Gefahrenabfallbehandlung (HWT): Technologien, physikalische und chemische Behandlungsmethoden

Gefahrenabfallbehandlung (HWT): Technologien, physikalische und chemische Behandlungsmethoden!

Technologien zur Behandlung von Gefahrenabfällen:

Selbst nach einem intensiven Programm zur Reduzierung von gefährlichen Abfällen wird es immer noch große Mengen gefährlicher Abfälle geben, die behandelt und entsorgt werden müssen.

Die Behandlungstechnologien wurden als physikalische, chemische, biologische, thermische oder Stabilisierung / Fixierung klassifiziert.

Physikalische Behandlungsverfahren umfassen die Trennung der Schwerkraft, Phasenänderungssysteme, wie Luft- und Dampfentfernung flüchtiger Bestandteile aus flüssigen Abfällen, und verschiedene Filtervorgänge, einschließlich der Adsorption von Kohlenstoff.

Bei der chemischen Behandlung werden Abfälle mithilfe von Techniken wie pH-Neutralisation, Oxidation oder Reduktion und Ausfällungen in weniger gefährliche Stoffe umgewandelt. Die biologische Behandlung verwendet Mikroorganismen, um organische Verbindungen im Abfallstrom abzubauen.

Thermische Zerstörungsprozesse umfassen die Verbrennung, die zunehmend zu einer bevorzugten Option für die Behandlung gefährlicher Abfälle wird, und Pyrolyse, die chemische Zersetzung von Abfällen, wird durch Erhitzen des Materials in Abwesenheit von Sauerstoff bewirkt.

Stabilisierungstechniken umfassen das Entfernen eines Überschusses an Wasser aus einem Abfall und das Verfestigen des Restes, entweder durch Mischen mit einem Stabilisierungsmittel wie Portlandzement oder durch Verglasen zu einer glasartigen Substanz.

Die meisten Behandlungsmaßnahmen haben sowohl physikalische als auch chemische Aspekte. Die geeignete Behandlungstechnologie für die gefährlichen Abfälle hängt von der Art der Abfälle ab. Die Art der physikalischen Behandlung von Abfällen hängt stark von den physikalischen Eigenschaften des behandelten Materials ab, einschließlich dem Zustand der Materie, der Löslichkeit in Wasser und organischen Lösungsmitteln, der Dichte, der Flüchtigkeit, dem Siedepunkt und dem Schmelzpunkt.

Physikalische Behandlungsmethoden:

Verschiedene physikalische Behandlungsmethoden, die in der Industrie eingesetzt werden, sind: Adsorption, Harzadsorption, Sedimentation, Elektrodialyse, Umkehrosmose, Lösungsmittelextraktion, Destillation, Verdampfung und Filtration.

Adsorption:

Adsorption an Aktivkohle tritt auf, wenn ein Molekül durch physikalische und / oder chemische Kräfte an seine Oberfläche gebracht wird. Dieser Prozess ist reversibel, so dass Aktivkohle durch richtige Anwendung von Wärme und Dampf oder Lösungsmittel regeneriert und wiederverwendet werden kann.

Die Faktoren, die sich auf die Adsorptionskapazität beziehen, sind:

ein. Eine größere Oberfläche führt zu einer größeren Adsorptionskapazität [zB: Aktivkohle hat eine große Oberfläche (500-1500 m ² / g)]

b. Die Adsorptionsfähigkeit steigt mit abnehmender Löslichkeit des gelösten Stoffes (in Lösungsmittel). Daher steigt die Adsorption für Kohlenwasserstoffe mit dem Molekulargewicht

c. Bei gelösten Stoffen mit ionisierbaren Gruppen wird eine maximale Adsorption bei einem pH erreicht, der einer minimalen Ionisierung entspricht.

d. Die Adsorptionskapazität nimmt mit steigender Temperatur ab.

