способ утилизации твердых ртутьсодержащих отходов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ утилизации твердых ртутьсодержащих отходов, включающий стадию окисления с последующей выдержкой, затем обработку смеси отходов с демеркуризационным раствором полисульфида щелочного металла при соотношении раствор полисульфида щелочного металла к смеси, равном 1-4:10 мас.%, соответственно, с последующим выдерживанием реакционной смеси, отличающийся тем, что отходы разделяют на две части, одну из которых, содержащую измельченные отходы, обрабатывают окислителем, а затем демеркуризационным йодно-спиртовым или сернистого натрия раствором, а вторую часть отходов в виде аэросмеси пропускают через нанопористый углеродный сорбент НУМС-J с содержанием йода 5-10%.

2. Способ утилизации твердых ртутьсодержащих отходов по п.1, отличающийся тем, что окислитель выбирают из ряда: хлорная известь, хлорамин, белизна с концентрацией 1,5-20,0%.

3. Способ утилизации твердых ртутьсодержащих отходов по п.1, отличающийся тем, что в качестве полисульфида щелочного металла используют раствор полисульфида кальция или полисульфида натрия с концентрацией 5,0-10%, а йодно-спиртовой или сернистого натрия с концентрацией 2,0-3,0 и 5,0% соответственно.

4. Способ утилизации твердых ртутьсодержащих отходов по п.1, отличающийся тем, что время выдержки с окислителем и время выдержки с демеркуризационным раствором составляет 1 час соответственно.

5. Устройство для утилизации ртутьсодержащих отходов, содержащее узел загрузки и измельчения, узел очистки и узел аэросмеси, отличающееся тем, что узел загрузки и измельчения выполнен в виде скошенного цилиндра со съемной металлической трубой и снабжен дробильно-сепарационным устройством, желобом отвода тяжелых фракций в технологический контейнер для тяжелых фракций, узел очистки выполнен в виде усеченного конуса, соединенного фланцем с цилиндрической емкостью с перфорированным шнеком, снабженным вентилем слива раствора, а верхняя часть перфорированного шнека снабжена выгрузочным фланцем для отвода в бункер-накопитель, причем средняя часть конуса снабжена патрубком подачи раствора, уровнемером, а верхняя часть конуса имеет отвод на узел аэросмеси, узел аэросмеси выполнен в виде адсорбера колонного типа и снабжен фторопластовыми вставками в верхней и нижней части адсорбера, между которыми находится нанопористый углеродный сорбент НУМС-J, содержащий йод 5-10%.

6. Устройство для утилизации ртутьсодержащих отходов по п.5, отличающееся тем, что дробильно-сепарационное устройство выполнено в виде вращающейся цепи.

7. Устройство для утилизации ртутьсодержащих отходов по п.5, отличающееся тем, что узел очистки выполнен с возможностью совмещения процессов окисления и демеркуризации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для утилизации твердых ртутьсодержащих отходов, в частности отработанных и дефектных компактных люминесцентных ламп.

Отходы переработки компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) представляют собой стеклобой с люминофором, полученный в технологическом процессе утилизации выводимых из эксплуатации и утилизируемых ртутьсодержащих осветительных устройств и электрических ламп, и являются отходом 1 класса опасности, поскольку содержат ртуть, адсорбированную в слое люминофора на внутренней поверхности стеклянных колб этих ламп. Вследствие этого отработанные и дефектные люминесцентные лампы необходимо обезвреживать способами и в специальных установках, исключающих ртутное загрязнение окружающей среды.

Изобретение относится к способам утилизации компактных люминесцентных ламп (твердые отходы) и устройству для его осуществления, представляющему собой установку утилизации ртутьсодержащих отходов (УУРО), которая обеспечивает разделение компактных люминесцентных ламп на цоколи, ЭПРУ (электронно-пусковое регулирующее устройство) и стеклобой с люминофором, обезвреживание ртутьсодержащего стеклобоя с люминофором путем обработки демеркуризационным раствором (полисульфида кальция, натрия, сернистого натрия, йодом в растворе йодистого калия) с иммобилизацией ртути и переводом в нерастворимое соединение - сульфид либо йодид ртути, обеспечение остаточного загрязнения соединениями ртути цоколей и ЭПРУ до величин менее ПДК ртути в почве (2,1 мг/кг), очистку воздуха от паров ртути в адсорбере, заполненном нанопористым йодсодержащим углеродным сорбентом НУМС-J до содержания ртути в атмосферном воздухе менее ПДК (0,0003 мг/м ³), максимальное содержание паров ртути в воздухе рабочей зоны не более 0,01 мг/м³, обезвреживание твердых отходов компактных люминесцентных ламп до IV класса опасности и безопасным захоронением.

Известны способы утилизации люминесцентных ламп. По способу демеркуризации люминесцентных ламп (Патент 2052527; С22 В 43/00; 20.01.1996, Гамаюнов С.Н.) измельчение ламп под слоем воды проводят с одновременным отделением цоколей и непрерывной отмывкой люминофора. Стеклянный бой разделяют на мелкую и крупную фракции с последующей обработкой мелкой фракции азотной кислотой, а крупной фракции - хлорсодержащим раствором. После нейтрализации растворов азотной кислоты и хлорсодержащего раствора их пропускают через катионообменную смолу. После насыщения смолу регенерируют с последующей обработкой элюата сульфидом аммония или натрия до выпадения сульфида ртути в осадок.

