CC BY
16
3. Мельник Л. Еколого-екож^чне обгрунтування господарських ршень з урахуванням екстернальних ефектiв / Л. Мельник, I. Дегтярьова // Економжа Укра1ни : полггико-екож^ч-ний журнал. - 2011. - № 5. - С. 75-83.
4. Онищенко А.М. Моделювання технолопчних шновацш в еколого-економiчнiй систе-Mi / А.М. Онищенко // Економжа та держава : наук.-практ. журнал. - 2011. - № 3. - С. 30-31.
5. Онищенко А.М. Двосекторна еколого-економiчна модель оптимального розвитку / А.М. Онищенко // Економжа та держава : наук.-практ. журнал. - 2011. - № 5. - С. 24-28.
6. Синякевич I. Стратепя подолання глобальних еколопчних загроз / I. Синякевич // Економжа Укра1ни : полггико-екож^чний журнал. - 2010. - № 12. - С. 69-77.
Сибирный А.В., Хомив О.В., Сибирная Р.И. Мониторинг окружающей среды в контексте предупреждения угроз экономическому развитию государства
Сформулированы основные задачи системы мониторинга окружающей среды в контексте проблем экономического развития. Установлено, что его основными направлениями должно быть изучение изменений, обусловленных деятельностью промышленных предприятий, эффектов, связанных с распространением загрязняющих веществ и антропогенных влияний.
Ключевые слова: мониторинг окружающей среды, экология, экономическое развитие, угрозы.
Sybirnyy A.V., Khomiv O.V., Sybirna R.I. Monitoring the environment in the context of economic development threats warnings
The basic task of monitoring the environment in the context of economic development. Found that its main lines should be studying changes caused by industrial activities, effects associated with the spread of pollutants and anthropogenic influences.
Keywords: environmental monitoring, environment, economic development, a threat.
УДК 658.567.1:628.474 Мол. наук. ствроб. С.Я. Хруник1; доц. О.Т. Мазурак2, канд. техн. наук; ст. викл. Н.В. Качмар2, канд. с.-г. наук
ЕКОЛОГ1ЧН1 ПРОБЛЕМИ ТЕРМ1ЧНО1 УТИЛ1ЗАЦН В1ДХОД1В
Дослщжено емгаю високотоксичних таких хлороргашчних сполук як дюксини i фурани у пов^ря шд час термiчноi утилiзацii вiдходiв, зокрема у процес виробниц-тва цементу. Представлено джерела, умови утворення дiоксиноподiбних речовин та мехашзми потенцшних способiв зниження iх викидiв.
Ключовг слова: термiчна утилiзацiя, горкга вщходи, викиди, токсичшсть, дюксини, фурани, адсорбщя.
Щор1чно в природне середовище потрапляе велика кшьюсть високотоксичних хлороргашчних сполук типу дюксишв 1 фурашв (ПХДД 1 ПХДФ) 1з джерел антропогенного характеру, як можна роздшити на три категорп: стацюнарш (терм1чш процеси, х1м1чна промисловють), дифузш (спалювання палива, пожеж1) 1 вторинш джерела (компост, осади спчних вод). Х1м1чш процеси належать до стацюнарних джерел викид1в ПХДД/ПХДФ. Спалювання палива з метою отримання тепла та енергп (топки, печ1, котлоагрегати 1 см1ттеспалювальш заводи 1з застаршим очисним обладнанням), а також ци-
1 НУ "Льв1вська псштехшка";
2 Льв1вський Нацюнальний аграрный ушверситет
гарковий дим е дифузними джерелами цих токсишв. Найчасташе ПХДД i ПХДФ е небажаними побiчними продуктами згорання хлороргашчних матерь BniB у процесах неконтрольованого спалювання побутових, медичних або не-безпечних вiдходiв. Прикладами таких процешв е горiння побутових та шших вiдходiв у природних умовах, в бочках чи контейнерах; вiдходiв на звалищах; пожежi в будiвлях, займання транспортних засобiв; люов^ лугово-пасовищнi пожежi та спалювання сiльськогосподарських вiдходiв на полях. Бшьшють дослiдникiв вважають, що основний механiзм утворення ПХДД/ПХДФ у про-цесi спалювання пов'язаний iз замiною радикалiв, циклiзацiею i ароматиза-цiею молекул до температури 600°C, конденсацiею прекурсорiв ПХДД/ПХДФ i з вшьно-радикальними реакщями, що вiдбуваються на поверхш золи-вине-сення (de novo synthesis) за температури понад 300 °С [1, 2].
