Нейтралізація застосовується для очищення стоків гальванічних, травильних та інших виробництв, де застосовуються кислоти та луги. Нейтралізація здійснюється шляхом змішування кислих стічних вод з лугами, додаванням до стічних вод реагентів (вапно, карбонати кальцію та магнію, аміак тощо) або фільтруванням через нейтралізуючі матеріали (вапно, доломіт, магнезит, крейда, вапняк тощо).

Окислення застосовується для знезараження стічних вод від токсичних домішок (мідь, цинк, сірководень, сульфіди), а також від органічних сполук. Окислювачами с хлор, озон, кисень, хлорне вапно, гіпохлорид кальцію тощо.

Розглянемо фізико-хімічні методи.

Коагуляція — процес з'єднання дрібних частинок забруднювачів в більші за допомогою коагулянтів. Для позитивно заряджених частинок коагулюючими іонами є аніони, а для негативно заряджених — катіони. Коагулянтами є вапняне молоко, солі алюмінію, заліза, магнію, цинку, сірчанокислого кальцію, вуглекислого газу тощо. Коагулююча здатність солей тривалентних металів в десятки разів вища, ніж двовалентних і в тисячу разів більша, ніж одновалентних.

Флокуляція — процес агрегації дрібних частинок забруднювачів у воді за рахунок утворення містків між ними та молекулами флокулянтів. Флокулянтами є активна кремнієва кислота, ефіри, крохмаль, целюлоза, синтетичні органічні полімери (поліакриламід, поліоксиетилен, поліакрилати, поліетиленаміни тощо) [8].

Для освітлення води одночасно використовуються коагулянти та флокулянти, наприклад, сірчанокислий алюміній та поліакриламід ППА. Коагуляція та флокуляція здійснюються у спеціальних ємностях та камерах.

При очищенні води використовується і електрокоагуляція — процес укрупнення частинок забруднювачів під дією постійного електричного струму.

Сорбція — процес поглинання забруднень твердими та рідкими сорбентами (активованим вугіллям, золою, дрібним коксом, торфом, селікагелем, активною глиною тощо). Адсорбційні властивості сорбентів залежать від структури пор, їхньої величини, розподілу за розмірами, природи утворення. Активність сорбентів характеризується кількістю забруднень, що поглинаються на одиницю їхнього об'єму або маси (кг/м³).

Пристрої для вилучення зі стічних вод або розчинів за цим методом виготовляють у вигляді фільтрів.

При адсорбції поглинання забруднювачів відбувається тільки поверхнею адсорбента за рахунок молекулярних сил двох тіл, що взаємодіють.

При хемосорбції поглинання забруднювачів сорбентом відбувається з утворенням на поверхні розподілу нового компонента або фази.

Вибір сорбента визначається характером та властивостями забруднень. Процес очищення стоків різними видами сорбентів здійснюється в спеціальних колонах, заповнених сорбентами [11].

Екстракція - вилучення зі стічних вод цінних речовин за допомогою екстрагентів, котрі повинні мати такі властивості: високу екстрагуючу здатність, селективність, малу розчинність у воді, мати густину, що відрізняється від густини води, невелику питому теплоту випаровування, малу теплоємність, бути вибухобезпечними та нетоксичними, мати невелику вартість.

Екстрагування речовин зі стічних вод здійснюється одним з методів: перехресно потоковим, ступінчасто протипотоковим, неперервно протипотоковим.

Цей спосіб використовується для вилучення зі стічних вод фенолу.

Іонний обмін базується на вилученні зі стічних вод цінних домішок хрому, цинку, міді, ПАР за рахунок обміну іонами між домішками та іонітами (іонообмінними смолами) на поверхні розподілу фаз "розчин - смола". За знаком заряду іоніти поділяються на катіоніти та аніоніти, котрі мають відповідно кислі та лужні властивості. Іоніти можуть бути природними та синтетичними. Практично застосовуються природні іоніти типу алюмосилікатів, гідроокислів та солей багатовалентних металів, іоніти з вугілля та целюлози та різноманітні синтетичні іонообмінні смоли.

Основною властивістю іонітів є їхня поминальна здатність - обмінна ємність (кількість грам-еквівалентів у стічній воді, що поглинається їм5 іоніту до повного насичення) [7].

Після механічних, хімічних та фізико-хімічних методів очищення у стічних водах можуть знаходитись різноманітні віруси та бактерії (дизентерійні бактерії, холерний вібріон, збудники черевного тифу, вірус поліомієліту, вірус гепатиту, цитпатогенний вірус, аденовірус, віруси, що викликають захворювання очей). Тому з метою запобігання захворюванням стічні води перед повторним використанням для побутових потреб підлягають біологічному очищенню.

Стерилізація води здійснюється шляхом нагрівання, хлорування, озонування, обробки ультрафіолетовими променями, біообробки, електролізу срібла, коли анодом с срібний електрод, а катодом - вугілля. Іони срібла мають бактерицидну дію. Для стерилізації 20 м³ потрібно виділити з анода 1 г срібла.

