В онлайне: 1 (гостей - 1, участников - 0)  Вход | Регистрация

 

УДК 628.4.045:546.49:502.175

Обоснование технологии переработки ртутных ламп, как опасного типа отхода 1-го класса

 

Дейнека А.П., студент, Калинихин О.Н., доцент

Донецкий национальный технический университет

 

Рассмотрены основные технологии переработки ртутьсодержащих отходов, в частности ртутных ламп. Выделены методы обезвреживания ртутных ламп.  Определенна наиболее выгодная технология утилизации ртутьсодержащих отходов.

 

Проблемы экологии, изменения климата, сохранения энергоресурсов и, как следствие, использования энергосберегающих технологий, сегодня являются особенно актуальными и обсуждаемыми.

Для сбережения и рационального использования электроэнергии предлагаются различные типы энергосберегающих ламп. К таким лампам относятся люминесцентные лампы, которые имеют отдельные, но при этом существенные преимущества над обычными лампами. Люминесцентные лампы потребляют меньше электроэнергии, их световая отдача и срок эксплуатации в разы больше. Дополнительно люминесцентные лампы имеют многообразные модификации и формы, что предопределяет их популярность.

Однако здесь возникает существенная экологическая проблема – накопление и утилизация отходов. Все люминесцентные лампы содержат ртуть – вещество, которое относится к группе тяжелых металлов 1-го класса опасности по степени воздействия на человека и окружающую среду.

Проблема использования ртутьсодержащих ламп приобрела в последние годы особую актуальность. Везде в мире, в последние годы идет постоянное продвижение идеи применения различных видов энергосберегающих и энергоэффективных технологий. Но при этом часто упускаются из виду сопутствующие проблемы – соблюдение гигиены освещения, утилизации всех видов ламп, и в первую очередь – ртутьсодержащих.

Ртутьсодержащие лампы представляют особую опасность с позиций локального загрязнения среды обитания токсичной ртутью. Так, скорость испарения металлической ртути в спокойном воздухе при температуре окружающей среды 20°С составляет 0,002 мг/см в час, а при 35-40°С на солнечном свету увеличивается в 15-18 раз и может достигать 0,036 мг/см в час. Одна энергосберегающая лампа содержит от 3 до 5 мг ртути. Если при повреждении лампы в воздух попадет всего 1 мг ртути, ее концентрация составит 0,02 мг на кубический метр воздуха, что более чем в 60 раз превышает допустимую концентрацию.

 По подсчетам экологов, ежегодно на 2014 год на бывшей территории Украины на полигоны твердых бытовых отходов поступало около 500 кг ртути, а по данным Госстата, в Донецкой области только от промышленных предприятий образовывалось до 40 тонн ртутьсодержащих отходов, что эквивалентно 0,5 кг ртути, образующихся в процессе жизнедеятельности населения. До недавнего времени утилизацией ртутьсодержащих отходов занималось предприятие ООО «Никитртуть» в Горловке, которое на сегодняшний день уже не функционирует. Поэтому в современных условиях чрезвычайно актуальной является проблема утилизации таких отходов на территории ДНР.

Согласно данным Главного управления статистики Донецкой Народной Республики (таб.1) за 2016 год в ДНР образовалось 10,1 т отходов I класса опасности.

На город Донецк в 2016 году пришлось 55,45% объема образовавшихся отходов I класса опасности.

 

Таблица 1 – Образование отходов по классам опасности по городам и районам Донецкой Народной Республики за 2016 год

 

Название города/района

Образовалось отходов по классам опасности, т

Всего образовалось отходов, т

I

II

III

IV

Горловка

0,1

22,2

3,9

99426,1

99452,3

Дебальцево

15,2

3,2

10688,0

10706,4

Докучаевск

0,1

1,9

0,0

6594,9

6596,9

Донецк

5,6

170,8

557,1

1061067,9

1061801,4

Енакиево

0,9

114,0

1306,9

1302870,5

1304292,3

Ждановка

0,0

8,7

0,0

332344,1

332352,8

Кировское

0,0

0,9

8075,1

8076,0

Макеевка

1,0

33,3

118,7

1040239,3

1040392,3

Снежное

0,7

2,5

54,2

157077,8

157135,2

Торез

0,0

5,8

3,3

950362,0

950371,1

Харцызск

0,0

3,5

6,1

79964,9

79974,5

Шахтерск

0,4

5,1

2,1

191335,2

191342,8

Ясиноватая

0,8

4,0

197,2

17735,5

17937,5

Амвросиевский район

0,1

5,3

0,1

633,4

638,9

Новоазовский район

0,0

0,4

0,1

7984,7

7985,2

Старобешевский район

0,4

16,0

142,0

670852,0

671010,4

Тельмановский район

0,3

0,0

51,6

51,9

Всего по ДНР

10,1

409,9

2394,9

5937303,0

5940117,9

 