Одним з недолтв спалювання вiдходiв е потенцшне утворення вики-дiв дiоксинiв i фуранiв (ПХДД i ПХДФ), як побiчних продуктiв реакцiй тро-лiзу, газифжацп та спалювання сполук, присутшх у вiдходах. Наявнiсть у складi вiдходiв карбону, хлору, гiдрогену та оксигену створюе потенцiйнi умови для утворення дюксишв i фуранiв. На появу дюксишв i фуранiв тд час спалювання вiдходiв впливають 1х певнi термодинамiчнi i фiзико-хiмiчнi властивосп. Приклад стехiометричного спалювання горючих вiдходiв наведено в рiвняннi (1):
'Ъ - 2c - f
CaHiOcNdSeCl r
► aCO2 + fHCl + | | H2O + eSO2 + | d + 3,76
(O2 + 3,76N2 )
(1)
N2
Ъ-2c-f
Викиди забруднювальних речовин, що утворюються тд час згорання вiдходiв, безпосередньо залежать вiд хiмiчного складу вiдходiв i подачi по-вiтря [3]. Неоднорщнють вiдходiв порушуе стабiльнiсть процесу згорання i, вiдповiдно, умови для утворення дюксишв та фурашв можуть змiнюватися залежно вiд складу вiдходiв та умов горiння. Отже, процес утворення дюксишв i фурашв тд час спалювання вiдходiв описуе рiвняння (2), а загальний переб^ реакцп представлено в рiвняннi (3):
C + H2 + Cl2 + O2 + N2 ^
2 2 2 2 , (2) ^ CO2 + CO + HCl + H2O + N2 + O2 + ПХДД + ПХДФ
R - Cl + O2-r, > ПХДД / ПХДФ . (3)
2 спалювання, t=200-700°C ^ v '
Найважливiшими способами видалення дюксишв залишаються фiзичнi i хiмiчнi методи розкладу, як слiд широко використовувати в смггтеспалюваль-них заводах та шших тдприемствах термiчноl оброблення/перероблення мате-рiалiв згiдно з найкращими доступними технологiями (Best Available Technology). До сучасних методiв зменшення кшькосп дiоксинiв у вiдхiдних газах термiчних процесiв належать методи селективно1 каталгтично! редукцп (SCR) i селективно1 некаталгшчно! редукцп (SNCR), що дають змогу розкладати окси-ди нiтрогену, дюксини та дiоксиноподiбнi токсичнi ароматичнi вуглеводш.
2. Екологiя довкiлля 101
Ще одним методом ефективного очищення вiд дюксишв е введення у вiдхiднi гази сум^ пилуватого кальцiю оксиду i вугiлля. Отриману вапняно-вугiльну добавку з адсорбованими ксенобютиками кiлькiстю навиь 50 мкг ТЕ/г повертають у шч або, за вiдсутностi тако! можливосп, iммобiлi-зують у бетош. Дiоксини i фурани, що утворюються пiд час охолодження ди-мових газiв, i пари ртутi необхщно видаляти з потоку вiдхiдних газiв перед !х емiсiею в атмосферу. Введення порошкоподiбного активованого вугiлля (ПАВ) також ефективно вирiшуе цю проблему. Активоване вугшля е вугле-цевим адсорбентом з високою внутршньою пористютю, i отже, великою внутрiшньою поверхнею - вщ 500 до 1500 м2/г. В активованому вугiллi роз-рiзняють макропори (0>50 нм), мезопори (0=2-50 нм) i мжропори (0<2 нм).
