Hazard Waste Treatment (HWT): Technologieën, fysische en chemische behandelingsmethoden

Hazard Waste Treatment (HWT): Technologieën, fysische en chemische behandelingsmethoden!

Hazard Waste Treatment Technologies:

Zelfs met een programma voor het drastisch reduceren van gevaarlijke afvalstoffen zullen er nog steeds grote hoeveelheden gevaarlijke afvalstoffen zijn die moeten worden behandeld en verwijderd.

De behandelingstechnieken zijn gecategoriseerd als fysische, chemische, biologische, thermische of stabilisatie / fixatie.

Fysieke behandelingsprocessen omvatten zwaartekrachtscheiding, faseveranderingssystemen, zoals lucht- en stoomstrippen van vluchtige stoffen uit vloeibare afvalstoffen, en verschillende filterbewerkingen, waaronder koolstofadsorptie.

Chemische behandeling transformeert afval in minder gevaarlijke stoffen met behulp van technieken zoals pH-neutralisatie, oxidatie of reductie en neerslag. Biologische behandeling maakt gebruik van micro-organismen om organische verbindingen in de afvalstroom af te breken.

Thermische vernietigingsprocessen omvatten verbranding, die in toenemende mate een voorkeursoptie wordt voor de behandeling van gevaarlijke afvalstoffen, en pyrolyse, wat de chemische ontleding van afval is, wordt teweeggebracht door het materiaal te verhitten in afwezigheid van zuurstof.

Stabilisatietechnieken omvatten het verwijderen van overtollig water uit een afval en het stollen van de rest door het te mengen met een stabiliserend middel zoals Portland-cement of door het te verglazen tot een glasachtige substantie.

De meeste behandelingsmaatregelen hebben zowel fysieke als chemische aspecten. De juiste behandelingstechnologie voor de gevaarlijke afvalstoffen hangt af van de aard van de afvalstoffen. Het type fysische behandeling dat op afvalstoffen moet worden toegepast, hangt sterk af van de fysische eigenschappen van het behandelde materiaal, waaronder de toestand van de stof, de oplosbaarheid in water en organische oplosmiddelen, dichtheid, vluchtigheid, kookpunt en smeltpunt.

Fysieke behandelmethoden:

Verschillende fysische behandelingsmethoden die in de industrie worden toegepast zijn: adsorptie, harsadsorptie, sedimentatie, electro-dialyse, omgekeerde osmose, oplosmiddelextractie, destillatie, verdamping en filtratie.

adsorptie:

Adsorptie op actieve kool vindt plaats wanneer een molecuul naar het oppervlak wordt gebracht en daar wordt gehouden door fysieke en / of chemische krachten. Dit proces is omkeerbaar, waardoor actieve kool kan worden geregenereerd en opnieuw kan worden gebruikt door juiste toepassing van warmte en stoom of oplosmiddel.

De factoren die betrekking hebben op adsorptiecapaciteit zijn:

een. Groter oppervlaktegebied produceert grotere adsorptiecapaciteit [bijv .: actieve kool heeft een groot oppervlak (500 - 1500 m ² / g)]

b. De adsorptiviteit neemt toe naarmate de oplosbaarheid van de opgeloste stof (in oplosmiddel) afneemt. Voor koolwaterstoffen neemt dus de adsorptie toe met het molecuulgewicht

c. Voor opgeloste stoffen met ioniseerbare groepen, zal maximale adsorptie worden bereikt bij een pH die overeenkomt met minimale ionisatie.

d. Adsorptiecapaciteit neemt af met toenemende temperatuur.

Een bijkomend punt dat moet worden opgemerkt is dat biologische activiteit gewoonlijk plaatsvindt in een koolstofbed. Als de concentratie van de geadsorbeerde soort hoog genoeg is en het materiaal biologisch afbreekbaar en niet toxisch voor de bacteriën is, kan biologische activiteit de effectieve verwijderingscapaciteit aanzienlijk verhogen. Verwijdering door adsorptie door actieve kool is toegepast op niet-waterige afvalstroom zoals aardoliefractie, siropen, plantaardige oliën en farmaceutische preparaten. Kleurverwijdering is het meest voorkomende doel in dergelijke gevallen. Huidige toepassingen voor afvalbehandeling zijn beperkt tot waterige oplossingen.

Harsadsorptie:

Afvalbehandeling door hars omvat twee basisstappen:

1. Contact van de vloeibare afvalstroom met hars en het mogelijk maken dat de hars de opgeloste stoffen uit de oplossing absorbeert; en

2. Het vervolgens regenereren van de harsen door de geadsorbeerde chemicaliën te verwijderen, eenvoudig door wassen met het juiste oplosmiddel.