По способу утилизации изделий, содержащих ртуть или ее пары, например люминесцентных ламп (Патент 2083709, 10.07.1997. Научно-производственное объединение "ЭНЭКО" Бебелин И.Н.; Беляева Л.Б.; Данилкин В.И.; Пузанова Н.В.; Семенов И.Ю) изделия, содержащие ртуть, разбивают и обрабатывают под слоем водного раствора полисульфида кальция с содержанием серы 50-90 г/л при температуре 20-45°С, затем проводят промывку отходов водным раствором полисульфида кальция с содержанием серы 20-40 г/л при комнатной температуре и сортировку отходов. Предложенный способ обеспечивает замкнутый технологический цикл обработки, что предотвращает угрозу вредных выбросов в атмосферу и сточные воды.

Известен способ переработки вышедших из строя люминесцентных ламп, представляющий собой ртутьсодержащий люминофор, который смешивают с 10%-ным водным раствором полисульфида кальция, используемым как демеркуризатор, в количестве не менее 400 мл раствора на 1000 г сухого люминофора (Патент 2280670, Тимошин В.Н., Косорукова И.В., Макарченко Г.В.).

Недостатком этих способов является образование множества конечных продуктов, загрязненных ртутью и ее соединениями (стеклобой, металлические цоколи, люминофор). Хотя обработка раствором полисульфида кальция ртутьсодержащих ламп приводит к образованию сульфида ртути, который удаляется, но все отходы промываются и накапливается большой объем ртутьсодержащих растворов, которые необходимо дополнительно очищать от ртути. Все это приводит к дополнительным операциям - промывке, просушке и сортировке отходов, что усложняет технологию.

Наиболее близким по техническому решению является способ демеркуризации ртутьсодержащих отходов, в частности люминофора, гранозана, ртутьсодержащего почвогрунта, который включает обработку отходов раствором полисульфида кальция. Перед обработкой раствором полисульфида кальция отходы смешивают с окислителем, содержащим активный хлор, в количестве, равном 0,15-10,0 мас.% от массы отходов. Затем вводят воду и выдерживают смесь. Полученную смесь подвергают обработке раствором полисульфида кальция при соотношении раствор полисульфида кальция к смеси, равном 1-4:10 мас.% соответственно, с последующим выдерживанием реакционной смеси. Техническим результатом изобретения является то, что отсутствует необходимость использования сложного оборудования; утилизированные отходы, переведенные из 1 класса в 4 класс опасности, содержат вкрапления сульфида ртути, не представляющего опасности для окружающей среды и безопасны для захоронения (Пат RU 2400545 2010, Левченко Л.М. и др.)

Из предшествующего уровня техники известны способы и устройства для утилизации люминесцентных ламп, например, в (А.С. СССР 1102284. М.кл. С22В 43/00, 1989 г.) приводится описание установки для демеркуризации, содержащей приемный бункер, дозатор подачи ламп в дробилку, шнековый транспортер лампового боя в печь возгонки, приемник твердых отходов, дожигатель газов, конденсатор и фильтр.

В патенте (РФ 2009237, М.кл. С22В 43/00, 1994 г.) описывается установка для демеркуризации ртутных ламп, в которой реализуется термический способ демеркуризации ртутных ламп. Установка выполнена в виде модуля с несущей пространственной рамой, на которой установлены все элементы установки, включая бункер с дозатором и дробилкой, средство для подачи боя ламп в печь возгонки и т.д.

Недостатком этих патентов являются повышенные энергозатраты на демеркуризацию, обусловленные тем, что при переработке весь лом ламп перемешивается, многократно измельчается и сортируется, а затем подвергается дальнейшей переработке. Это снижает эффективность утилизации.

Известна установка утилизации люминесцентных ламп (наиболее близкая - прототип) и способ их утилизации (Пат.RU 2365432, 27.08.2009. Макарченко Г.В., Тимошин В.Н.). Установка утилизации люминесцентных ламп включает систему вытяжной вентиляции, подключенную к камере очистки лампового боя от люминофора, снабженную загрузочным узлом с клапанным затвором и измельчителем, а также узлом выгрузки очищенных компонентов лампового боя. Камера очистки лампового боя от люминофора выполнена в виде двойного циклона, состоящего из соосных верхнего и нижнего циклонов, при этом верхний циклон частично расположен в нижнем циклоне и снабжен загрузочным узлом с тангенциальным патрубком для ввода аэросмеси фракций лампового боя. Нижняя часть нижнего циклона выполнена в виде сборника очищенных от люминофора компонентов лампового боя, являющихся смесью относительно тяжелых фракций и снабжена узлом выгрузки этих фракций, выполненным в виде клапанного шарнирного затвора.

