Fareavfallsbehandling (HWT): Teknologier, fysiske og kjemiske behandlingsmetoder

Fareavfallsbehandling (HWT): Teknologier, fysiske og kjemiske behandlingsmetoder!

Fareavfallsbehandlingsteknologier:

Selv med etter kraftig reduksjonsprogram for farlig avfall vil det fortsatt være store mengder farlig avfall som vil kreve behandling og avhending.

Behandlingsteknologiene er kategorisert som fysisk, kjemisk, biologisk, termisk eller stabilisering / fiksering.

Fysiske behandlingsprosesser inkluderer gravitasjonsseparasjon, fasevekslingssystemer, for eksempel luft- og dampstripping av flyktige stoffer fra flytende avfall, og forskjellige filtreringsoperasjoner, inkludert karbonadsorpsjon.

Kjemisk behandling forvandler avfall til mindre farlige stoffer ved bruk av slike teknikker som pH-nøytralisering, oksidasjon eller reduksjon og utfelling. Biologisk behandling bruker mikroorganismer til å nedbryte organiske forbindelser i avfallsstrømmen.

Termiske ødeleggelsesprosesser inkluderer forbrenning, som i økende grad blir et foretrukket alternativ for behandling av farlig avfall, og pyrolyse, som er den kjemiske dekomponering av avfall, oppstår ved oppvarming av materialet i fravær av oksygen.

Stabiliseringsteknikker involverer fjerning av overskudd av vann fra avfall og størkning av resten enten ved å blande det med et stabiliseringsmiddel som Portland sement eller forglasse det til en glassaktig substans.

De fleste behandlingstiltak har både fysiske og kjemiske aspekter. Den riktige behandlingsteknologien for farlig avfall er avhengig av avfallets natur. Den type fysisk behandling som skal påføres avfall, avhenger sterkt av de fysiske egenskapene til materialet som behandles, inkludert tilstanden av stoffet, oppløseligheten i vann og organiske løsningsmidler, tetthet, volatilitet, kokepunkt og smeltepunkt.

Fysiske behandlingsmetoder:

Ulike fysiske behandlingsmetoder vedtatt i industrien er: adsorpsjon, harpiksadsorpsjon, sedimentering, elektrodialyse, omvendt osmose, løsningsmiddelekstraksjon, destillasjon, fordampning og filtrering.

adsorpsjon:

Adsorbsjon på aktivert karbon oppstår når et molekyl bringes opp til overflaten og holdes der av fysiske og / eller kjemiske krefter. Denne prosessen er reversibel, slik at aktivert karbon regenereres og gjenbrukes ved riktig påføring av varme og damp eller løsningsmiddel.

Faktorene som angår adsorpsjonskapasitet er:

en. Større overflateareal gir større adsorpsjonskapasitet [f.eks .: Aktivt karbon har stort overflateareal (500-1500 m ² / g)]

b. Adsorptiviteten øker ettersom oppløseligheten av løsemiddelet (i løsemiddel) reduseres. For hydrokarboner øker adsorpsjonen med molekylvekt

c. For oppløsninger med ioniserbare grupper oppnås maksimal adsorpsjon ved en pH som tilsvarer minimal ionisering.

d. Adsorbsjonskapasiteten minker med økende temperatur.

Et ytterligere punkt som skal bemerkes er at biologisk aktivitet vanligvis foregår i en karbonbunn. Hvis konsentrasjonen av den adsorberte arten er høy nok og materialet er bionedbrytbart og ikke giftig for bakteriene, kan biologisk aktivitet øke den effektive fjerningskapasiteten betydelig. Fjerning gjennom adsorpsjon med aktivert karbon har blitt anvendt på ikke-vandig avfallsstrøm, slik som petroleumsfraksjon, sirup, vegetabilske oljer og farmasøytiske preparater. Fargelegging er det vanligste målet i slike tilfeller. Gjeldende avfallsbehandlingsapplikasjoner er begrenset til vandige løsninger.