De adsorptie van een niet-polair molecuul aan een hydrofobe hars (bijv. Hars op basis van styreen-divinylbenzeen) resulteert voornamelijk uit het effect van de krachten van Vander Waal. In andere gevallen zijn andere soorten interacties zoals dipool-dipoolinteractie en waterstofbinding belangrijk. In enkele gevallen kan een ion-uitwisselingsmechanisme betrokken zijn. Voor de verwijdering van organisch kleurstofafval uit water werden twee verschillende harsen gebruikt: in dit geval wordt de afvalstroom eerst in contact gebracht met een normaal polymeer adsorbens en vervolgens met een ionenuitwisselingshars.

sedimentatie:

Sedimentatie is een fysiek proces waarbij deeltjes die in een vloeistof zijn gesuspendeerd, bezinken door middel van de zwaartekracht.

De fundamentele elementen van de meeste sedimentatieprocessen zijn:

een. Een bassin of container van voldoende grootte om de te behandelen vloeistof in een relatief rustige toestand gedurende een specifieke tijdsperiode te handhaven

b. Een middel om de te behandelen vloeistof in het bovengenoemde bassin te richten op een manier die bevorderlijk is voor bezinking.

c. Een middel om de bezonken deeltjes fysiek uit de vloeistof te verwijderen.

Sedimentatie kan een batch- of een continu proces zijn. Continue processen zijn veruit de meest voorkomende, met name wanneer grote hoeveelheden vloeistof moeten worden behandeld. Deze techniek is op grote schaal toegepast bij het verwijderen van zware metalen uit afvalwater uit de ijzer- en staalindustrie; verwijdering van fluoride uit afvalwater van aluminiumproductie; en verwijdering van zware metalen uit afvalwater uit kopersmelting en uit de metaalveredelingsindustrie en afvalwaterstroom van organische chemicaliën.

Electro-dialyse:

De elektro-dialyse omvat de scheiding van een waterige stroom (meer geconcentreerd in elektrolyt dan het origineel) en een uitgeputte stroom. Het succes van het proces hangt af van speciale synthetische membranen, meestal op basis van ionenuitwisselingsharsen, die slechts door een enkel type ion kunnen worden doorgelaten. Kationenuitwisselingsmembranen laten alleen positieve ionen door, onder invloed van elektrisch veld, terwijl anionenuitwisselingsmembranen alleen negatieve ionen doorlaten.

Het voedingswater wordt door compartimenten geleid die zijn gevormd door de ruimten tussen afwisselend kationdoorlatende en anionen doorlatende membranen die in een stapel worden gehouden. Aan elk uiteinde van de stapel bevindt zich een elektrode met hetzelfde oppervlak als de membranen. Een DC-potentiaal dat wordt toegepast over de stapel zorgt ervoor dat de positieve en negatieve ionen in tegengestelde richtingen migreren.

Deze techniek is gebruikt voor ontzilting om drinkbaar water te produceren uit brakwater. In de voedingsindustrie wordt electro-dialyse gebruikt voor het ontzouten van wei. De chemische industrie gebruikt deze techniek voor het verrijken of uitputten van oplossingen en voor het verwijderen van minerale bestanddelen uit productstromen.

Omgekeerde osmose:

Deze techniek die het meest wordt gebruikt, bestaat uit een membraan dat doorlaatbaar is voor oplosmiddelen maar ondoordringbaar is voor de meeste opgeloste soorten, zowel organisch als anorganisch. Deze apparaten gebruiken druk om het verontreinigde water tegen het semipermeabele membraan te forceren. Het membraan werkt als een filter, waardoor het water door de poriën kan worden geduwd, maar de doorgang van grotere moleculen die moeten worden verwijderd wordt beperkt.

Celluloseacetaatmembranen werden in het verleden gebruikt, maar tegenwoordig worden polysulfonen en polyamiden steeds populairder voor gebruik bij hoge pH-waarden. Vanwege de gevoeligheid van de membranen voor chemische aantasting en vervuiling, en de gevoeligheid van het stromingssysteem voor verstopping en erosie, is het gebruikelijk om het voedingswater voor te bereiden voor het verwijderen van oxiderende materialen. De techniek van omgekeerde osmose is op grote schaal gebruikt voor het ontzilten van zee- of brak water.

Het is ook met succes gebruikt bij de behandeling van spoelwater voor galvanisering, niet alleen om te voldoen aan de normen voor het lozen van effluenten, maar ook om geconcentreerde oplossingen van metaalzout terug te winnen voor hergebruik. Het is ook gebruikt voor de behandeling van afvalstromen van de papier- en voedselverwerkende industrie.