Введення у реакцшне середовище (шд час термiчного процесу), що мютить активоване вугшля, амiаку або iнших азо- i амшосполук дае змогу бiльш успiшно видаляти таю забруднення як сульфуру диоксид, пдрогену хлорид, ПХДД/ПХДФ (рис. 1). Розпад дюксишв вщбуваеться внаслiдок про-цесiв дехлорацп i дезоксидацп ПХДД/ПХДФ (рис. 2).
Рис. 1. Схема механизму адсорбци забруднювальних речовин на поверхт активованого вугтля (БХМ - дшксини)
Пюля поступово! дехлорацп утворюеться дибензо-р-дюксин i дибен-зофуран, який надалi може пiддаватися термiчному розпаду до простих низь-комолекулярних сполук. Цьому процесовi сприяе характерна структура i властивостi активованого вугiлля (наявнють кислотних i основних сполук на поверхш вугiлля, якi утворюються з наявносп гiдрогену, що генеруеться амь аком та iншими сполуками).
Кислотно--лужт властивостi активованого вугiлля також впливають на руйнування кисневих мютюв i утворення поодиноких бензольних кшець.
{-С-Ш-ТЧН, -С-НН
- С - N = N - И .С = М-"ы =
-С-Н=М-С- -С = Ш
Рис. 2. Схема реакци дехлораци ПХДД/ПХДФ
Наявнiсть у газах оксидiв сульфуру, як змiнюються внаслщок реакцiй адсорбцп i десорбцп, а також шших сполук, таких як кислотш оксиди, сприяе розпаду бензольних кшець до карбону диоксиду i води. Типова реакщя дес-трукцп представлена на рис. 3:
Рис. 3. Схема типовогреакци деструкци ПХДД/ПХДФ
Щд час спалювання вiдходiв у температурному дiапазонi 300-1200 °С вщбуваеться розпад органiчних речовин, утворення промiжних форм включ-но з ПХДД i ПХДФ, як не згорши. Бензольнi кiльця (СбН6) не розщеплюють-ся аж до температури 1400 °С. Ефективний i повний розпад оргашчних спо-лук вiдбуваeться в температурному дiапазонi 1200-2000 °С. Згорання вщбу-ваеться практично без утворення ПХДД i ПХДФ. У дiапазонi 2000-3000 °С вiдбуваeться дуже ефективне i повне руйнування органiчних сполук до ато-мiв карбону, пдрогену i хлору та спостерiгаeться сшвюнування молекул Cl2 i HCl. У дiапазонi 1500-3000 °С бензольнi кшьця (С6Н6) розщеплюються (через 2 с), рекомбшащя до ПХДД i ПХДФ неможлива. Вплив температури на розпад оргашчних полютанпв за рiзних термiчних способiв утилiзацil вiдходiв представлено на рис. 4.
термостаб(льна структура ПХБ збуджений стан ПХБ
Розпад, утворення прокпжних форм (включно з пхлл i ПХДФ), як1 не згорши. Кмьця СбНе не розщеплюються аж до температури 1400"с
Ефективний i повний розпад. Згорання практично без утворення ПХДД i ПХДФ. Поява Cl i HCl
300^
Дуже ефективне i повне руйнування до aTOMiB С, Н2, Cl i згорання. Ств1снування Cl
Розпад СвН6(2с!)
нормальний (N) 700°С
комплексний (С) S50°C
пбридний(Н) 950°С
Автономный см1тт£спалювальний завод
Загальний емкт ПХДД i ПХДФ у в1дх1дних газах (г/Нм1):
ГНрол1з (N) >370*10~6
ni ролi з(С) (70*120)*10~6
ГНрол1з (Н) >80*10"6
Спалювання (3{Н600)*10-6
ПХДФ>ПХДД
CTapi смптеспалювальж заводи 12*10 6
Hosi см1ттеспалювальж заводи (0,(Н-3)*10 6
Обертова випалювальна гмч <0,1*10"9
Рис. 4. Вплив температури на розпад оргашчних забруднень за рнних термiчних способов утилiзащl вiдходiв
К^м спалювання вiдходiв у смггтеспалювальних установках, вщходи спiвспалюють в обертових випалювальних печах. У деяких кра1нах така практика дуже поширена (Бельпя, Швейцарiя), в iнших - знаходить гострий
2. Еколопя довкiлля
103
спротив. Багато теспв показують, що значення показника ефективносп руйнування i вилучення оргашчних сполук DRE (Destruction and Removal Efficiency) для обертових випалювальних печей е досить високим i становить 99,99-99,9999 %, що визначае вагомий рiвень довiри до термiчноi утилiзацii горючих вiдходiв у цих установках [4, 5]. Технолопя виробництва портлан-дцементного клiнкеру передбачае роботу обертовоi випалювальноi печi в температурному дiапазонi 1500-1800 °С у зош спiкання клiнкеру, тривалiсть перебування газiв у цiй зонi 2-5 с. Це температурний дiапазон повного руйнування ПХДД i ПхДф.