2.3 Утилізація твердих відходів

У хімічній промисловості і суміжних галузях утвориться велика кількість твердих відходів, що скорочують земельний фонд і отруюють ґрунт. Важливою умовою охорони ґрунту є суворе дотримання наукове обґрунтованих методик внесення добрив і обробки рослин ядохимикатами.

Одним із самих багатотоннажних відходів хімічної промисловості є піритний недогарок, що утвориться у виробництві сірчаної кислоти. На заводах накопичено близько 40 млн. т піритних недогарків, причому щорічно додається 7 млн. т. Недогарок складається з оксидів заліза, сульфатів і оксидів інших металів, кварцу, алюмосилікатів і неокисленого FeS₂. У недогарку утримується близько 58% Fe, до 2% Сu, невеликі кількості срібла, золота й інших цінних компонентів. Піритні недогарки можуть бути використані в цементній і скляній промисловості. Найбільш перспективна комплексна переробка недогарків з високим змістом Сu, Zn, Pb, Ag і S шляхом випалу, що хлорує, що дозволяє витягти і використовувати цінні компоненти цього відходу. Після витягу цінних металів хлорним випалюванням, недогарок являє собою сировину для одержання заліза. Як хлоруючий агента можна застосувати відходи виробництва соди - розчин хлориду кальцію. Недогарок змішують і гранулюють з цим розчином, і отримані гранули обпалюють при 1500 К. При цьому відбувається сублімація кольорових металів і утворення міцних гранул - сировина для доменного виробництва чавуна [9].

Значна кількість твердих відходів утвориться у виробництві калійних добрив із сильвініту (KCl+NaCl). На 1 т хлориду калію утвориться 1,8-2,6 т так званих галітових відходів - хлориду натрію з домішками КС1 і інших солей. Складування галітових відходів займає великі площі сільськогосподарських угідь і веде до засолення ґрунту, підвищенню вмісту мінеральних солей у підземних водах. Галітові відходи можна переробляти на поварену сіль.

У виробництві фосфорних добрив при збагаченні фосфорної сировини флотацією утворюється велика кількість хвостів збагачення - 1,7-2 т на 1 т фосфору. Комплексна переробка цих відходів необхідна з екологічної точки зору і з метою одержання кольорових і рідких металів (Al, Tі, V, Ga), а також цінних неметалічних продуктів - соди, поташу, цементу і т.д.

Інший із самих крупнотонажних відходів хімічної промисловості - це фосфогіпс, що скидається підприємствами, які виробляють фосфорну кислоту і фосфорні добрива.

Великі кількості твердих відходів скидають підприємства азотної промисловості, виробництва високополимерних матеріалів і багато інших хімічних виробництв. Відходи хімічної промисловості все в більшій ступені утилізують як вторинну сировину. Однак цілий ряд хімічних заводів, побудованих без обліку вимог екології, до переводу їх на замкнутий виробничий цикл ще тривалий час будуть нарощувати потужності і скидати вся зростаючу кількість твердих відходів. Необхідно в короткий термін цілком утилізувати відходи, доводячи їх до товарної продукції, або застосовуючи як вторинну сировину. Неутилізовані тверді відходи необхідно знешкоджувати і піддавати похованню. Орні і лісові ділянки ґрунту, зайняті раніше твердими промисловими відходами, варто піддавати рекультивації, тобто відновленню природних ландшафтів. Для збереження літосфери необхідно постійно робити рекультивацію земель навколо промислових підприємств, а також при розкритті земної поверхні з метою видобутку корисних копалин, при прокладці газо- і нафтопроводів і ін.

Існують такі методи знешкодження і поховання твердих промислових відходів: 1) біологічне окислення в умовах, що моделюють природні; 2) термічна обробка; 3) складування відходів на поверхні землі і 4) поховання особливо шкідливих відходів на ділянках, що не мають господарського значення - яри, кар'єри, шурфи, траншеї, шпари [9].

Біологічне окислення застосовується для знешкодження твердих відходів, у тому числі осадів, що утворяться в системах біологічного очищення.

Термічна обробка - найбільш надійний спосіб знешкодження й утилізації твердих відходів. Спалювання здійснюють у високотемпературних хімічних реакторах - печах, що забезпечують: 1) ретельне перемішування для розвитку поверхні контакту фаз і для прискорення зовнішньої і внутрішньої дифузії кисню з метою максимального окислювання органічної частини відходів; 2) високу температуру, достатню для повного знешкодження токсичної частини відходів. Застосовуються найчастіше барабанні і камерні печі, але також циклонні і зі зваженим (киплячим) шаром твердого металу. У барабанних печах відходи проходять кілька температурних зон - підсушування, підготовку до спалювання, запалення, горіння, догорання. У зоні підсушування застосовують димові гази з температурою 800 – 1000⁰ С. У зоні підготовки твердого матеріалу відбувається частковий відгін летучих органічних продуктів; температура смоли, що утворюється, досягає 300 С - температури запалення окремих складових відходів. Горіння твердої маси (у всіх типах печей) починається при 600^оС. Температуру в зоні горіння підтримують у межах 1100 - 1500 °С. Найбільше повно й інтенсивно відбувається спалювання в циклонних печах і печах зваженого шару завдяки енергійному перемішуванню твердого матеріалу з повітрям [9].