Oplosmiddel extractie:

Oplosmiddelsextractie is de scheiding van de bestanddelen van een vloeibare oplossing door contact met een andere niet-mengbare vloeistof. Als de stoffen die de oorspronkelijke oplossing bevatten zich verschillend verdelen tussen de twee vloeibare fasen, zal een zekere mate van scheiding het gevolg zijn en dit kan worden verbeterd door het gebruik van meerdere contacten. De belangrijkste toepassing van oplosmiddelextractie voor afvalbehandeling was de verwijdering van fenol uit bijproductwater geproduceerd bij het vercooksen van kool, aardolieraffinage en chemische synthese waarbij fenol betrokken is.

Het gebruik van superkritische vloeistoffen (SCF's), meestal CO ₂ als extractieoplosmiddel, was een van de veelbelovende methoden voor solventextractie. SCF's zijn fluïda die voorkomen op of boven de laagste temperatuur waarbij condensatie kan optreden. Boven de kritische temperatuur vertonen bepaalde vloeistoffen kenmerken die hun oplosmiddeleigenschappen verbeteren.

Organische materialen, die slechts in geringe mate oplosbaar zijn in bepaalde oplosmiddelen bij kamertemperatuur, worden volledig mengbaar met het oplosmiddel in superkritische omstandigheden. De uitstekende oplosmiddeleigenschappen zijn het resultaat van het snelle vermogen tot massaoverdracht en de zeer lage dichtheid die een SCF kenmerkt. Grote voordelen van SCF's zijn korte verblijftijden zonder koolvorming.

Een aantal van de belangrijke toepassingen van deze SCF's was de extractie van orgelhalogenidepesticide uit de bodem, extractie van olie uit emulsies gebruikt in aluminium en staalverwerking en regeneratie van afgewerkte actieve kool. Superkritisch ethaan is gebruikt om afgewerkte olie verontreinigd met PCB's, metalen en water te zuiveren.

destillatie:

Distillatie is duur en energie-intensief en kan waarschijnlijk alleen worden gerechtvaardigd in gevallen waarin waardevol productherstel haalbaar is (bijv. Oplosmiddelterugwinning). Deze techniek heeft slechts beperkte toepassing bij de behandeling van verdunde waterige gevaarlijke afvalstoffen.

Verdamping:

Het verdampingsproces wordt gebruikt voor de behandeling van gevaarlijke afvalstoffen zoals radioactieve vloeistoffen en slib en het concentreren van plateren en verfoplosmiddelenafval bij vele andere toepassingen. Het is geschikt voor vloeistoffen, slurries en soms slib, zowel organisch als anorganisch, die gesuspendeerde of opgeloste vaste stoffen of opgeloste vloeistoffen bevatten, waarbij een van de componenten in wezen niet vluchtig is. Het kan worden gebruikt om het afvalvolume te verminderen voorafgaand aan het storten of verbranden van het land.

De belangrijkste nadelen van verdamping zijn hoge kapitaal- en bedrijfskosten en hoge energiebehoeften. Dit proces is meer aan te passen aan afvalwater met hoge concentraties aan verontreinigende stoffen.

Filtratie:

Filtratie is een goed ontwikkeld economisch proces dat wordt gebruikt bij de volledige behandeling van veel industrieel afvalwater en afvalslib. De energiebehoeften zijn relatief laag en de bedrijfsparameters zijn goed gedefinieerd. Het is echter geen primair behandelingsproces en wordt vaak gebruikt in combinatie met precipitatie, flocculatie en sedimentatie om deze vaste stoffen te verwijderen.

uitvlokking:

De verschillende verschijnselen die optreden tijdens flocculatie kunnen worden gegroepeerd in twee opeenvolgende mechanismen. Chemisch geïnduceerde destabilisatie van afstotende oppervlaktegerelateerde krachten, waardoor deeltjes aan elkaar blijven kleven wanneer ze elkaar raken en chemische overbrugging en fysische vernauwing tussen de niet-afstotende deeltjes, waardoor de vorming van grote deeltjes mogelijk wordt.

Chemicaliën die worden gebruikt voor flocculatie omvatten aluin, kalk, ferrichloride, ferrosulfaat en polyelektrolyten. Polyelektrolyten bestaan ​​uit in water oplosbare polymeren met lange keten, zoals polyacrylamiden. Ze worden gebruikt in combinatie met anorganische flocculanten of als primair flocculatiemiddel. De anorganische vlokmiddelen zoals aluin, bij mengen met water, de enigszins hogere pH van water zorgt ervoor dat ze hydrolyseren om gelatineuze neerslagen van aluminiumhydroxide te vormen.