Ein weiterer zu beachtender Punkt ist, dass die biologische Aktivität normalerweise in einem Kohlenstoffbett stattfindet. Wenn die Konzentration der adsorbierten Spezies hoch genug ist und das Material biologisch abbaubar und für die Bakterien nicht toxisch ist, kann die biologische Aktivität die effektive Entfernungskapazität erheblich erhöhen. Die Entfernung durch Adsorption durch Aktivkohle wurde bei nichtwässrigen Abfallströmen wie Erdölfraktionen, Sirupen, Pflanzenölen und pharmazeutischen Zubereitungen angewendet. In solchen Fällen ist die Farbentfernung das häufigste Ziel. Gegenwärtige Anwendungen zur Abfallbehandlung beschränken sich auf wässrige Lösungen.

Harzadsorption:

Die Abfallbehandlung mit Harz umfasst zwei grundlegende Schritte:

1. Kontaktieren des flüssigen Abfallstroms mit Harz und Ermöglichen, dass das Harz die gelösten Stoffe aus der Lösung absorbiert; und

2. Regenerieren Sie die Harze anschließend durch Entfernen der adsorbierten Chemikalien, indem Sie sie einfach mit einem geeigneten Lösungsmittel abwaschen.

Die Adsorption eines unpolaren Moleküls an ein hydrophobes Harz (z. B. Harz auf Styrol-Divinylbenzol-Basis) resultiert hauptsächlich aus der Wirkung der Vander-Waal-Kräfte. In anderen Fällen sind andere Wechselwirkungen wie Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und Wasserstoffbrücken wichtig. In einigen Fällen kann ein Ionenaustauschmechanismus beteiligt sein. Zur Entfernung von organischen Farbstoffabfällen aus Wasser wurden zwei verschiedene Harze verwendet: In diesem Fall wird der Abfallstrom zuerst mit einem normalen polymeren Adsorbens und dann mit einem Ionenaustauscherharz in Kontakt gebracht.

Sedimentation:

Sedimentation ist ein physikalischer Prozess, bei dem sich in einer Flüssigkeit schwebende Partikel durch Schwerkraft absetzen.

Die grundlegenden Elemente der meisten Sedimentationsprozesse sind:

ein. Ein Becken oder Behälter von ausreichender Größe, um die zu behandelnde Flüssigkeit für einen bestimmten Zeitraum in einem relativ ruhigen Zustand zu halten

b. Ein Mittel zum Leiten der zu behandelnden Flüssigkeit in das oben genannte Becken auf eine Weise, die das Absetzen begünstigt.

c. Ein Mittel zum physischen Entfernen der abgesetzten Teilchen aus der Flüssigkeit.

Die Sedimentation kann entweder chargenweise oder kontinuierlich ablaufen. Kontinuierliche Verfahren sind bei weitem die häufigsten, insbesondere wenn große Flüssigkeitsmengen behandelt werden sollen. Diese Technik wurde weit verbreitet bei der Entfernung von Schwermetallen aus Abwässern der Eisen- und Stahlindustrie eingesetzt. Entfernung von Fluorid aus Aluminiumproduktionsabwasser; und Entfernung von Schwermetallen aus Abwässern aus der Kupferschmelze sowie aus der Metallveredelungsindustrie und Abwasserströmen aus organischen Chemikalien.

Elektrodialyse:

Bei der Elektrodialyse wird ein wässriger Strom (stärker im Elektrolyt konzentriert als der ursprüngliche) und ein abgereicherter Strom getrennt. Der Erfolg des Verfahrens hängt von speziellen synthetischen Membranen ab, die gewöhnlich auf Ionenaustauscherharzen basieren, die nur für einen einzigen Ionentyp durchlässig sind. Kationenaustauschermembranen erlauben nur den Durchgang von positiven Ionen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes, während Anionenaustauschermembranen den Durchgang nur von negativ geladenen Ionen erlauben.

Das Speisewasser wird durch Kompartimente geleitet, die durch die Räume zwischen alternierenden kationenpermeablen und anionenpermeablen Membranen gebildet werden, die in einem Stapel gehalten werden. An jedem Ende des Stapels befindet sich eine Elektrode mit der gleichen Fläche wie die Membranen. Ein Gleichstrompotential, das über den Stapel angelegt wird, bewirkt, dass die positiven und negativen Ionen in entgegengesetzte Richtungen wandern.