Resin adsorption:

Avfallsbehandling av harpiks innebærer to grunnleggende trinn:

1. Kontakt væskestrømmen med harpiks og la harpiksen absorbere oppløsninger fra løsningen; og

2. Etterfølgende regenerere harpikser ved å fjerne de adsorberte kjemikaliene, ved ganske enkelt å vaske med riktig løsningsmiddel.

Adsorbsjonen av et ikke-polart molekyl på en hydrofob harpiks (f.eks. Styren-divinyl-benzenbasert harpiks) resulterer primært av effekten av Vander Waals krefter. I andre tilfeller er annen type interaksjoner som dipol-dipolinteraksjon og hydrogenbinding viktig. I noen tilfeller kan ionbyttermekanisme være involvert. For fjerning av organisk fargestoff fra vann ble det anvendt to forskjellige harpikser: I dette tilfellet blir avfallsstrømmen først i kontakt med et normalt polymert adsorbent og deretter med en ionbytterharpiks.

sedimentasjon:

Sedimentasjon er en fysisk prosess hvorved partikler suspendert i en væske setter seg ved hjelp av tyngdekraften.

De grunnleggende elementene i de fleste sedimenteringsprosesser er:

en. Et basseng eller en beholder av tilstrekkelig størrelse for å opprettholde væsken som skal behandles i en relativt hvilende tilstand i en spesifisert tidsperiode

b. Et middel for å lede væsken som skal behandles i ovennevnte bassenget på en måte som bidrar til oppgjør.

c. Et middel for fysisk fjerning av sedimenterte partikler fra væsken.

Sedimentasjon kan enten være en sats eller en kontinuerlig prosess. Kontinuerlige prosesser er langt den vanligste, spesielt når store mengder væske skal behandles. Denne teknikken har blitt mye brukt i fjerning av tungmetaller fra avløpsvann fra jern og stålindustrien; fjerning av fluor fra produksjonsavløpsvann fra aluminium; og fjerning av tungmetaller fra avløpsvann fra kobbermelting og fra metallbehandling og avløpsvann fra organiske kjemikalier.

Electro-dialyse:

Elektrodialysen innebærer separering av en vandig strøm (mer konsentrert i elektrolytt enn originalen) og en utarmet strøm. Prosessens suksess er avhengig av spesielle syntetiske membraner, vanligvis basert på ionbytterharpikser, som bare er permeable til en enkelt type ion. Kationbyttermembraner tillater kun passage av positive ioner, under påvirkning av elektrisk felt, mens anionbyttermembraner tillater passasje bare av negativt ladede ioner.

Fôringsvannet føres gjennom rom dannet av mellomrom mellom vekslende kation-permeable og anionpermeable membraner holdt i en stabel. I hver ende av stabelen er en elektrode som har samme område som membranene. Et DC-potensial som påføres over stabelen, forårsaker at de positive og negative ionene skal migrere i motsatte retninger.

Denne teknikken har blitt brukt til avsaltning for å produsere drikkevann fra brakvann. I næringsmiddelindustrien brukes elektrodialyse for avsalting av myse. Den kjemiske industrien bruker denne teknikken for å berike eller depletere løsninger, og for å fjerne mineralbestanddeler fra produktstrømmer.

Omvendt osmose:

Denne teknikken som er mest brukt består av en membran gjennomtrengelig for løsningsmiddel, men ugjennomtrengelig for de fleste oppløste arter, både organiske og uorganiske. Disse enhetene bruker trykk for å tvinge forurenset vann mot den semipermeable membranen. Membranen fungerer som et filter, slik at vannet kan skyves gjennom porene, men begrenser passasjen av større molekyler som skal fjernes.

Celluloseacetatmembraner ble brukt tidligere, men i dag er polysulfoner og polyamider stadig mer populære for bruk ved høye pH-verdier. På grunn av membranens følsomhet for kjemisk angrep og forurensning, og følsomheten til strømningssystemet for å plugge og erosjon, er det vanlig å forprosere tilføringsvannet for å fjerne oksiderende materialer. Omvendt osmose teknikken har blitt mye brukt til avsalting av sjø eller brakvann.

Det har også vært vellykket brukt til behandling av galvaniserende skyllvann, ikke bare for å tilfredsstille utslippsstandarder for avløp, men også for å gjenvinne konsentrerte metallsaltløsninger for gjenbruk. Det har også blitt brukt til behandling av avfallsstrøm fra papir- og næringsmiddelindustrien.

