Система для знешкодження токсичних речовин

Корисна модель відноситься до екологічно безпечної техніки для переробки токсичних хімічних речовин, зокрема до фізико-хімічних систем, і може бути використана для знешкодження побутових і промислових відходів, а так само для знищення речовин, які представляють небезпеку для екології й людини. Відомо, що однією з актуальних екологічних проблем є запобігання небезпеки забруднення навколишнього середовища й нанесення шкоди здоров'ю людини, що містять у собі місця зберігання непридатних і заборонених до застосування хімічних засобів, таких, як пестициди, лікарські препарати й ін. Проблема ускладнена тривалим зберіганням накопичених небезпечних відходів, при якому відбувається зміна їхніх властивостей, руйнування, вимивання й вивітрювання під дією природних факторів, внаслідок чого небезпечні відходи й продукти їхнього розпаду попадають у навколишнє середовище і являють собою складну і важко поділювану суміш шкідливих речовин. Відомі спосіб і пристрій для руйнування відходів за допомогою плазмової технології, у якому пристрій являє собою систему, що містить плазмовий генератор, пов'язаний із плазмовим реактором, який системою трубопроводів з'єднаний з теплообмінниками й газоочисною апаратурами [див. опис до патенту США №4438706, М.кл. F23G 7/04, опубл. 27.03.84]. Пристрій включає також теплообмінники для попереднього нагрівання органічного матеріалу й повітря, які вводять у полум'яний реактор, два апарати для промивання газу. Пристрій забезпечує 100% руйнування розчинних органічних забруднень. Однак, функціональні можливості такого пристрою обмежені, оскільки, як правило, відходи промислові, побутові та інші містять не тільки розчинні забруднення, але й тверді складові. Відома також система для знешкодження газоподібних і рідких галогеноорганічних речовин й утримуючих їх відходів. Система містить нагрівач знешкоджуваних речовин і пароперегрівник, які з'єднані з вихровим змішувачем, реактор, що має плазмотрон, вхідну частину й вузол загартування й нейтралізації, сепаратор, теплообмінник і циклотрон - краплевіддільник, у яких відбувається остаточне відділення рідини й газу і їхнє подальше охолодження, адсорбер доочищення й приймальну ємність для рідини, центрифугу, ємності для лугу й додаткову ємність для остаточної обробки розчину [див. опис до патенту РФ №2224178, М. кл. F23G 7/00, опубл. 20.02.04]. Описана вище система була запропонована для використання при проектуванні й будівництві промислової плазмохімічної установки, призначеної для знищення відходів заводу з виробництва політетрафторетилену. Дослідно-промислова перевірка показала надійність, ефективність й екологічну безпеку знешкодження зазначених відходів. Однак система припускає значне енергоспоживання у зв'язку з необхідністю нагрівання відходів, підготовки пари, його перегріву й т.п. Крім того, система не забезпечує повної утилізації твердих залишків, які втримуються у відходах, що обмежує її можливості для використання при знешкодженні складних составів токсичних речовин. Відома також EnvirOzone Technologies Прогресивна Біохімічна Система Моделі ЕОТ-АОХ-1000, установлена на прогресивному біохімічному заводі, що включає генератор озону, інжектор озону Mazzei зі специфічним співвідношенням газ/рідина, герметичну фіксацію, видалення отриманого газу й ультрафіолетове опромінення. Відповідно до виробництва, ця система виконує мікробіологічну дезінфекцію й біохімічне очищення органічних складових, що втримуються в побутових відходах і промислових вторинних стічних водах при швидкості потоку до 1000 галонів у хвилину. Процес знешкодження згаданих відходів розкритий у патенті США №5180499, структура системи розкрита в патенті США №5308480 і є основою відомої системи для видалення твердих, хімічних і бактеріологічних відходів із заражених водяних розчинів. Система забезпечує чотири стадії процесу знешкодження й включає генератор озону, інжектор озону й змішувач, контактну камеру й ультрафіолетовий випромінювач [Evaluation of EnvirOzone Technologies, Inc. Advanced Oxidation System Model EOT-AOX 1000. California