Diese Technik wurde zur Entsalzung verwendet, um Trinkwasser aus Brackwasser zu erzeugen. In der Lebensmittelindustrie wird die Elektrodialyse zum Entsalzen von Molke verwendet. Die chemische Industrie verwendet diese Technik zur Anreicherung oder zum Abbau von Lösungen und zur Entfernung mineralischer Bestandteile aus Produktströmen.

Umkehrosmose:

Diese am weitesten verbreitete Technik besteht aus einer Membran, die für Lösungsmittel durchlässig ist, aber für die meisten gelösten organischen und anorganischen Spezies undurchlässig ist. Diese Geräte verwenden Druck, um das kontaminierte Wasser gegen die semipermeable Membran zu drücken. Die Membran wirkt als Filter, so dass das Wasser durch die Poren gedrückt werden kann, aber der Durchlass größerer Moleküle, die entfernt werden sollen, eingeschränkt wird.

In der Vergangenheit wurden Zelluloseacetatmembranen verwendet, heutzutage werden jedoch immer häufiger Polysulfone und Polyamide für die Verwendung bei hohen pH-Werten eingesetzt. Aufgrund der Anfälligkeit der Membranen gegen chemischen Angriff und Verschmutzung und der Anfälligkeit des Strömungssystems für Verstopfung und Erosion ist es üblich, das Speisewasser zur Entfernung von oxidierenden Materialien vorzuverarbeiten. Die Umkehrosmosetechnik wurde häufig zur Entsalzung von Meer- oder Brackwasser eingesetzt.

Es wurde auch erfolgreich bei der Behandlung von galvanischen Spülwässern verwendet, um nicht nur die Abwassereinleitungsnormen zu erfüllen, sondern auch um konzentrierte Metallsalzlösungen zur Wiederverwendung zu gewinnen. Es wurde auch zur Behandlung von Abfallströmen aus der Papier- und Lebensmittelindustrie verwendet.

Lösungsmittelextraktion:

Lösungsmittelextraktion ist die Trennung der Bestandteile einer flüssigen Lösung durch Kontakt mit einer anderen nicht mischbaren Flüssigkeit. Wenn sich die Substanzen, aus denen die ursprüngliche Lösung besteht, unterschiedlich auf die beiden flüssigen Phasen verteilen, führt dies zu einem gewissen Trennungsgrad, der durch die Verwendung mehrerer Kontakte verbessert werden kann. Die Hauptanwendung der Lösungsmittelextraktion bei der Abfallbehandlung bestand in der Entfernung von Phenol aus dem Nebenproduktwasser, das bei der Kohleverkokung, der Erdölraffination und der chemischen Synthese, die Phenol beinhaltet, erzeugt wird.

Die Verwendung von überkritischen Fluiden (SCFs), am häufigsten C0 ₂ als Extraktionslösungsmittel, war einer der vielversprechenderen Ansätze zur Lösungsmittelextraktion. SCFs sind Flüssigkeiten, die bei oder über der niedrigsten Temperatur existieren, bei der Kondensation auftreten kann. Oberhalb der kritischen Temperatur zeigen bestimmte Flüssigkeiten Eigenschaften, die ihre Lösemitteleigenschaften verbessern.

Organische Materialien, die in bestimmten Lösungsmitteln bei Raumtemperatur nur wenig löslich sind, werden unter superkritischen Bedingungen vollständig mit dem Lösungsmittel mischbar. Die hervorragenden Lösemitteleigenschaften resultieren aus der schnellen Stoffübertragungsfähigkeit und der sehr geringen Dichte, die einen SCF charakterisiert. Hauptvorteile von SCFs sind kurze Verweilzeiten ohne Bildung von Holzkohle.

Einige der wichtigsten Anwendungen dieser SCFs waren die Extraktion von Organhalogenid-Pestiziden aus dem Boden, die Extraktion von Öl aus Emulsionen, die bei der Aluminium- und Stahlverarbeitung verwendet werden, und die Regeneration von verbrauchter Aktivkohle. Überkritisches Ethan wurde verwendet, um mit PCB, Metallen und Wasser kontaminierte Altöle zu reinigen.

