Реферат: Химические особенности дымовых газов, образующихся при утилизации жидких и газообразных отходов предприятия химической промышленности

Полная исследовательская публикация __________________________ Калайда М.Л. и Желонкин А.А.

50 ______________ http://butlerov.com/ _____________ ©--Butlerov Communications. 2014. Vol.40. No.12. P.50-54.

Полная исследовательская публикация Тематический раздел: Физико-химические исследования.

Регистрационный код публикации: 14-40-12-50 Подраздел: Аналитическая химия.

50 __________ ©--Бутлеровские сообщения. 2014. Т.40. №12. ________ г. Казань. Республика Татарстан. Россия.

Химические особенности дымовых газов, образующихся при утилизации жидких и газообразных отходов предприятия химической промышленности

Аннотация

Приводятся результаты исследования химических особенностей дымовых газов цеха переработки и утилизации жидких и газообразных отходов. В химическом составе при сжигании жидких и газообразных отходов в дымовых газах выявлены формальдегид, ацетальдегид, метан, фенол, оксиды азота и углерода, диоксид азота. Состав дымовых газов определяется условиями среды их образования и особенностями технологических процессов. Показано, что при сжигании жидких и газообразных отходов концентрации загрязняющих веществ в дымовых газах не превышали предельно допустимые концентрации.

Введение

Атмосферный воздух является одним из основных жизненно важных элементов окружающей природной среды. Высокие темпы развития производства, рост городов, расширяющееся использование атмосферы и возрастающие масштабы воздействия человека на окружающую природную среду требуют повышения внимания к охране атмосферного воздуха.

В настоящее время в биосфере постоянно находится более одного миллиона различных химических соединений антропогенного происхождения, и число их непрерывно растёт. В мире ежегодно синтезируется почти полмиллиона новых химических веществ, многие из которых становятся потенциальными загрязнителями атмосферы [1, 2]. С каждым годом все больше внимания уделяется отходам, образующимся в результате деятельности промышленных предприятий. Во-первых, это обусловлено необходимостью оценки их степени опасности для окружающей среды и здоровью человека. Во-вторых, поиском возможных путей их использования в качестве потенциального вторичного сырья. Термический метод обезвреживания позволяет сжигать вредные химические вещества. Он является универсальным, надежным и эффективным по сравнению с другими методами, во многих случаях он является единственно возможным способом обезвреживания промышленных отходов. Важной частью процесса сжигания отходов является, необходимость постоянного контроля загрязняющих веществ выбрасываемых в атмосферу с отходящими газами. Среди разнообразных техногенных отходов предприятий нефтехимического комплекса выбросы в атмосферу дымовых газов занимают одно из первых мест по объемам.

Анализ динамики валовых выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников в атмосферный воздух в последнее десятилетие выявил, что основное воздействие на окружающую среду оказывают топливная, химическая отрасли и теплоэнергетический комплекс, на долю которых приходится 82.5% массы выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников. По сравнению с 2012 г. снижение валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников произошло в теплоэнергетическом комплексе - на 1.91%, химической отрасли - на 1.19%, транспортной - 0.06%, машиностроении - на 0.39%, строительной отрасли - на 0.08%, пищевой - на 0.14%, сельском хозяйстве - на 0.20% и легкой промышленности - на 0.01%. Рост валовых выбросов загрязняющих ве-ществ в атмосферный воздух от стационарных источников отмечен в топливной отрасли - на 3.09%, лесной и деревообрабатывающей - на 0.10%, ЖКХ - на 0.13%, прочих отраслях - на 0.66% [2]. дымовой утилизация газообразный отходы

Уровень загрязнения атмосферы в г. Казань в 2013 г. характеризовался как «высокий». Среднегодовые концентрации превышали ПДК по 2 загрязняющим веществам: по бенз(а)пи-рену - в 1.9 раз и формальдегиду - в 2.0 раза. Средняя за год концентрация диоксида азота составила 1.0 ПДК. В течение 2013 г. в Казани было зафиксировано 380 случаев превышения ПДКм.р: по взвешенным веществам - 22 превышения (максимальная из разовых концент-раций составила 2 ПДКм.р.); по диоксиду азота - 81 превышение (2.45 ПДКм.р.); по сероводо-роду - 7 превышений (2.5 ПДКм.р.); по аммиаку - 50 превышений (2.25 ПДКм.р.); по формаль-дегиду - 171 превышение (5.43 ПДКм.р.); по ксилолу - 7 превышений (4.5 ПДКм.р.); по этил-бензолу - 12 превышений (6.5 ПДКм.р.); по хлорбензолу - 30 превышений (3.9 ПДКм.р.) [2].

На территории г. Казани одним из предприятий нефтехимического комплекса, образую-щее большое количество отходов является ОАО Казаньоргсинтез. На предприятии сущест-вует цех по переработки и утилизации жидких и газообразных отходов, который перерабаты-вает около отходов 7304 тонн в год при фактической работе 8415 часов в год. Отходы, пос-тупающие в цех в соответствии с физико-химическими свойствами, составом условно разде-лены на группы.

Для уничтожения солесодержащих сточных вод, принят метод термического обезврежи-вания в циклонной топке, заключающийся в высокотемпературном окислении органических составляющих отходов кислородом воздуха при температуре до 1000 єC, с последующей очисткой дымовых газов от минеральных солей [3-6].

