Термическая обработка почвы, осадочных отложений, подпочвы и шлама ex situ

6.21. Дезактивация горячим газом

Процесс заключается в повышении температуры загрязненного оборудования или материала до 260 ° C (500 °F) в течение определенного периода времени. Выделяемый из материала газ обрабатывается в форсажной системе для уничтожения всех летучих загрязняющих веществ. В результате применения данного метода уничтожаются накопленные нереализуемые отходы, которые необходимо уничтожить в качестве опасных веществ. Данный метод разрешает повторное использование или уничтожение отходов в качестве неопасных веществ.

Дезактивация горячим газом может также использоваться для дезактивации загрязненной взрывчатыми веществами каменной кладки и металлических конструкций. Это метод предусматривает пломбирование и изоляцию конструкций, нагревание горячей струей газа до 260 °C (500 °F) в течение предписанного периода времени, выделение взрывчатых загрязняющих веществ и их разрушение в форсажной системе. Операционные условия зависят от конкретных условий участка. Загрязняющие вещества полностью уничтожаются.

Данный метод применяется для обработки оборудования, требующего дезактивации для повторного использования. Этот метод также применяется в отношении взрывных устройств, например, мин и снарядов, которые были обезврежены (после удаления взрывчатых веществ) или утильсырья, загрязненного взрывчатыми веществами.

Данный метод может также использоваться для очистки зданий и сооружений, относящихся к заводам боеприпасов, арсеналам и хранилищам, участвующим в производстве, переработке, погрузке и хранении пиротехнических изделий, ракетного топлива и ВВ.

Ограничивающие факторы:

• Стоимость работ по данному методу выше стоимости работ при применении метода открытого горения.
• При проектировании испарительной камеры необходимо учитывать возможность взрывов неправильно обезвреженных мин и снарядов.
• Скорость дезактивации оборудования и материалов может быть ниже, чем при использовании метода открытого горения.

6.22. Сжигание

Для выделения и сжигания (в присутствии кислорода) галогенированных и других органических соединений, не поддающихся биологическому распаду и содержащихся в опасных отходах, используются высокотемпературные режимы: от 870 °C до 1,200 °C (от 1,400 °F до 2,200 °F). Для инициирования и поддержания процесса сжигания часто используются вспомогательные горючие материалы. Эффективность измельчения и удаления отходов в эксплуатируемых соответствующим образом установках для сжигания отходов превышает требуемый уровень 99.99% в отношении опасных отходов; данные установки могут обеспечить операционную эффективность на требуемом уровне 99.9999% в отношении диоксинов и ПХБ. Как правило, отходящие газы и отходы горения требуют обработки.

Камера сгорания с кипящим слоем

В камере сгорания с кипящим слоем используется высокоскоростной поток воздуха для удержания циркулирующих частиц и создается высокотурбулентная зона сжигания, которая разрушает токсичные углеводороды. Камера сгорания с кипящим слоем работает при температуре ниже температуры в обычных установках для сжигания (от 1,450 °F до 1,600 °F). Высокая турбулентность в камере сгорания с кипящим слоем создает вокруг камеры сжигания одинаковую температуру и горячий циклон. Во время сжигания в ней также полностью смешиваются отходы. Эффективный процесс смешивания и низкая температура горения уменьшают операционные затраты и потенциальные выбросы таких газов, как оксиды азота и окись углерода.

Псевдоожиженный слой

В циркулирующем псевдоожиженном слое используется высокоскоростной поток воздуха для циркуляции и поддержания частиц отходов в подвешенном состоянии в змеевике сжигания при температуре 870 °F (1,600 °F). В другой экспериментальной установке, инфракрасной установке, используется технология нагрева с помощью электрического сопротивления или косвенно нагреваемого излучателя труб U-образной формы для нагревания материалов, поступающих через камеру на ленточный конвейер; температура процесса составляет до 870 °F (1,600 °F).

Инфракрасное сжигание

Технология инфракрасного сжигания - это мобильная система термообработки, которая использует карбидокремниевые электроды с электрическим приводом для нагревания органических отходов до температуры горения. Отходы подаются в основную камеру и подвергаются инфракрасному облучению (до 1,850 °F) с помощью карбидокремниевых электродов, расположенных над ленточным конвейером. Воздуходувка поставляет воздух в выбранные области вдоль ленточного конвейера для контроля над скоростью окисления отходов. Оставшиеся горючие вещества сжигаются в печи дожига.