Материалы и методы

 

Все методы обезвреживания ламп можно разделить на две большие группы: термические и бестермические. Термические методы применяются давно, хорошо знакомы перерабатывающим предприятиям, относительно недороги. Бестермические – это методы, которые только начинают использоваться и, возможно, сделают переработку ртути проще, быстрее или дешевле.

Суть термического способа демеркуризации состоит в нагреве колб до температуры от 450 до 5500 градусов с последующей отгонкой ртути в вакууме или при высоком давлении. Затем пары ртути конденсируют. Термические методы основаны на температуре кипения ртути – 357 градусов.

Исходя из практики утилизации ртутьсодержащих отходов были выделены три основные технологии демеркуризации:

1. Термическая обработка в шнековой трубчатой печи с электронагревателем. Обработка производится при температуре от 500 до 5500 градусов. Эта технология разработана и запатентована. Особенность метода в том, что технологический газ дожигают при 800-900 градусах еще перед конденсацией паров ртути. Таким образом, все органические соединения надежно разлагаются на углекислый газ и воду.

2. Термо-вакуумная обработка в специальной камере. Давление в камере составляет не более 0,01 мм ртутного столба.

3. Термохимическое обезвреживание в камере периодического действия. Суть метода состоит в нагреве ламп с последующей 25-минутной выдержкой при температуре, которая обеспечит десорбцию ртути из колбы. Затем производят резкое охлаждение в специальном смесителе с оборотным раствором. В результате ртуть в полном объеме выделяется из стекла колбы и связывается в нерастворимые безопасные для человека соединения. Сама колба разрушается под воздействием температуры. Эта технология менее выгодна с точки зрения и экономики, и экологии. Метод не позволяет вести переработку в непрерывном режиме, а в результате демеркуризации образуются сточные воды.

С точки зрения экономики, наиболее выгодна первая описанная технология. Так как термообработка ламп в шнековой печи позволяет работать в непрерывном режиме, технология нечувствительна к составу исходного сырья, а полученный в результате демеркуризированный металл можно обогащать и использовать повторно.

Термо-вакуумная методика подходит для обработки «чистого» утиля, то есть термометров, тонометров, ртутных вентилей. Этот метод не так эффективен, в основном из-за того, что процесс демеркуризации идет медленнее в присутствии органических соединений. Кроме того, специалисты отмечают, что запатентованные для этой технологии камеры демеркуризации ненадежны.

На данный момент обезвреживание ртутьсодержащих отходов термическими методами встречается наиболее часто, несмотря на то, что все описанные способы имеют ряд существенных недостатков: сложность в эксплуатации, энергоемкость, обязательное наличие высоких температур (как следствие – повышенные требования к безопасности на перерабатывающем предприятии). Как следствие – дороговизна обработки, приходится содержать дополнительный персонал и проводить мониторинг оборудования, необходимость доработки систем сорбции ртути из газа, высокая вероятность выброса газа в атмосферу при нарушении герметичности любого узла демеркуризационной камеры.

 Поэтому активно ведется разработка принципиально новых методов очистки и обезвреживания ртутьсодержащих отходов.

Для обезвреживания ртути используются также бестермические методы, не предусматривающие применение высоких температур. Например, гидрометаллургический (жидкофазный) способ демеркуризации. Процедура следующая: содержащую ртуть деталь измельчают в специальной мельнице, вместе с тем производя отмывку, если есть необходимость. Процесс более длительный по сравнению с термическими методами, занимает от 30 и до 180 минут.

 Жидкофазная демеркуризация является экологически чистым способом утилизировать ртуть.