Løsningsmiddelekstraksjon:

Løsningsmiddelekstraksjon er separasjonen av bestanddelene i en flytende løsning ved kontakt med en annen ublandbar væske. Hvis stoffene som inneholder den opprinnelige løsningen distribuerer seg forskjellig mellom de to væskefasene, vil det oppstå en viss grad av separasjon, og dette kan økes ved bruk av flere kontakter. Den store anvendelsen av løsningsmiddelekstraksjon til avfallshåndtering har vært i fjerning av fenol fra biproduktvann produsert i kullkoking, petroleumraffinering og kjemisk syntese som involverer fenol.

Bruken av superkritiske væsker (SCFs) mest vanlig C02 som ekstraksjonsløsningsmiddel, har vært en av de mer lovende tilnærmingene til løsningsmiddelekstraksjon. SCF er væsker som eksisterer ved eller over den laveste temperaturen ved hvilken kondensering kan oppstå. Over den kritiske temperaturen viser visse fluider egenskaper som forbedrer deres løsningsmiddelegenskaper.

Organiske materialer, som bare er lite oppløselige i bestemte løsningsmidler ved romtemperatur, blir helt blandbare med løsningsmidlet når det er under superkritiske forhold. De utmerkede løsningsmiddelegenskapene skyldes den raske masseoverføringsevnen og den meget lave tettheten som karakteriserer en SCF. Store fordeler med SCF er korte oppholdstider uten karbondannelse.

Noen av de viktige bruken av disse SCFene har vært i utvinning av organhalogenidpesticid fra jord, utvinning av olje fra emulsjoner brukt i aluminium og stålbehandling og regenerering av brukt aktivert karbon. Superkritisk etan har blitt brukt til å rense spilloljer forurenset med PCB, metaller og vann.

destillasjon:

Destillasjon er dyr og energiintensiv og kan sannsynligvis bare begrunnes i tilfeller der verdifull gjenvinning av produktet er mulig (f.eks. Gjenvinning av løsemiddel). Denne teknikken har bare begrenset anvendelse ved behandling av fortynnet, vandig, farlig avfall.

fordampning:

Fordampingsprosessen brukes til behandling av farlig avfall som radioaktive væsker og slam og konsentrering av plater og malingsløsningsmiddelavfall blant mange andre anvendelser. Det er i stand til å håndtere væsker, slurries og noen ganger slam, både organiske og uorganiske, som inneholder suspenderte eller oppløste faste stoffer eller oppløste væsker, hvor en av komponentene er i det vesentlige ikke flyktig. Det kan brukes til å redusere avfallsmengden før landfylling eller forbrenning.

De største ulempene med fordamping er høye kapital- og driftskostnader og høye energibehov. Denne prosessen er mer tilpassbar til avløpsvann med høye konsentrasjoner av forurensende stoffer.

filtrering:

Filtrering er velutviklet økonomisk prosess som brukes i fullskala behandling av mange industriavfall og slam. Energikravene er relativt lave, og driftsparametrene er godt definerte. Det er imidlertid ikke en primær behandlingsprosess, og brukes ofte i forbindelse med nedbør, flokkulering og sedimentering for å fjerne disse faststoffene.

flokkulering:

De forskjellige fenomenene som oppstår under flokkulering kan grupperes i to sekvensielle mekanismer. Kjemisk indusert destabilisering av repulsive overflate-relaterte krefter, slik at partikler kan holde seg sammen når de berører og kjemisk brodannelse og fysisk innblanding mellom de ikke-avstøtende partikler, som tillater dannelse av store partikler.

Kjemikalier som brukes til flokkulering inkluderer alun, kalk, jernklorid, jernsulfat og polyelektrolytter. Polyelektrolytter består av langkjedede, vannoppløselige polymerer, slik som polyakrylamider. De brukes enten i forbindelse med uorganiske flokkuleringsmidler, eller som primær flokkuleringsmiddel. De uorganiske flokkuleringsmidler som alun, ved blanding med vann, får den litt høyere pH av vann til å hydrolysere for å danne gelatinøse utfelter av aluminiumhydroksyd.