Вращающаяся обжиговая печь

Промышленная установка для сжигания отходов представляет собой вращающуюся обжиговую печь, оборудованную камерой дожига, теплоотводом в стенку камеры сгорания и системой контроля над загрязнением воздушной среды. Вращающаяся обжиговая печь - это вращающийся, слегка наклонный цилиндр с огнеупорной футеровкой, который используется в качестве камеры сгорания и эксплуатируется при температуре до 980 °F (1,800 °F).

Отходящие газы требуют очистки с помощью системы контроля над загрязнением воздушной среды для удаления твердых частиц, нейтрализации и удаления высокосернистых газов (хлористоводородная кислота, оксиды азота и сернокислые оксиды). Пылеуловители с рукавными фильтрами, скрубберы Вентури и влажные электрофильтры удаляют твердые частицы; насадочные скрубберы и распылительные сушилки удаляют высокосернистые газы.

Технология сжигания, в основном за пределами участка производства, выбирается и используется в качестве корректирующей меры на более чем 150 объектах Суперфонда. Технологии сжигания регулируются рядом технологических нормативно-правовых актов, включая следующие федеральные требования: Закон о контроле над загрязнением воздуха (выбросы в атмосферу), Закон о контроле над токсическими веществами (ПХД очистка и удаление), Закон об охране и восстановлении ресурсов (производство опасных отходов, очистка, хранение и удаление), нормативы Национальной системы предотвращения сброса загрязняющих веществ (сброс в открытые водоемы) и НКА (шумы). Процесс сжигания может быть краткосрочным и долгосрочным.

Сжигание используется для очистки почв, загрязненных взрывчатыми веществами и опасными отходами, в основном хлорированными углеводородами, ПХБ и диоксинами.

Ограничивающие факторы:

· Для сжигания ПХБ и диоксинов разрешается использовать только одну внешнюю установку для сжигания отходов.

· Существуют специфические требования в отношении начальной крупности и технических условий обработки материалов, которые могут оказать влияние на целесообразность применения данного метода и стоимость работ на определенных участках.

· Тяжелые металлы могут привести к возникновению топочной золы, которая требует стабилизации.

· При сжигании быстро испаряющихся тяжелых металлов, включая свинец, кадмий, ртуть и мышьяк, выделяются газообразные продукты сгорания, поэтому камера сгорания должна быть оборудована системой газоочистки.

· Металлы могут вступать в реакцию с другими элементами, находящимися в подаваемом потоке (например, хлорин или сера), образуя более летучие и токсичные соединения, чем первоначальные соединения. Такие компоненты являются недолговечными промежуточными продуктами реакции и могут быть уничтожены с помощью щелочного раствора.

· Двууглекислый натрий и калий образуют котельный шлак, который характеризуется низкой температурой плавления, может воздействовать на кирпичную кладку и образовывать вязкие частицы, которые загрязняют газоотводные каналы.

6.23. Открытое сжигание/открытая детонация

Открытое сжигание/открытая детонация применяются для уничтожения избыточных, устаревших или непригодных для использования боеприпасов и энергетических материалов. При открытом сжигании боеприпасы и энергетических материалов уничтожаются при самоподдерживающемся процессе сжигания, который производится при использовании открытого пламени, высоких температур или взрывной волны. В этом случае, можно использовать также дополнительное топливо для розжига и поддержания процесса сжигания материалов. При технологии открытой детонации взрывчатые вещества и боеприпасы уничтожаются с помощью детонации, которая, как правило, инициируется с помощью энергетического заряда.

В прошлом открытое сжигание/открытая детонация в основном проводились на поверхности или в шахтах. В последнее время для контроля и сдерживания процесса уничтожения энергетических материалов и возникающих загрязняющих веществ/вредных выбросов, используются поддоны для сжигания и воздушные камеры. В процессе детонации воздушные камеры могут находиться под землей и могут быть покрыты почвенным слоем для дальнейшей минимизации вредных выбросов.

С помощью технологий открытого сжигания/открытой детонации можно уничтожить многие виды ВВ и пиротехнических составов. Области открытого сжигания должны выдерживать случайную детонацию одного или всех уничтожаемых энергетических материалов, если только специалисты в области открытого сжигания не придут к заключению, что технические характеристики материалов для сжигания свидетельствуют о том, что их сжигание возможно без детонации. До применения технологии открытого сжигания необходимо проконсультироваться со специалистами, обладающими такими знаниями, особенно если материалы содержат инициирующие взрывчатые вещества в любом количестве.