Het is gedeeltelijk vanwege hun grote oppervlak, ze zijn in staat kleine deeltjes in te sluiten en daardoor grotere deeltjes te creëren. Zodra gesuspendeerde deeltjes zijn gefloccleerd in grotere deeltjes, kunnen ze gewoonlijk uit de vloeistof worden verwijderd door sedimentatie, op voorwaarde dat er een voldoende dichtheidsverschil bestaat tussen het gesuspendeerde materiaal en de vloeistof.

Chemische behandelmethoden:

Chemische behandeling van afval helpt ons om gevaarlijk gevaarlijk afval te transformeren naar minder gevaarlijk afval. Chemische behandeling helpt ons ook waardevolle bi-producten terug te winnen uit gevaarlijke afvalstoffen, dus door de algehele kosten van de verwijdering van afval te verminderen. Daarom moeten chemische behandelingsopties worden goedgekeurd voordat de opties voor het vullen van grond worden overwogen.

Verschillende chemische behandelingsprocessen die worden toegepast in industrieën voor de behandeling van gevaarlijk afval zijn: oplosbaarheid, neutralisatie, precipitatie, coagulatie en flocculatie, oxidatie en reductie, ionenuitwisselingsmethode

oplosbaarheid:

Gevaarlijk afval kan organisch en anorganisch zijn, met verschillende chemische elementen en met verschillende structurele configuraties. Water, bekend als het universele oplosmiddel, lost veel van deze stoffen op, terwijl andere slechts een beperkte oplosbaarheid in water hebben. Oplosbaarheid van verschillende anorganische en organische zouten wordt gebruikt als een middel voor de behandeling van gevaarlijk afval wanneer afvalwaterbehandelingsfaciliteiten beschikbaar zijn en opties voor het opvullen van grond beperkt zijn

neutraliseren:

Neutralisatie van zuren en alkalische afvalstromen is een voorbeeld van het gebruik van chemische behandeling om afval te verminderen dat als corrosief wordt gekenmerkt. Neutralisatie van een zuur of base wordt gemakkelijk bepaald door het meten van de pH. Op zuur gebaseerde reacties zijn het meest voorkomende chemische proces dat wordt gebruikt bij de behandeling van gevaarlijk afval. Neutralisatie voorafgaand aan het opvullen van het land zal noodzakelijk zijn zodat interreacties bij het vullen van het land worden vermeden. Aangezien het neutralisatieproces exotherm van aard is, neemt de temperatuur van de landvullagen toe als de pre-neutralisatie niet heeft plaatsgevonden, en dus door de liners te beschadigen.

Neerslag:

Vaak zijn ongewenste zware metalen aanwezig in vloeibare en vaste afvalstoffen die zich in de vorm van een suspensie bevinden. Eenvoudige neerslag. De gebruikelijke methode voor verwijdering van organische zware metalen is chemische precipitatie. Metalen precipiteren bij variërende pH-niveaus afhankelijk van het metaalion, resulterend in de vorming van een onoplosbaar zout. Vandaar dat neutralisatie van een zure afvalstroom precipitatie van zware metalen kan veroorzaken. Ze hydroxiden van zware metalen zijn meestal onoplosbaar, dus kalk of bijtende middelen wordt vaak gebruikt om ze te precipiteren.

Coagulatie en flocculatie:

Precipitatie wordt sterk verbeterd door het toevoegen van coagulanten. Meest gebruikte co-agulant is aluin. Vele polyelektrolyten worden gebruikt als coagulanten. Deze coagulanten neutraliseren de lading van colloïden in gesuspendeerde toestand, waardoor ze snel kunnen bezinken.

Oxidatie en reductie:

De chemische processen van oxidatie en reductie kunnen worden gebruikt om giftige verontreinigende stoffen om te zetten in onschadelijke of minder giftige stoffen. Afval van zware metalen wordt onderworpen aan een reductieproces om te precipiteren tot veiligere verbindingen van zware metalen. Voorbeeld is zeswaardig chroom wordt geprecipiteerd in driewaardig chroomhydroxide. Evenzo neutraliseert alkalische chlorering van cyanide zeer toxisch cyanideafval.

Ionenuitwisselingsmethoden:

Ionenwisseling is omkeerbare uitwisseling van ionen tussen vloeibare en vaste fasen. Ionen die door elektrostatische krachten worden vastgehouden aan geladen functionele groepen op het oppervlak van onoplosbare vaste stoffen worden vervangen door ionen met dezelfde lading in een oplossing. Ionenuitwisseling is stoichiometrische, omkeerbare en selectieve verwijdering van opgeloste ionensoorten.