Разработка процесса инкапсуляции токсичных отходов и опасных химических веществ в псевдоожиженном слое

Цели. Исследование процесса инкапсуляции в условиях псевдоожиженного слоя жидких и твердых токсичных отходов, содержащих химические вещества 1–3 классов опасности.
Методы. Для исследований в качестве затравочного материала использовался грунт, загрязненный гексахлорбензолом и гексахлорциклогексаном. Инкапсулянтом выступал церезин, который при температуре 135 °С распылялся в псевдоожиженный слой через пневматическую форсунку. Эксперименты осуществлялись на модифицированной лабораторной установке GLATT AGT-150. Перед распылением церезина в грунт через пневматические форсунки вводились связующие – плав высокотемпературного каменноугольного пека и сточные воды, содержащие соли натрия, мышьяка, а также оксиды тяжелых металлов.
Результаты. Показано, что механизм гранулообразования носит смешанный характер. Связывание исходных частиц загрязненного грунта осуществляется как пеком, так и за счет высаливания. При этом полости в агломерате частично заполняются отложениями солей, что увеличивает прочность и целостность структуры конечного продукта. Установлены диапазоны значений управляющих параметров процесса, при которых в слое отсутствовала нежелательная агломерация, а пылеобразование не превышало 5%. При отношении массы слоя частиц (гранул) к массе поданного церезина, равном единице, получен влагоустойчивый сыпучий пригодный для транспортировки и длительного хранения продукт 5 класса опасности. Средние диаметры исходных частиц и капсулированных гранул соответственно составляют 0.5 мм и 1.5 мм.
Выводы. Выполненные исследования показали принципиальную возможность проведения в одном аппарате процесса сушки-грануляции-капсулирования токсичных отходов и опасных химических веществ 1–3 классов опасности с образованием сыпучего продукта 5 класса опасности, обладающего влагоустойчивостью, а также пригодного для транспортировки и длительного хранения. Полученные результаты могут быть использованы при разработке промышленного крупнотоннажного процесса инкапсуляции отходов 1–3 классов опасности.

1. Jiang X., Li Y., Yan J. Hazardous waste incineration in a rotary kiln: a review. Waste Dispos. Sustain. Energy. 2019;1(1):3–37. https://doi.org/10.1007/s42768-019-00001-3

2. Block C., Van Caneghem J., Van Brecht A., et al. Incineration of Hazardous Waste: A Sustainable Process? Waste Biomass Valor. 2015;6(2):137–145. https://doi.org/10.1007/s12649-014-9334-3

3. Sheu E.Y., Mullins O.C. (Eds.). Asphaltenes: fundamentals and applications. New York: Springer; 1995. 258 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-9293-5

4. Spence R.D., Shi C. (Eds.). Stabilization and Solidification of Hazardous, Radioactive, and Mixed Wastes. Boca Raton: CRC Press; 2005. 391 p.

5. Leist M., Casey R.J., Caridi D. The fixation and leaching of cement stabilized arsenic. Waste Manag. 2003;23(4):353–359. https://doi.org/10.1016/S0956-053X(02)00116-2

6. Clancy T.M., Snyder K.V., Reddy R., Lanzirotti A., Amrose S.E., Raskin L., et al. Evaluating the cement stabilization of arsenic-bearing iron wastes from drinking water treatment. J. Hazard. Mater. 2015;300:522–529. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.07.051

7. Shon J.S., Lee S.H., Kim G.N., Kim I.T., Shin H.S. Effect of Polyethylene as Additive on the Bituminized Waste Form with Hazardous Ash Waste. Environ. Technol. 2000;21(4):407–415. https://doi.org/10.1080/09593332108618100

8. Brandt H.C.A., De Groot P.C. Aqueous leaching of polycyclic aromatic hydrocarbons from bitumen and asphalt. Wat. Res. 2001;35(17):4200–4207. https://doi.org/10.1016/S0043-1354(01)00216-0

9. Шахова Н.А. Конструирование и расчет аппаратов с псевдоожиженным слоем: учеб. пособие. М.: МИХМ; 1978. 83 с. [Shahova N.A. Konstruirovanie i raschet apparatov s psevdoozhizhennym sloem: Uchebnoe posobie (Design and calculation of fluidized bed apparatuses: Tutorial). Moscow: MIHM; 1978. 83 p. (in Russ.).]

10. Parikh D.M. Handbook of Pharmaceutical Granulation Technology: 2nd ed. Boca Raton: Taylor & Francis Group; 2005. 654 p.

11. Елеев Ю.А., Глухан Е.Н., Казаков П.В., Беликов В.А. Особенности масштабирования процесса сушки-грануляции в псевдоожиженном слое в условиях принципиальных конструкционных различий натурной и модельной установок. Хим. Пром. Cегодня. 2016;6:34–44. [Eleev Yu.A., Glukhan E.N., Kazakov P.V., Belikov V.A. Features of the fluidized bed granulation scale-up process under the fundamental structural differences between model and industrial units. Khim. Prom. Segodnya (Chem. Ind. Today). 2016;6:34–44 (in Russ.).]

12. Schæfer T., Wørts O. Control of fluidized bed granulation. III. Effects of inlet air temperature and liquid flow rate on granule size and size distribution. Control of moisture content of granules in the drying phase. Arch. Pharm. Chem. Sci. 1978;6:1–13.

13. Smith P.G. Applications of fluidization to food processing. Oxford: Blackwell; 2007. 258 p.

14. Masters K. Spray Drying: An Introduction to Principles Operational Practice and Applications. London: Leonard Hill Books; 1972. 668 p.

15. Knight P.C. An investigation of the kinetics of granulation using a high shear mixer. Powder Technol. 1993;77(2):159–169. https://doi.org/10.1016/0032-5910(93)80053-D

16. Dencs B., Ormós Z. Particle formation from solution in a gas fluidized bed. I. Powder Technol. 1982;31(1):85–91. https://doi.org/10.1016/0032-5910(82)80007-7

17. Crooks M.J., Schade H.W. Fluidized bed granulation of a microdose pharmaceutical powder. Powder Technol. 1978;19(1):103–108. https://doi.org/10.1016/0032-5910(78)80077-1

18. Waldie B. Growth mechanism and the dependence of granule size on drop size in fluidized-bed granulation. Chem. Eng. Sci. 1991;46(11):2781–2785. https://doi.org/10.1016/0009-2509(91)85147-P

19. Bayvel L., Orzechowski Z. Liquid Atomization. Washington: Taylor & Francis; 1993. 477 p.

20. Hemati M., Cherif R., Saleh K., Pont V. Fluidized bed coating and granulation: influence of process-related variables and physicochemical properties on the growth kinetics. Powder Technol. 2003;130(1–3):18–34. https://doi.org/10.1016/S0032-5910(02)00221-8

21. Shornikova O.N., Malakho A.P., Govorov A.V., Galiguzov A.A., Nashchokin A.V., Avdeev V.V. Wetting of Carbon Fibers by Coal-Tar Pitch Melts. Fibre Chem. 2016;47(5):367–371. https://doi.org/10.1007/s10692-016-9694-5