Открытое сжигание/открытая детонация могут быть инициированы с помощью электрического заряда, заряда зажигательного материала или энергетической системы розжига. Электрические установки предпочтительнее для использования, так как они обеспечивают лучший контроль над моментом воспламенения. В электрической установке электрический ток нагревает мостик электровоспламенителя, который поджигает инициирующее взрывчатое или пиротехническое вещество, которое в свою очередь поджигает или вызывает детонацию материала, предназначенного для сжигания или детонации. При необходимости, для инициации сжигания или детонации используются огнепроводные шнуры, которые состоят из пиротехнических составов, обернутых пластиковой герметизирующей прокладкой. В качестве воспламенительного заряда могут также использоваться отходы энергетических материалов или сухой активированный уголь после очистки в розовой или красно-бурой воде.

Открытое сжигание/открытая детонация могут применяться для разрушения избыточных, устаревших или вышедших из эксплуатации боеприпасов, компонентов, энергетических материалов, а также для очистки среды, зараженной энергетическими материалами.

Ограничивающие факторы:

· Для открытых процессов необходимо соблюдать минимальные требования по расстоянию, которые заключаются в наличии больших площадей для обеспечения безопасности.

· Сбор вредных выбросов от операций по открытому сжиганию/открытой детонации в полном объеме для последующей очистки затруднен. Проведение таких операций не разрешается в районах с ограничениями выбросов, однако подземные процессы могут минимизировать выбросы загрязняющих веществ.

· При открытых операциях по открытому сжиганию/открытой детонации ветер должен относить искры, пламя, дым и токсичные газы от расположенных рядом сооружений. Операции по открытому сжиганию/открытой детонации не проводятся во время сильных песчаных бурь, снегопада или грозы, приводящих к возникновению статического электричества, которое может вызвать непредвиденную детонацию.

· Для проведения открытого сжигания/открытой детонации требуются разрешения в соответствии с пп. 10 закона «О сохранении и возобновлении ресурсов».

· Кроме того, при росте ограничений на проведение открытого сжигания/открытой детонации возможности для министерства обороны проводить очистку энергетических материалов уменьшаются, и их уничтожение с помощью открытого сжигания/открытой детонации может быть запрещено.

6.24. Пиролиз

Пиролиз - это химическое разложение органических соединений под действием повышения температуры и при отсутствии кислорода. Получить полностью бескислородную среду практически невозможно; существующие установки пиролиза работают при наличии кислорода, количество которого меньше стехиометрического соотношения. В связи с тем, что в любой установке пиролиза присутствует некоторое количество кислорода, в ходе процесса будет происходить небольшое окисление. Если отходы содержат летучие или полулетучие материалы, будет происходить термодесорбция.

В процессе пиролиза происходит трансформация опасных органических материалов в газообразные компоненты, небольшое количество жидкости и твердые остатки (уголь), содержащие твёрдый углерод и золу. При пиролизе органических материалов выделяются горючие газы, включая угарный газ, водород, метан и другие углеводородные соединения. При охлаждении отходящих газов происходит конденсация жидкости, в результате которой образуются нефтяные остатки/асфальтовый пек и загрязненная вода. Как правило, пиролиз происходит под давлением и при температуре процесса выше 430 °C (800 °F). Пирогаз требует дальнейшей обработки. Отходящие газы могут быть обработаны во вторичной камере сгорания, подвергнуты сжиганию в факеле и частично конденсированы. Для удаления твердых частиц также требуется такое оборудование, как тканевые фильтры или влажные скрубберы.

Для пиролиза отходов используются традиционные методы термообработки, такие как вращающаяся обжиговая печь, печь с вращающимся подом или печь с кипящим слоем. Печи и топки, используемые для пиролиза, аналогичны оборудованию, описанному в разделе 4.23 «Сжигание». Однако они работают при более низких температурах и требуют меньшего количества сжатого воздуха по сравнению с процессом обжига. Для пиролиза отходов может также использоваться расплавленная соль. Эти процессы описаны ниже:

Вращающаяся обжиговая печь

Вращающаяся обжиговая печь представляет собой вращающийся, наклонный цилиндр с огнеупорной футеровкой, который служит камерой разогрева.

Печь с кипящим слоем

В циркулирующем псевдоожиженном слое используется высокоскоростной поток воздуха для циркуляции и поддержания частиц отходов в подвешенном состоянии в контуре обогрева при температуре до 430 °C (800 °F).

