту утилизации.

Целью данной работы является разработка мобильного технического решения для утилизации и рекуперации опасных отходов на месте их образования и накопления.

Для достижения поставленной технической задачи разработан и запатентован аппарат «Термовакуумная камера для утилизации фосфорного шлама» (патент на изобретение РФ № 2344073). Создание данной технологии вызвано к жизни из-за аварийных ситуаций 2005 года на территории предприятия «Химпром» (на сегодняшний день – банкрота), находящегося в г. Славянске Донецкой области, где хранилось около 500 тонн фосфорных отходов.

Предлагаемая технология основана на применении известной термохимической реакции перехода белой токсичной модификации элементарного фосфора («желтого фосфора» - составляющей промышленного отхода) в менее токсическую аллотропическую красную модификацию этого вещества. Химический процесс (P4-->Pn) при утилизации шлама протекает в условиях специализированного аппарата (см. рисунок), состоящего из внешнего изоляционного корпуса 1, обеспечивающего вакуумные отсеки 5 между ним и рабочей термокамерой 3, образующиеся разделением пространства, окружающее камеру посредством продольных перегородок 4. Также устройство оснащено нагревательными элементами 6 (предложены, как электрические, так и паровые системы обогрева) и мягким газоотводящим патрубком – шлангом 2, работа которого контролирует механический клапан давления 8. При эксплуатации используется помещенный в рабочую термическую камеру поддон 7, защищающий нижнюю часть нагревательных элементов от негативного воздействия агрессивной среды утилизируемых отходов. Установка закреплена на мобильной платформе, что дает возможность ее транспортировки в виде прицепа.

Работа предлагаемого аппарата заключается в следующих технологических процессах. После окончания этапа подготовки термовакуумной камеры, что включает в себя проверку работоспособности всех элементов системы, удаление воздуха из вакуумных отсеков, заполнение энергосистемы водой (при использовании оригинального парогенератора замкнутого цикла), необходимо провести процедуру загрузки утилизируемого отхода.

1 – внешний корпус, 2 – шланг отведения газа, 3 – рабочая термокамера, 4 – перегородка, 5 – вакуумный отсек, 6 – паро-электронагревательные устройства, 7 – поддон, 8 – газоклапан

Рисунок – Схема термовакуумной камеры для утилизации фосфорного шлама (горизонтальное исполнение) в поперечном разрезе.

Данный этап требует соблюдения всех норм безопасности, касающихся обращения с фосфорным шламом. Помещенный через специальный люк установки в рабочую камеру отход, подвергается термической обработке путем постепенного повышения температурного режима внутри установки (рабочий температурный режим технологического процесса равен 260оС). Процесс переработки и работоспособности всей системы постоянно контролируется предусмотренными патентом датчиками химической и физической направленности. В процессе модификации желтого фосфора в красный выделаются газообразные продукты фосфора и пары воды, которые предлагается отводить в кассетный накопитель, где продукт, остывая, преобразуется в неочищенный желтый фосфор или фосфорную кислоту (в зависимости о наличия и процентного содержания водяного пара). В результате проведения утилизации с применением описанного устройства, можно получить пригодный для дальнейшего использования после механической очистки целевой продукт – красный фосфор с пониженным классом опасности, так как последний обладает значительно менее выраженными термодинамическими свойствами и менее токсичен, чем исходный.

Одним из главных положительных моментов предложенной технологии является повышенная степень безопасности процесса, что частично обусловлено наличием вакуумных отсеков, исключающих контакт отходящих веществ с атмосферным воздухом. В зависимости от типа хранения отходов при утилизации может быть выбран горизонтальный или вертикальный вариант исполнения термовакуумной камеры. Результат разработки примечателен наличием в аппарате энергогенерационого и энергосберегающего оборудования дли обеспечения работоспособности установки. Существует возможность энергопитания путем термического уничтожения ТБО (возможно, применение пиролиза). Таким образом, в данном предложении достигнута внешняя энергетическая независимость, что обеспечивает стабильность протекающего процесса. Внедрение этого аппарата и подобных ему мобильных технологий утилизации опасных отходов может позволить снизить или исключить необходимость строительства централизованных заводов по переработке токсичных отходов, что улучшит экологическую ситуацию ряда стран путем осуществления выездных мероприятий по утилизации.