Енергетичне використання вiдходiв як в цементних печах, так i в смптеспалювальних установках повинно вiдповiдати основним положенням мiжнародних екологiчних угод (Базельськоi i Стокгольмськоi конвенцiй то-що) та чинному законодавству в галузi охорони довкшля. Термiчнi методи утилiзацii слщ розцiнювати як iнтегровану частину сучасного управлшня вщ-ходами, оскiльки це забезпечуе екологiчнi пiдстави для рацюнального управ-лiння ними.
Л1тература
1. Brzuzy L.P. Global mass balance for polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans from soils / L.P. Brzuzy, R.A. Hites // Environ. Sci. Technol. - 1996. - Vol. 30 (6). - Pp. 1797-1804.
2. Саницький М.А. Еколопчш аспекти спалювання вторинних паливних матер1ал1в у цементних печах / М.А. Саницький, С.Я. Хруник, О.Т. Мазурак, 1.1. Юракевич // Вюник Нащ-онального ушверситету "Льв1вська полггехнжа". - Сер.: Теор1я i практика буд1вництва. -Льв1в : Вид-во НУ "Льв1вська полггехнжа". - 2007. - № 602. - С. 160-165.
3. Moreno-Pirajan J.C. Evaluation of the dioxin and furan formation thermodynamics in combustion processes of urban solid wastes / J.C. Moreno-Pirajan, C.A. Garcia-Ubaque, R. Fajardo, L. Giraldo, K. Sapag // Sao Paulo: Ecl. Quim. - 2007. - Vol. 32 (1). - Pp. 15-18.
4. Rajniak I. Operating conditions of combustion system and concentration of PCDD and PCDF in the flue gases / I. Rajniak, P. Dilara // Proc. Of the JRC Workshop on the "Determination of dioxins in industrial emissions". - Brno, 2002. - Pp. 15-33.
5. Grochowalski A. Nowoczesne metody termiczne jako jedyny, skuteczny sposob utylizacji odpadow niebiezpiecznych w tym weterynaryjnych i szpitalnych // VI Konf. Nauk. "Dioksyny w przemysle i srodowisku" (Krakow - Tomaszowice 26-27.09.2002). - Krakow : Wydawnictwo Nau-kowe Politechniki Krakowskiej. - 2002. - S. 1-13.
Хрунык С.Я., Мазурак О. Т., Качмар Н.В. Экологические проблемы термической утилизации отходов
Исследована эмиссия в воздух высокотоксичных хлорорганических соединений типа диоксинов и фуранов при термической утилизации отходов, в частности при производстве цемента. Показаны источники, условия образования диоксинопо-добных соединений и механизмы потенциальных способов снижения их выбросов.
Ключевые слова: термическая утилизация, горючие отходы, выбросы, токсичность, диоксины, фураны, адсорбция.
Khrunyk S.Yа., Маzurак О. Т., Каchmar N.V. Environmental problems of the thermal utilization of wastes
The high toxic polychlorinated dioxins and furans air emissions from thermal utilization of wastes, in particular from cement production process, were investigated. It was shown the sources, formation conditions and mechanisms of dioxin-likes compounds release potential ways of decreasing.
Keywords: thermal utilization, combustible wastes, emission, toxicity, dioxins, fu-rans, adsorption.