Enviromental Protection Agency. Enviromental Technology Certification Program, January, 2001]. Процес генерації озону використовує три Ozonia Ozart Ozone Generators Type CF-5, кожний з яких здатний робити 85 фунтів у день озону при концентрації 6 вага. %. Процес інжекції озону й змішування використовує GDT патентований процес, при якому подвійні трубки Mazzei типу озонових інжекторів впорскують озон з генератора озону й змішують із потоком стічної води. Інжектори використовують вакуум, що виникає в інжекторах типу вентурі для того, щоб впорскувати озоновий газ у потік стічної води. Оскільки тиск збільшує розчинність озону, система включає насос, що використовується для підвищення тиску. У спеціальних резервуарах озон дисоціює або перетворюється у воду, яку направляють на центрифугу для відділення твердих часток. Ультрафіолетову обробку забезпечують двома типами УФ пристроїв: пристрою низького тиску й середнього тиску. Кожен пристрій виконаний для максимального потіку 500г/хв. Пристрої низького тиску складаються із двох блоків ламп, з'єднаних у серію, кожна містить 20 ламп, Пристрій середнього тиску складається з одного блоку з 4-х ламп. Лампи в обох системах ізольовані від прямого контакту з водою кварцовими ізолюючими трубками, а система середнього тиску обладнана двірниками, які автоматично чистять кварцові трубки, підвищуючи ефективність УФ опромінення. Система дозволяє досягти високого рівня очищення стічних вод, однак також не включає утилізацію твердих складових стічних побутових і промислових вод, що обмежує її функціональні можливості, зокрема, не дозволяє використати для знезаражування токсичних речовин. Найбільш близькою по призначенню, технічній сутності й результату, що досягають, при використанні до рішення, що заявляють, є установка для обробки рідин, які містять токсичні речовини, що важко розкладають, що включає пристрій для введення газу, що утримує озон, в потік підлягаючій обробці рідини, пристрій для УФопромінювання оброблюваної рідини, припливну магістраль для підведення підлягаючій обробці рідини, магістраль для відводу обробленої рідини, [див. опис до патенту РФ №2041171, М. кл. C02F1/78, 1/32, опубл. 09.08.1995p.]. Пристрій для УФ-опромінювання підключено до пристрою для введення газу, що утримує озон, а реакційна ємність розташована між ними. Установка забезпечує ефективний комбінований вплив за допомогою озону й Уф-опромінювання, що приводить до окислювання речовин, що розщеплюються важко. При цьому можлива навіть мінералізація продуктів розщеплення, якщо використані досить високі дози озону й опромінення. Установка забезпечує також багаторазову циркуляцію оброблюваної рідини в контурі до одержання прийнятного рівня знешкодження. Однак відсутність можливості знешкодження складних твердих сумішей обмежує функціональні можливості установки. Тому метою пропонованого технічного рішення є розширення функціональних можливостей пристрою для знешкодження складних токсичних і речовин, що важко розщеплюються. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення системи для знешкодження токсичних речовин. Внаслідок того, що в систему додатково включений блок попередньої підготовки токсичної сировини, осушувач осадів, з'єднаний з фільтрувальними установками, блок для електрофізичної обробки, електрохімічний реакторокислювач, джерело каталізаторів і плазмохімічний реактор, забезпечується технічний ефект, що полягає в комплексному впливі на фізичні, фізико-хімічні й хімічні зв'язки токсичних речовин, який підсилюється при застосуванні каталізаторів. За рахунок цього технічного ефекту досягають майже 100% утилізацію токсичної складової. Поставлена задача вирішується тим, що у відому систему для обробки рідин, які містять токсичні речовини, що важко розщеплюються, яка включає пристрій для введення газу, що утримає озон, в потік підлягаючій обробці рідини, пристрій для УФ-опромінювання оброблюваної рідини, припливну магістраль для підведення підлягаючій обробці рідини, магістраль для відведення обробленої рідини, відповідно до корисної моделі, додатково уведений блок попередньої підготовки токсичної