Destillation:

Die Destillation ist teuer und energieintensiv und kann wahrscheinlich nur in Fällen begründet werden, in denen eine wertvolle Produktrückgewinnung möglich ist (z. B. Lösungsmittelrückgewinnung). Diese Technik hat nur eine begrenzte Anwendung bei der Behandlung von verdünnten wässrigen gefährlichen Abfällen.

Verdunstung:

Das Verdampfungsverfahren wird zur Behandlung gefährlicher Abfälle wie radioaktiver Flüssigkeiten und Schlämme und zum Konzentrieren von Plattierungs- und Farblösungsmittelabfällen neben vielen anderen Anwendungen eingesetzt. Es ist in der Lage, Flüssigkeiten, Aufschlämmungen und manchmal sowohl organische als auch anorganische Schlämme zu handhaben, die suspendierte oder gelöste Feststoffe oder gelöste Flüssigkeiten enthalten, wobei eine der Komponenten im Wesentlichen nicht flüchtig ist. Es kann verwendet werden, um das Abfallvolumen vor der Deponierung oder Verbrennung zu verringern.

Die größten Nachteile der Verdampfung sind hohe Kapital- und Betriebskosten sowie ein hoher Energiebedarf. Dieser Prozess ist anpassungsfähiger für Abwässer mit hohen Schadstoffkonzentrationen.

Filtration:

Die Filtration ist ein ausgereiftes wirtschaftliches Verfahren, das bei der Behandlung vieler industrieller Abwässer und Abfallschlämme im großen Maßstab eingesetzt wird. Der Energiebedarf ist relativ gering und die Betriebsparameter sind gut definiert. Es ist jedoch kein primärer Behandlungsprozess und wird häufig in Verbindung mit Präzipitation, Flockung und Sedimentation verwendet, um diese Feststoffe zu entfernen.

Flockung:

Die verschiedenen Phänomene, die während der Flockung auftreten, können in zwei aufeinanderfolgenden Mechanismen unterteilt werden. Chemisch induzierte Destabilisierung von abstoßenden oberflächenbezogenen Kräften, wodurch Partikel aneinander haften können, wenn sie sich berühren, sowie chemische Verbrückung und physikalische Verflechtung zwischen den nicht abstoßenden Partikeln, wodurch die Bildung großer Partikel ermöglicht wird.

Zur Flockung verwendete Chemikalien umfassen Alaun, Kalk, Eisen (III) -chlorid, Eisen (II) -sulfat und Polyelektrolyte. Polyelektrolyte bestehen aus langkettigen, wasserlöslichen Polymeren wie Polyacrylamiden. Sie werden entweder in Verbindung mit anorganischen Flockungsmitteln oder als primäres Flockungsmittel verwendet. Die anorganischen Flockungsmittel wie Alaun bewirken beim Mischen mit Wasser, dass der etwas höhere pH-Wert des Wassers dazu führt, dass sie hydrolysieren, um gelatinöse Präzipitate von Aluminiumhydroxid zu bilden.

Sie ist zum Teil wegen ihrer großen Oberfläche in der Lage, kleine Partikel zu verflechten und dadurch größere Partikel zu erzeugen. Nachdem die suspendierten Partikel zu größeren Partikeln geflockt worden sind, können sie üblicherweise durch Sedimentation aus der Flüssigkeit entfernt werden, vorausgesetzt, dass zwischen dem suspendierten Material und der Flüssigkeit ein ausreichender Dichteunterschied besteht.

Chemische Behandlungsmethoden:

Die chemische Behandlung von Abfällen wird uns dabei helfen, hochgefährliche Abfälle in weniger gefährliche Natur umzuwandeln. Die chemische Behandlung hilft uns auch dabei, aus gefährlichen Abfällen wertvolle Nebenprodukte zu gewinnen, wodurch die Gesamtkosten für die Entsorgung von Abfällen gesenkt werden. Daher müssen chemische Behandlungsoptionen gewählt werden, bevor Optionen für die Landfüllung berücksichtigt werden.