Есть еще сухой способ утилизации ртутьсодержащих отходов, который заключается в отделении ртути от других веществ, например, люминофора в случае с ртутными лампами при помощи аэросепарации. Содержание ртути в том же люминофоре при использовании этого метода колеблется в рамках 1%, что является достаточно высоким показателем. Поэтому его вместе с отработанным сорбентом обрабатывают серой, что переводит ртуть в сульфид.

Выбирая метод утилизации ртутьсодержащих отходов, все же следует отдавать предпочтение термическим методам обезвреживания. Так как именно они обеспечивают более тонкую очистку отходов от ртути, в том числе и той, что содержится на других деталях, а не только в колбе.

 

Вид оборудования

 

В связи сложившейся ситуации на территории ДНР наиболее подходящей технологией утилизации ртутьсодержащих отходов, и в частности, ртутных ламп является термическая обработка в шнековой трубчатой печи с электронагревателем (рис.1), так как с точки зрения экономики, она наиболее выгодна.

Изобретение относится к обжиговым печам непрерывного действия для термической обработки материала при контролируемой газовой атмосфере и температуре нагрева в режиме непрерывной работы и постоянном перемешивании материала, в частности к шнеко-трубчатой печи. Шнеко-трубчатая печь содержит теплоизоляционный корпус, электронагреватели, трубу-реторту, оснащенную загрузочной и разгрузочной течками, патрубком для подачи/забора воздуха и аптейком, шнек, расположенный внутри трубы-реторты и выполненный с возможностью вращения от электропривода, газоход, систему пылеулавливания и систему КИП, при этом труба-реторта выполнена диаметром в 1,4-2,5 раза больше диаметра шнека с формированием надшнекового пространства внутри трубы-реторты. 

Шнеко-трубчатая печь может быть выполнена двух-, трех- или четырехступенчатой. Обеспечивается возможность обработки как порошковых, так тонкодисперсных материалов с влажностью до 70% и содержанием выгораемых и легколетучих компонентов от 5 до 95%, при этом пылевынос составляет ~0,5% от загрузки.

 

C:UserskastaPicturesпечь.JPG

Рис. 1 – Шнековая трубчатая печь с электронагревателем

 

В целом, ситуацию в сфере обращения с отходами в Донецкой Народной Республике можно охарактеризовать как напряженную. На территории промышленно развитой и густонаселенной Республики ежегодно образуется большой объем отходов различного класса опасности, что требует пристального государственного контроля над ситуацией в сфере обращения с отходами.

По результатам проведенных исследований было установлено, что все существующие методы обезвреживания ламп можно разделить на две большие группы: термические и бестермические. При выборе метода утилизации ртутьсодержащих отходов, все же следует отдавать предпочтение термическим методам обезвреживания. Так как именно они обеспечивают более тонкую очистку отходов от ртути, в том числе и той, что содержится на других деталях, а не только в колбе.

В свете представленных фактов наиболее оптимальным оборудованием термического обезвреживания по утилизации ртутьсодержащих отходов, и в частности, ртутных ламп является термическая обработка в шнековой трубчатой печи с электронагревателем, так как с точки зрения экономики, она наиболее выгодна.

 

 

Библиографический список

  1. Госкомэкополитики при Главе Донецкой Народной Республики. Доклад о состоянии окружающей среды на территории Донецкой Народной Республики. – Донецк, –  2017. – 126 с.
  2. Тимошин, В.Н. Утилизация энергосберегающих ртутьсодержащих ламп / В.Н. Тимошин, А.В. Кочуров // Экология производства. ­ – 2010. – №2.         С. 49 – 51.
  3. . [электронный ресурс]. – http://www.findpatent.ru/patent/260/2608155.html


27.12.18 23:27 | Nastya1 (участник)
Добрый вечер! Ответьте пожалуйста, при описании шнековой трубчатой печи были выявлены только ее достоинства, а имеются ли недостатки у данной печи?

Все комментарии (1)

 

Разделы конференции »

  1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
  2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
  3. Комплексное использование природных ресурсов
  4. Современные вопросы геологии
  5. Физика горных пород
  6. Новые технологии в природопользовании
  7. Применение современных информационных технологий
  8. Экономические аспекты недвижимости
  9. Мониторинг использования объектов недвижимости
  10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ

#menuinclude(1-elibraryru)