сировини, осушувач осадів, з'єднаний з фільтрувальними установками, блок для електрофізичної обробки, електрохімічний реактор-окислювач, джерело каталізаторів і плазмохімічний реактор. Відповідно до корисної моделі, блок попередньої підготовки токсичної сировини включає сепаратор, подрібнювач й ємність для розчинення вихідної сировини. Відповідно до корисної моделі, ємність для розчинення оснащена охолоджувачем. Відповідно до корисної моделі, блок для електрофізичної обробки встановлений між озонатором й ультрафіолетовим реактором. Відповідно до корисної моделі, джерело каталізаторів виконане з можливістю з'єднання із блоком для електрофізичної обробки, ультрафіолетовим реактором й електрохімічним реактором-окислювачем. Відповідно до корисної моделі, плазмохімічний реактор установлений після осушувача осадів. Відомі численні [див. Тези доповідей 11 Міжнародної конференції «Співробітництводля рішення проблеми відходів», 9-10 лютого 2005p., м. Харків. - X.: ИД «ИНЖЭК», 2005. - 392;, патент США №5308480, 4332687, 4029578, 4353717, 3945918, 4029578] розробки, спрямовані на рішення проблеми знищення токсичних речовин, знешкодження стічних побутових і промислових відходів. Однак огляд цієї інформації показує, що жодне з відомих окремо, ні в сукупності не можуть мати досить широкі функціональні можливості для використання при знешкодженні небезпечних відходів, накопичених протягом тривалого часу. Пропоноване технічне рішення принципово відрізняється від відомих тим, що забезпечує, як відзначене вище, комплексний вплив на фізичні, фізико-хімічні й хімічні зв'язки токсичних речовин, що підсилює ефективність каталізаторів. За рахунок цього технічного ефекту досягають майже 100% утилізацію токсичної складової, а отриманий на виході із системи синтез-газ забезпечує енергетичну самодостатність системи. Пропоноване технічне рішення промислово застосовне, оскільки може бути виготовлене й виготовляється в умовах сучасного промислового виробництва. На Фіг. представлена схема системи для знешкодження токсичних речовин. Система для знешкодження токсичних речовин містить блок 1 обробки озоно-повітряної (озоно-кисневої) суміші, блок 2 електрофізичної обробки, ультрафіолетовий реактор 3, електрохімічний реактор-окислювач 4 і плазмохімічний реактор 5. Система включає блок попередньої підготовки токсичної сировини, що складається із сепаратора 6, подрібнювача 7 і розчинника 8. Система також включає блок каталізаторів 9, фільтрувальні установки 10 й 11, охолоджувач 12 й осушувач 13. Система для обробки рідин, що містять токсичні речовини, що важко розщеплюються, має магістраль 14 для уведення води або іншої рідини, магістраль 15 для відведення обробленої рідини й магістралі, що з'єднують складову систему пристроїв в тій або іншій послідовності. Наприклад, обидві магістралі 14 й 15 з'єднані із блоком попередньої підготовки сировини, що включає сепаратор 6, подрібнювач 7 й ємність для розчинення 8. Ємність 8 містить кавітатор і з'єднана з першою фільтрувальною установкою 10 системи. Блок 1 обробки озоно-повітряною (озоно-кисневою) сумішшю містить генератор озону, інжектор озону, озоно-кисневий змішувач і контактну камеру (на Фіг. не показані), включений у магістраль безпосередньо після першої фільтрувальної установки 10. Для зниження температури рідини на вході в блок 1 обробки озоно-повітряною (озоно-кисневою) сумішшю передбачений охолоджувач 12. Далі сполучна магістраль поєднує послідовно встановлені блок 2 для електрофізичної обробки, ультрафіолетовий реактор 3 й електрохімічної реактор-окислювач 4, які виконані з можливістю їхнього з'єднання із блоком 9 каталізаторів. Крім того, ультрафіолетовий реактор 3 й електрохімічний реактор-окислювач 4 виконані з можливістю їхнього з'єднання із блоком 2 для електрофізичної обробки, що дозволяє залежно від складу сировини включати реактори в тій або іншій послідовності. Після реактора 4 перед початком магістралі 15 для відведення обробленої рідини встановлена друга фільтрувальна установка 11. Обидві фільтрувальні установки 10 й 11 з'єднані з осушувачем 13 осадів, які після висушування