Det er delvis på grunn av sitt store overflateområde, de er i stand til å fange små partikler, og derved opprette større partikler. Når suspendert partikler har blitt flokkulert i større partikler, kan de vanligvis fjernes fra væsken ved sedimentering, forutsatt at det foreligger en tilstrekkelig tetthetsforskjell mellom det suspenderte materiale og væsken.

Kjemiske behandlingsmetoder:

Kjemisk behandling av avfall vil hjelpe oss å omdanne høy farlig avfall til mindre farlig natur. Kjemisk behandling hjelper oss også med å gjenopprette verdifulle biprodukter fra farlig avfall, og dermed redusere de totale kostnadene for avfallshåndtering. Dermed skal kjemiske behandlingsalternativer vedtas før hensynet til landfyllingsalternativene.

Ulike kjemiske behandlingsprosesser vedtatt i industrien for farlig avfallshåndtering er: løselighet, nøytralisering, nedbør, koagulering og flokkulering, oksidasjon og reduksjon, ionebyttemetode

Løselighet:

Farlig avfall kan være organisk og uorganisk inneholdende forskjellige kjemiske elementer og med forskjellige strukturelle konfigurasjoner. Vann, kjent som universell løsningsmiddel, vil oppløse mange av disse stoffene, mens andre bare har begrenset vannløselighet. Løselighet av forskjellige uorganiske og organiske salter benyttes som et middel for behandling av farlig avfall når avløpsbehandlingsanlegg er tilgjengelige, og landfyllingsalternativene er begrenset

nøytralisering:

Nøytralisering av syrer og alkaliske avfallsstrømmer er et eksempel på bruk av kjemisk behandling for å redusere avfall karakterisert som etsende. Nøytralisering av en syre eller base bestemmes lett ved å måle dens pH. Syrebaserte reaksjoner er vanligste kjemiske prosessen som brukes i behandling av farlig avfall. Nøytralisering før landfylling vil være nødvendig, slik at interaksjoner unngås i landfylling. Som nøytraliseringsprosess er eksoterm i naturen, dersom pre-nøytralisering ikke fant sted, øker temperaturen på landfyllingslagene og dermed av skadelige liners

nedbør:

Ofte er uønskede tungmetaller til stede i flytende og fast avfall som er i oppslemmingsform. Enkel utfelling. Den vanlige metoden for fjerning av organiske tungmetaller er kjemisk utfelling. Metaller utfeller ved varierende pH-nivåer avhengig av metalljonen, hvilket resulterer i dannelse av et uoppløselig salt. Derfor kan nøytralisering av en sur avfallsstrøm føre til utfelling av tungmetaller. De hydroksyder av tungmetaller er vanligvis uoppløselige, så kalk eller kaustisk brukes ofte til å utfelle dem.

Koagulering og flokkulering:

Nedbør forbedres sterkt ved å tilsette koagulanter. Mest brukte co-agulant er alun. Mange polyelektrolytter brukes som koaguleringsmidler. Disse koagulantene nøytraliserer ladningen av kolloider i suspendert tilstand, slik at de tillater seg å bosette seg raskt.

Oksidasjon og reduksjon:

De kjemiske prosessene for oksidasjon og reduksjon kan brukes til å konvertere giftige forurensninger til ufarlige eller mindre giftige stoffer. Tungmetallavfall blir utsatt for reduksjonsprosesser for å utfelle til sikrere forbindelser av tungmetaller. Eksempel er Hexavalent krom utfelles i trivalent kromhydroksyd. Tilsvarende nøytraliserer alkalisk klorering av cyanid høyt giftig cyanidavfall.

Ion utvekslingsmetoder:

Ionutveksling er reversibel utveksling av ioner mellom flytende og faste faser. Ioner som holdes av elektrostatiske krefter til ladede funksjonelle grupper på overflaten av et uoppløselig fast stoff erstattes av ioner med lignende ladning i en løsning. Ionbytter er støkiometrisk, reversibel og selektiv fjerning av oppløste ioniske arter.