Досить перспективна термічна обробка твердих відходів методом піролізу; продукти піролізу можуть служити енергетичним паливом, а також сировиною для органічного синтезу. Піроліз проводять у вертикальних циліндричних печах (ретортних). Нагрівання забезпечують за допомогою електричної дуги, струмів високої частоти або застосуванням твердих теплоносіїв - розплавів солей, продуктів піролізу твердого палива (напівкокс) і ін. Піроліз ведуть при 300-900 °С в залежності від необхідного складу газоподібних продуктів. Склад газів залежить від складу відходів, що переробляються, і від вмісту кисню в зоні піролізу. Для попередження утворення сажі і токсичних продуктів у реакційну зону вводять водяну пару. Твердий залишок піролізу може бути утилізований, як наповнювач для пластичних мас і гум, як сорбент.

Тверді відходи переробляють також під високим тиском, під дією якого утворяться спресовані спечені матеріали, що може використовувати промисловість будівельних матеріалів; таким методом обробляють відходи деревини, відвали золи, відходи збагачення мінеральної сировини.

Поховання твердих промислових відходів у поверхневих сховищах - найбільш розповсюджений спосіб їх знешкодження. Такий спосіб приводить до відчуження великих ділянок землі, що могли б якісно використовуватися, і до забруднення поверхневих і підземних вод. Основний тип поверхневих сховищ - шламонакопичувачі, що будують за каскадним принципом. Шламохранилища включають чашу, береги, греблю і дренажну систему, що захищає ґрунти під спорудженням від фільтраційних деформацій і, що відводить зі сховища забруднені стоки для знешкодження [9].

Поховання промислових токсичних відходів на ділянках, що не мають господарського значення, проводять після їх стабілізації обробкою сполучними або цементуючими речовинами - рідким склом, цементними розчинами, бітумами. Отримані блоки закладають у кар'єри, шпари, шурфи й інші природні або штучні поглиблення в поверхневих шарах землі. Такий прийом застосовують для відходів, що містять сполуки ртуті, миш'яку, ціанідів, а також для слабко радіоактивних відходів.

Усі способи консервації і поховання твердих відходів аж ніяк не безпечні, ведуть до відчуження родючих земель і зв'язані зі значними витратами. Такі прийоми надалі недоцільні і повинні замінятися повною утилізацією твердих відходів, у першу чергу як вторинну сировину.

Одна з важливих екологічних проблем - видалення і використання твердих відходів великих промислових міст.

Розділ 3 Технологічна схема рекуперації відходів

Вибір шляхів удосконалювання процесів охорони навколишнього середовища в кожній виробничій системі залежить від економічної обґрунтованості технічних рішень, а також від природних особливостей конкретного регіону. Наприклад, у південних регіонах нашої країни, у яких розташоване велике число хімічних підприємств, існує гострий дефіцит водних ресурсів. У таких умовах першочерговою задачею є впровадження водооборотних циклів. Ряд старих хімічних підприємств, розташованих часто в чорті міської забудови, гостро має потребу в скороченні викидів летучих компонентів, зокрема пар розчинників. При впровадженні адсорбційної рекуперації розчинників не тільки запобігається викид в атмосферу токсичних компонентів, але і повертається значна їхня частина в основне виробництво. Таким чином, шляхи і методи поступового створення маловідхідних, а потім і безвідхідних виробництв на діючих підприємствах насамперед ґрунтуються на специфіці цих виробництв [10].

Для знову споруджуваних підприємств організація безвідхідних технологічних процесів повинна бути закладена на пошуковій і передпроектної стадії, потім конкретизована при проектуванні і реалізована в ході будівельно-монтажних робіт.

Принципова технологічна схема комбінату безвідхідного виробництва приведена на мал.2. Агресивні пило-газові, рідкі і тверді відходи промислових підприємств за допомогою спеціальних засобів їхнього забору, перемішування і переміщення нейтралізуються в підземному реакторі, сполученому із системою промислової каналізації.

Пило-газові викиди направляються в реактор за рахунок розрядження, створюваного могутньою вентиляційною установкою. У скруберах і самому реакторі гарячі пило-газові викиди проходять через що розприскується, за допомогою системи розпилення (зрошувачів), слабколужний оборотний розчин, що розчиняє в собі хімічно активні газові компоненти, а також насичує гази водяною парою й осаджує пил. Багатокомпонентна газова суміш, що виходить у реакторі, містить (у порівнянні з повітрям) знижена кількість О₂, і підвищене СО₂. Ця суміш охолоджується розчином і по плоскому наземному газоводу надходить на біологічну обробку, по шляху обігріваючи тепличне господарство. Біологічна обробка газів може бути сполучена з виробництвом біомас.

Рис. 1. Технологічна схема комбінату безвідхідного виробництва