спалюють у плазмохімічному реакторі 5. Система працює в такий спосіб. Вихідний продукт - токсичні відходи у твердій або рідкій фазі подають у сепаратор 6, де відбувається їхнє попереднє сортування й мийка (при необхідності). Великі тверді складові відходів (будівельне й виробниче сміття), відділені від більше дрібних фракцій, надходять на мийку, де відбувається їхнє відмивання від токсичних речовин. У ємність 8 для розчинення надходить суміш в основному розчинних токсичних й інших речовин, що перебувають у твердій фазі, і по магістралі 14 стічна або інша вода. Для інтенсифікації процесу розчинення передбачена обробка суміші твердої й рідкої фракції за допомогою кавітатора. Розчинені токсичні речовини надходять на фільтрувальну установку 10, де відбувається відділення рідини, насиченої токсичними речовинами, і утворення нерозчинного осаду. Охолоджувач 12 знижує температуру розчину рідких токсичних речовин перед їхнім надходженням в озонатор 1, де виробляється їхнє окислювання озоно-повітряною (озоно-кисневою) сумішшю. Для інтенсифікації процесу фотохімічної деструкції оброблена озоном рідина піддається електрофізичному впливу в блоці 2 для електрофізичної обробки. Оброблена озоном рідина надходить в ультрафіолетовий реактор 3, де відбувається її обробка ультрафіолетовим випромінюванням. Оброблена в такий спосіб рідина надходить в електрохімічний реактор-окислювач 4, де відбувається її електрохімічне окислювання. Процеси, що відбуваються в кожному з реакторів 1-4, можуть бути прискорені за допомогою каталізаторів, які надходять із блоку 9 каталізаторів. Детоксинована комплексним впливом рідина надходить у фільтраційну установку 11, де відбувається її адсорбційне очищення. Очищена малотоксична рідина по магістралі 15 для відведення рідини надходить у ємність 8 для розчинення, де її знову використовують у замкнутому технологічному процесі. Залежно від фізико-хімічних властивостей оброблюваних речовин обробка токсичного розчину відбувається в циклічному режимі в різній черговості. Осад з фільтрувальних установок 10 й 11 надходить в осушувач осадів 13, де відбувається їхнє зневоднювання, і далі - у плазмохімічний реактор 5, де відбувається їхнє високотемпературне спалювання, у результаті чого утвориться синтез-газ. Отриманий синтез газ забезпечує енергетичну самодостатність системи. Приклад 1. Як вихідний продукт використовували суміш препарату Прометрин з піском і залишками штукатурки. Суміш завантажували в подрібнювач, де її дробили до крупності 0,5-2мм і направляли в пристрій 6 для розчинення у водному середовищі. Після деякої витримки в пристрої для розчинення отриманий токсичний розчин направляли на фільтрувальну установку 10, де відбувалося відділення рідини, насиченої токсичними речовинами, і утворення нерозчинного осаду. Температура розчину рідких токсичних речовин була знижена в охолоджувачі 12 перед їхнім надходженням в озонатор 1, де робили їхнє окислювання озоно-повітряної (озонокисневої) сумішшю. Оброблену озоном рідину послідовно пропустили через блок 2 для електрофізичної обробки, ультрафіолетовий реактор 3 й електрохімічний реактор-окислювач 4. Детоксиновану комплексним впливом рідину направили у фільтраційну установку 11, де завершили її обробку шляхом адсорбційного очищення. Очищена малотоксична рідина знову була використана в замкнутому технологічному процесі. Осад з фільтрувальних установок 10 й 11 направили в осушувач осадів 13 для підготовки до спалювання в плазмохімічному реакторі 5. У результаті обробки ефективність детоксикації вихідної токсичної речовини склала 94-97%. Приклад 2. Як вихідний продукт використаний суміш препарату Рогор БИ-58 з піском і залишками штукатурки. Обробка відбувалася за схемою, наведеною в прикладі 1. У результаті обробки ефективність детоксикації вихідної токсичної речовини склала 97-98%. Як видно з опису системи і її роботи, вона дозволяє знешкоджувати такі токсичні речовини, як Прометрин і Рогор БИ-58, тобто має більше широкі функціональні можливості, ніж вище наведені аналоги. Продуктивність комплексу становить 30-50кг/час залежно від типу вихідного продукту.