Дымовые газы, содержащие пары воды и пыль, из сушилки поступают на сухую очистку в систему сухих циклонов. Предварительно очищенные от уносимой пыли дымовые газы центробежным вентиляторов направляются в циклон с водяной пленкой, где окончательно очищаются и выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу [7, 8, 19, 24].

Табл. 1. Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников в Республике Татарстан по отраслям экономики, тыс. т.

В табл. 1 представлена динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воз-дух от различных стационарных источников в Республике Татарстан по отраслям экономики, тыс. т. по данным литературы [2, 20, 21].

Экспериментальная часть

Материалом для данной работы послужили пробы дымовых газов, отобранные из секции дымовой трубы циклонной топки. Исследование дымовых газов на содержание химических элементов проводилось по пробам, отобранным в сентябре 2014 года. Подготовка материала проводились по ГОСТ 8.536, ГОСТ Р ИСО 5725 [6, 7]. Исследование содержания концентрации вредных веществ проводились фотоколориметрическим и хроматографическим методами анализа [9]. Статистическую обработку результатов исследований проводили с использованием компьютерных программ Microsoft Excel и Statistica 6.0 [8].

Результаты и их обсуждение

Хроматографические газоанализаторы наиболее широко используют для анализа смесей газообразных углеводородов. Хроматография на бумаге с успехом применима для разделения очень близких по химическим свойствам компонентов, определение которых обычными химическими методами затруднительно. Особым видом распределительной хроматографии является газожидкостная хроматография, широко применяемая в последнее время в различ-ных областях науки и промышленности. Ее используют для разделения (рис. 1) газов и паров жидкостей [9, 10, 24].

Диоксид азота - сильнейший канцероген, даже малое его содержание в атмосфере может вызвать необратимые изменения в живых орга-низмах (мутации). Он (вместе с оксидом азота, который в него окисляется) непрерывно обра-зуется в природе в грозовых разрядах и верх-них слоях атмосферы. Но там его получается очень мало и большого вреда это не наносит. Гораздо проблематичнее его образование в техногенных процессах - в двигателях, при химическом производстве [11, 12].

Фенол по степени воздействия на организм относится к высокоопасным веществам [13].

Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны - 0.3 мг/м³. Мак-симально разовая ПДК в атмосферном воздухе населенных мест - 0.01 мг/м³, среднесуточная - 0.003 мг/м³. ПДК в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водо-пользования - 0.001 мг/дм³. Запах фенола - сильный и сладковатый - начинает ощущаться, если концентрация фенола в воздухе превышает 0.04 ppm (0.000004%). При термическом методе обезвреживания отходов, проходящем при температурах до 1000 єC, сгорают все вредные химические вещества. Метод сжигания является наиболее универсальным, надежным и эффективным по сравнению с другими [11, 19, 20]. В исследованных дымовых газах кон-центрация фенола не превышала нормативные значения (табл. 2). Важной частью процесса сжигания отходов является, необходимость постоянного контроля загрязняющих веществ выбрасываемых в атмосферу отходящими газами.

Табл. 2. Результаты измерения веществ в отобранных пробах дымовых газах

При превышении ПДК возможны отравление, раздражение слизистых оболочек и ожог кожи. Острые отравления фенолом происходят главным образом при попадании его на кожу. При общем отравлении наблюдается повышение температуры, нарушение функций нервной системы и дыхания. При хроническом отравлении - раздражение дыхательных путей, рас-стройство пищеварения, тошнота, слабость, кожный зуд, конъюнктивит. Фенол кумулятив-ными свойствами не обладает [11, 13].

Для анализа следовых количеств фенолов разрабатываются различные способы их кон-центрирования из объектов окружающей среды [14].

Формальдегид используют в органическом синтезе, в производстве синтетических смол и пластмасс, для синтеза многих лекарственных веществ и красителей, для дубления кож, как дезинфицирующее, антисептическое и дезодорирующее средство. Формальдегид токсичен, вызывает дегенеративные процессы в паренхиматозных органах. Концентрация формальде-гида в дымовых газах при утилизации жидких и газообразных отходов составила 0.7 мг/м³ (табл. 2). Сильное действие на нервную систему, по-видимому, связано с наличием примесей метанола в техническом формальдегиде или превращением формальдегида в организме в метанол и муравьиную кислоту. В то же время считается, что формальдегид быстро окис-ляется в организме до CO₂ (на 70-80%) [11, 15, 16].

Оксид углерода - получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 250 млн.т [17]. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта. Контроль концентрации оксида углерода имеет особую значимость. В анализируе-мых дымовых газах его концентрация составила 1.33 мг/м³ (табл.2). Особенностью этого газа является то, что он бесцветен и не имеет запаха, воздействует на нервную и сердечно-сосудистую систему, вызывает удушье [18].

Фотоколориметрический метод анализа [9, 10, 15] основан на измерении интенсивности света, прошедшего через окрашенный раствор. Это измерение проводят с помощью спе-циальных оптических приборов-фотоколориметров. Часть светового потока, проходя через раствор, поглощается; прошедший через раствор световой поток, попадая на фотоэлемент, вызывает в нем электрический ток (фототек), сила которого измеряется гальванометром. Сила тока прямо пропорциональна интенсивности падающего на фотоэлемент света. Фотоколо-риметрические газоанализаторы, основанные на изменении цвета определённых веществ при их реакции с анализируемым компонентом газовой смеси, применяют главным образом для измерения микроконцентраций токсичных примесей в газовых смесях [18, 21].