Разрушение с помощью расплавленной соли

Разрушение с помощью расплавленной соли - это один из видов пиролиза. При разрушении с помощью расплавленной соли в инсинераторе, действующем на основе расплавленной соли, в качестве проводника тепла и среды реакции/ очистки для уничтожения опасных веществ используется расплавленный, вихревой слой, например, углекислый натрий. Измельченные твердые отходы загружаются с помощью нагнетания воздуха под слой расплавленной соли. Горячий газ, состоящий в основном из углекислого газа, фракции и не вступивших в реакцию компонентов, поднимается через слой расплавленной соли, проходит через зону вторичной реакции и систему очистки отходящих газов до выброса в атмосферу. Другой побочный продукт пиролиза реагирует со щелочным солевым расплавом, в результате чего образуется неорганический продукт, который остается в расплаве. Использованная расплавленная соль, содержащаяся золу, удаляется из реактора, охлаждается и помещается на полигон захоронения промышленных отходов.

Пиролиз - это инновационная технология. Несмотря на то, что основные концепции и операции, связанные с этим процессом, были проверены, оценка эксплуатационных данных по инновационным технологиям в соответствии с методами, утвержденными Агентством по охране окружающей среды и отвечающими стандартам по проверке/контролю качества Агентства охраны окружающей среды, не была проведена. В настоящее время эксплуатационные данные доступны только поставщикам услуг. Кроме того, существующие данные ограничены по объему и количеству/качеству и зачастую защищены правами собственности.

Целевые группы загрязняющих веществ для пиролиза включают полулетучие органические соединения и пестициды. Данный процесс применяется для выделения органических веществ из отходов нефтеперерабатывающего производства, отходов каменноугольной смолы, отходов деревообработки, загрязненных креозотом почв, загрязненных углеводородами почв, смешанных отходов (радиоактивных и опасных), отходов производства синтетического каучука, лакокрасочных отходов.

Системы пиролиза могут применяться к органическим материалам, которые расщепляются или подвергаются химическому разложению в присутствии тепла. Пиролиз доказал свою эффективность при обработке загрязняющих веществ органического происхождения в почве и нефтяном шламе. Химические загрязняющие вещества, в отношении которых имеются данные по очистке, включают ПХБ, диоксины, полициклические ароматические углеводороды и другие органические вещества. Пиролиз не является эффективным методом для разрушения или физического выделения неорганических веществ из загрязненной среды. Летучие металлы могут быть удалены в результате повышения температуры при пиролизе, но обычно они не разрушаются.

Ограничивающие факторы:

· Существуют специфические требования в отношении начальной крупности и технических условий обработки материалов, которые могут оказать влияние на целесообразность применения данного метода и стоимость работ на определенных участках.

· Данная технология требует проведения осушки почвы для достижения низкого уровня влажности почвы (< 1%).

· Исходные материалы с высокой абразивной способностью могут повредить процессорный модуль.

· Высокий уровень влажности увеличивает затраты на очистку.

· Для очищенной среды, содержащей тяжелые металлы, может потребоваться стабилизация.

6.25. Термальная десорбция

Термальная десорбция - это процесс физического разделения на фракции, который не предназначен для разрушения органических соединений. Отходы нагреваются для выпаривания воды и органических загрязняющих веществ. Выделяющиеся из отходов вода и органические вещества поступают в систему очистки газа через систему подачи газа или вакуумную систему. Температура фильтрующего слоя и продолжительность нахождения в устройстве способствуют испарению выбранных загрязняющих фракций, но обычно не окисляют их.

Две установки, которые обычно используются для термальной десорбции - это барабанная сушилка и термальный винтовой компрессор. Барабанная сушилка - это горизонтальный цилиндр, нагреваемый косвенно или имеющий прямой огневой подогрев. Сушилка обычно имеет угол наклона и вращающуюся конструкцию. Термальный винтовой компрессор имеет винтовой транспортер и змеевик, которые используются для транспортировки отходов через закрытый желоб. Горячее масло или пар проходят через змеевик и косвенно подогревают отходы. Все системы термальной десорбции требуют очистки отходящих газов для удаления твердых частиц и загрязняющих веществ. Твердые частицы удаляются с помощью обычного оборудования, предназначенного для удаления твердых частиц (например, влажные скрубберы или тканевые фильтры). Загрязняющие вещества удаляются в процессе конденсации и последующей адсорбции активированным углем или разрушаются во вторичной камере сжигания или каталитической установке окисления. Большинство этих установок являются мобильными. Существует три типа термальной десорбции. Ниже представлено их краткое описание:

Прямой огневой подогрев: огонь подается напрямую на поверхность загрязненной среды. Главная цель этого процесса заключается в извлечении загрязняющих веществ из почвы, хотя некоторые виды загрязняющих веществ могут быть подвержены термальному окислению.