Verschiedene chemische Aufbereitungsverfahren, die in der gefährlichen Abfallwirtschaft eingesetzt werden, sind: Löslichkeit, Neutralisation, Fällung, Koagulation und Flockung, Oxidation und Reduktion, Ionenaustauschverfahren

Löslichkeit:

Gefährliche Abfälle können organisch und anorganisch sein und verschiedene chemische Elemente mit verschiedenen strukturellen Konfigurationen enthalten. Wasser, das als universelles Lösungsmittel bekannt ist, löst viele dieser Substanzen auf, während andere nur eine begrenzte Wasserlöslichkeit besitzen. Die Löslichkeit verschiedener anorganischer und organischer Salze wird als Mittel zur Behandlung gefährlicher Abfälle genutzt, wenn Abwasseraufbereitungsanlagen zur Verfügung stehen und die Möglichkeiten der Bodenbefüllung begrenzt sind

Neutralisation:

Die Neutralisierung von Säuren und alkalischen Abfallströmen ist ein Beispiel für die Verwendung einer chemischen Behandlung, um als korrosiv eingestufte Abfälle zu mildern. Die Neutralisation einer Säure oder Base lässt sich leicht durch Messung des pH-Werts bestimmen. Reaktionen auf Säurebasis sind die häufigsten chemischen Prozesse, die bei der Behandlung gefährlicher Abfälle eingesetzt werden. Eine Neutralisierung vor der Landfüllung ist erforderlich, damit Interaktionen bei der Landfüllung vermieden werden. Da der Neutralisationsprozess in der Natur exotherm ist, steigt die Temperatur der Landfüllschichten an, wenn die Vorneutralisation nicht stattgefunden hat, und dadurch die Beläge beschädigt werden

Niederschlag:

Oft sind unerwünschte Schwermetalle in flüssigen und festen Abfällen vorhanden, die in Form einer Aufschlämmung vorliegen. Einfacher Niederschlag. Die übliche Methode zur Entfernung von organischen Schwermetallen ist die chemische Fällung. Metalle fallen bei unterschiedlichen pH-Werten in Abhängigkeit von dem Metallion aus, was zur Bildung eines unlöslichen Salzes führt. Daher kann die Neutralisierung eines sauren Abfallstroms zur Ausfällung von Schwermetallen führen. Ihre Hydroxide von Schwermetallen sind normalerweise unlöslich, so dass üblicherweise Kalk oder Ätzmittel verwendet wird, um sie auszufällen.

Gerinnung und Flockung:

Durch die Zugabe von Koagulantien wird die Ausfällung stark verbessert. Das am häufigsten verwendete Co-Agulans ist Alaun. Viele Polyelektrolyte werden als Koagulationsmittel verwendet. Diese Koagulanzien neutralisieren die Ladung von Kolloiden im suspendierten Zustand, indem sie sich schnell absetzen lassen.

Oxidation und Reduktion:

Die chemischen Prozesse der Oxidation und Reduktion können verwendet werden, um toxische Schadstoffe in harmlose oder weniger toxische Substanzen umzuwandeln. Schwermetallabfälle werden einem Reduktionsverfahren unterworfen, um sichere Verbindungen von Schwermetallen auszufällen. Beispiel ist Sechswertiges Chrom wird in dreiwertigem Chromhydroxid gefällt. In ähnlicher Weise neutralisiert die alkalische Chlorierung von Cyanid stark toxische Cyanidabfälle.

Ionenaustauschmethoden:

Ionenaustausch ist reversibler Ionenaustausch zwischen flüssigen und festen Phasen. Ionen, die durch elektrostatische Kräfte an geladenen funktionellen Gruppen auf der Oberfläche unlöslicher Feststoffe gehalten werden, werden durch Ionen ähnlicher Ladung in einer Lösung ersetzt. Der Ionenaustausch ist stöchiometrisch, reversibel und selektiv von gelösten ionischen Spezies entfernt.