Если для различных минеральных отходов сегодня разрабатываются и применяются методы селективного выделения токсичных компонентов, то органические отходы проще всего подвергнуть окислению с получением углекислого газа и воды, что является генеральной линией научных разработок и практики КОМПАНИИ ООО мпф «ГЕЛЛА-ТЭКО».

Даже самого невозмутимого человека можно довести до критической точки, когда поведение его становится необычным, иногда разрушающим, когда он сгоряча рвет поддерживающие его связи, а иногда и созидающим, когда он перемахивает через высоченный забор, удирая от собаки. У неживой природы, в частности, у жидкостей, тоже есть такие критические точки, которые именно так и называются. Достигаются они одновременным поднятием температуры и давления. Температура разрушает межмолекулярные связи жидкости и сольватные оболочки, а давление их восстанавливает. Но так продолжается до некоторого предела, когда структура жидкой системы все-таки разрушена, но в пар жидкость не переходит. Такие критические точки (Т и Р) определены для всех жидкостей и занесены в справочники. Для каждого вещества критическая точка абсолютно индивидуальна, что хорошо видно на диаграмме «Р-Т» (рис. 1).






Если, например, углекислый газ достигает критического состояния довольно быстро (Ткр = 304оК ; Ркр = 7,39 МПа), то у воды «нервная система» гораздо устойчивее (Ткр = 647 оК; Ркр = 22,1 МПа). Но в любом случае в сверхкритической области характер жидкостей кардинально меняется, что проявляется наиболее наглядно в кинетике различных химических и физико-химических процессов, протекающих в жидкостях.
В замечательном академическом журнале «Сверхкритические флюиды» рассказывают о результатах множества исследований, проводимых в сверхкритическом состоянии вещества. Мы же остановимся на одном процессе — реакциях окисления в сверхкритической воде. Он интересен прежде всего потому, что выбран природой как главный инструмент очистки всех трех сред от органических загрязнений. Начиная от лесных пожаров и кончая сложными каталитическими реакторами, везде протекают химические реакции взаимодействия органических веществ с окислителями, переводящие сложные химические структуры в простейшие — углекислый газ и воду.
Самый распространенный окислитель — атмосферный кислород. Нельзя сказать, что он самый активный, но природа не торопится.
Человек же вынужден торопиться, поэтому использует сильные окислители — озон, перекись водорода. Всякое подторапливание природы требует дополнительных затрат. Достаточно приблизительное, но все же показательное сравнение таких затрат на осуществление различных окислительных процессов переработки отходов представлено
в таблице 1.
Никаких синтетических окислителей для процесса СКВО не требуется, взаимодействие с атмосферным кислородом протекает с огромной скоростью, соизмеримой со скоростью горения топлива на воздухе при температуре ~ 2500оС. Конечно, воздух надо при этом сжимать до рабочего давления, и атмосферный азот, не участвующий в реакции, является балластным компонентом. Но есть в этом и положительный момент, поскольку при уничтожении азотсодержащей органики окислов азота не образуется и после дросселирования выделяются только газообразные N2 и СО2. Галогены, фосфор и сера из органических веществ образуют кислотные остатки, металлы переходят в неорганические соли, гидроксиды или окислы.
Кстати, последнее обстоятельство открывает еще одну область применения СКВО — получение наноразмерных частиц оксидов металлов. Это сегодня уже реализовано в производстве нанопорошка Al2О3. На наш взгляд, такой процесс имеет перспективу и в производстве РЗМ, если водный реэкстракт группового концентрата вместе с остаточным количеством экстрагента подвергнуть методу СКВО, а после реактора оксиды РЗМ выделить с помощью керамической микрофильтрационной мембраны из очищенного от экстрагента водного реэкстракта. Но вернемся к основному применению метода — уничтожению токсичных и опасных промышленных отходов. Важным обстоятельством кроме универсальности является экзотермичность процесса. Высокая скорость окисления сопровождается и пропорционально интенсивным тепловыделением. Понятно, что с чем большим содержанием органики мы прокачиваем через реактор исходный раствор, тем большее количество тепла выносится из реактора с продуктами. Начиная с некоторой концентрации органики процесс становится самоподдерживаемым. Это пограничное содержание проще всего определить в единицах ХПК — около 50 000 мг О2/л. При большем содержании органики установка СКВО превращается в энергогенератор, надо только ее дооснастить, например, турбиной. Для сравнения приведем такие величины: при сгорании 1 кг бензина выделяется 40 МДж тепла, а при окислении 1 кг любой органики — 20 МДж тепла. Отходы вполне могут стать альтернативным топливом.
Метод СКВО применим и для переработки твердых отходов органической природы. Проведенные испытания на нескольких объектах показали, что и глубина окисления, и скорость процесса останутся высокими, если твердую фазу отходов предварительно измельчить до размера частиц меньше 50 мкм. В свою очередь, очищенная вода будет абсолютно прозрачной, вплоть до снятия опалесценции, т.е. выведения частиц коллоидного размера, если ее дополнительно пропустить через микрофильтрационную керамическую мембрану с порами 0,3 мкм.





Реактор СКВО в разрезе 1 — корпус; 2 — теплоизоляция; 3 — крышки; 4 — штуцер ввода реакционной смеси; 5 — штуцер вывода парогазовых продуктов; 6 — штуцер вывода твердых продуктов; 7 — нагревательные элементы.

Нестандартным оборудованием технологии СКВО является только реактор, принципиальное устройство которого показано на этом рисунке. Реактор относится к трубчатому типу реакторов непрерывного действия. Время пребывания реакционной смеси в нем — от 10 сек. до 1 мин., поэтому даже при небольшом объеме производительность установки достаточно велика. В зависимости от категории установки объем реактора выбирается от 1 до 20 л.

Мы не можем утверждать, что в мире не используется метод СКВО. Из публикаций известно 5–6 зарубежных компаний, предлагающих аналогичное оборудование, но по невероятно высоким ценам, видимо, использующих факторы новизны метода и его универсальности. В настоящее время работает несколько отечественных установок СКВО, проведено много испытаний метода на реальных объектах, некоторые результаты представлены в следующей таблице.




ТЕКСТ: А.А. СВИТЦОВ, Ю.А. МАЗАЛОВ