Косвенный подогрев: вращающаяся сушилка с прямым огневым подогревом нагревает воздушный поток, который при прямом контакте десорбирует воду и органические загрязняющие вещества из почвы. Низкотемпературная термоаэрация, разработанная корпорацией Canonie Environmental Services Corporation, - это наглядный пример системы с косвенным подогревом, которая успешно использовалась для удаления веществ типа ДДТ из почвы.

Наружный подогрев: во вращающейся сушилке с наружным подогревом происходит выпаривание воды и органических веществ из загрязненной среды, которые поступают в газовый поток в инертном газо-носителе. Затем происходит очистка газа-носителя для удаления или извлечения загрязняющих веществ. Системы термальной десорбции XTRAX™ - это процесс, использующий десорбцию с нагревом плитами и последующей очисткой газа высокоэффективными скрубберами. При использовании этой технологии было успешно удалено >99% ПХБ из загрязненной почвы.

В зависимости от температурного режима десорбции процесс термодесорбции можно разделить на две группы: высокотемпературная термодесорбция и низкотемпертурная термодесорбция.

Высокотемпературная термодесорбция

Высокотемпературная термодесорбция - это комплексная технология, при которой отходы нагревают до температуры от 320 до 560 °C (от 600 до 1,000 °F). Высокотемпературная термодесорбция часто используется в комбинации со сжиганием, кристаллизацией/стабилизацией и дехлорированием в зависимости от условий конкретного участка. Данная технология успешно доказала, что в результате ее использования можно получить уровень концентрации загрязняющих веществ ниже 5 мг/кг для целевой группы загрязняющих веществ.

Низкотемпертурная термодесорбция

При низкотемпертурной термодесорбции отходы нагреваются до температуры 90 и 320 °C (от 200 до 600 °F). Низкотемпертурная термодесорбция - это комплексная технология, которая оказалась эффективной для очистки всех видов почв от нефтяных углеводородов. Эффективность разрушения загрязняющих веществ в камерах дожига составляет более 95%. Аналогичное оборудование с незначительными модификациями (при необходимости) возможно будет соответствовать более строгим требованиям. Обеззараженная почва сохраняет свои физико-химические свойства. Если не использовать температуру выше температуры установленного уровня при низкотемпертурной термодесорбции, органические компоненты в почве не разрушаются. Это позволяет очищенной почве сохранять возможность биологической активности в будущие периоды.

Системы термальной десорбции имеют различные степени эффективности в отношении различных видов органических загрязнений. Целевые типы загрязняющих веществ для системы низкотемпертурной термодесорбции включают негалогенированные летучие органические соединения и некоторые виды топлива. Данная технология может применяться для обработки полулетучих органических соединений, однако ее эффективность в этом случае снижается.

Целевые типы загрязняющих веществ для системы высокотемпертурной термодесорбции включают полулетучие органические соединения, полициклические ароматические углеводороды, ПХБ и пестициды. Однако данная технология может применяться в отношении летучих органических соединений и некоторых видов топлива, но процесс очистки будет более затратным. С помощью системы высокотемпературной термодесорбции можно удалять летучие металлы. Присутствие хлорина может оказать влияние на испарение некоторых видов металлов, например, свинца. Данный процесс применяется для выделения органических веществ из отходов нефтеперерабатывающего производства, отходов каменноугольной смолы, отходов деревообработки, загрязненных креозотом почв, загрязненных углеводородами почв, смешанных отходов (радиоактивных и опасных), отходов производства синтетического каучука, лакокрасочных отходов.

Ограничивающие факторы:

· Существуют специфические требования в отношении начальной крупности и технических условий обработки материалов, которые могут оказать влияние на целесообразность применения данного метода и стоимость работ на определенных участках.

· Для достижения приемлемого уровня влажности почвы может потребоваться проведение ее осушки.

· Исходные материалы с высокой абразивной способностью могут повредить процессорный модуль.

· Тяжелые металлы, содержащиеся в материале, могут привести к возникновению очищенных твердых остатков, которые потребуют стабилизации.

· Глинистая и илистая почва, а также почвы с высоким содержанием гумуса увеличивают время реакции в результате связывания загрязняющих веществ.