Способ утилизации отработанных люминесцентных ламп, осуществляемый в вышеуказанной установке, заключается в том, что утилизируемые лампы поштучно разрушают и формируют из лампового боя центральный вихревой поток аэросмеси фракций, который трансформируют в противоположно закрученный периферийный вихревой поток. Из области трансформации центрального вихревого потока сепарируют ламповый бой как смесь относительно более тяжелых фракций, а также люминофор как относительно легкую фракцию, которую отводят на улавливание люминофора. Относительно более тяжелые фракции в виде очищенного от люминофора лампового боя выводят за счет их собственного веса на дальнейшую переработку. Технический результат - повышение эффективности сепарации люминофора из лампового боя, исключение химической демеркуризационной обработки, а также снижение энергозатрат.

Предлагаемая технология энергоемка, требует для реализации большого количества электроэнергии. Кроме того, декларируемая разработчиками демеркуризационных установок, основанных на использовании данных методов, их универсальность не находит практического подтверждения: для переработки таких ртутьсодержащих отходов, как загрязненные ртутью грунты, требуются специфические условия и соответствующие технологии.

Задачей изобретения является упрощение способа утилизации ртутьсодержащих отходов и создание устройства для его осуществления, обеспечивающего эффективную очистку ртутьсодержащих отходов и достижение долговременности (в пределе - бессрочности) эффекта очистки от ртути.

Техническим результатом изобретения является устройство и способ эффективной очистки (демеркуризация) отработанных компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) и других ртутьсодержащих отходов (гранозана, почвогрунта), снижение концентрации паров ртути в воздухе и водной вытяжке до уровня ПДК, а также достижение долговременности (в пределе - бессрочности) эффекта очистки от ртути.

Избежать этих недостатков позволяет разработанный нами способ химической демеркуризации и установка для утилизации ртутьсодержащих отходов (УУРО), которая представляет собой комплекс независимых узлов, предназначенных для переработки различных типов ламп и твердых отходов.

Технический результат по способу достигается тем, что в способе утилизации твердых ртутьсодержащих отходов, включающем стадию окисления с последующей выдержкой, затем обработку смеси отходов с демеркуризационным раствором полисульфида щелочного металла при соотношении раствор полисульфида щелочного металла к смеси, равном 1-4:10 мас.% соответственно, с последующим выдерживанием реакционной смеси, при этом отходы разделяют на две части, одну из которых, содержащую измельченные отходы, обрабатывают окислителем, а затем демеркуризационным йодно-спиртовым или сернистым натрием раствором, а вторую часть отходов в виде аэросмеси пропускают через нанопористый углеродный сорбент НУМС-J с содержанием йода 5-10%, окислитель выбирают из ряда: хлорная известь, хлорамин, белизна с концентрацией 1,5-20,0%, а в качестве полисульфида щелочного металла используют раствор полисульфида кальция или полисульфида натрия с концентрацией 5,0-10%, а йодно-спиртовый или сернистый натрий с концентрацией 2,0-3,0 и 5,0% соответственно, причем время выдержки с окислителем и время выдержки с демеркуризационным раствором составляет 1 час соответственно.

Технический результат по устройству достигается тем, что в устройстве для утилизации ртутьсодержащих отходов, включающем узел загрузки и измельчения, узел очистки, узел аэросмеси, при этом узел загрузки и измельчения выполнен в виде скошенного цилиндра со съемной металлической трубой и снабжен дробильно-сепарационным устройством, желобом отвода тяжелых фракций с технологического контейнера для тяжелых фракций, узел очистки выполнен в виде усеченного конуса, соединенного фланцем с цилиндрической емкостью с перфорированным шнеком, снабженным вентилем слива раствора, а верхняя часть перфорированного шнека снабжена выгрузочным фланцем для отвода в бункер-накопитель, средняя часть конуса снабжена патрубком подачи раствора, уровнемером, а верхняя часть конуса имеет отвод на узел аэросмеси, узел аэросмеси выполнен в виде адсорбера колонного типа и снабжен фторопластовыми вставками в верхней и нижней части адсорбера, между которыми находится нанопористый углеродный сорбент НУМС-J, содержащий йод 5-10%, при этом дробильно-сепарационное устройство выполнено в виде вращающейся цепи, а в узле очистки возможно совмещение процесса окисления и демеркуризации.

Отличительными признаками по способу являются:

обработка выбранными окислителями и демеркуризационными растворами твердых измельченных отходов, часть отходов в виде аэросмеси обрабатывают выбранным углеродным сорбентом, параметры процесса.

Отличительными признаками по устройству являются:

выполнение узлов загрузки и измельчения, очистки, аэросмеси и связи между узлами и массопотоками.

На чертеже представлена функциональная схема установки утилизации ртутьсодержащих отходов, в том числе компактных люминесцентных ламп (УУРО). Устройство состоит из узла загрузки и измельчения 1 со съемной металлической трубой 2, желобом отвода тяжелых фракций 3, дробильно-сепарационным устройством (на схеме не показано); узла очистки 4 в виде усеченного конуса, соединенного фланцем с цилиндрической емкостью 5 с перфорированным шнеком 6 снабженным вентилем слива раствора 7 по окончании работы, а верхняя часть перфорированного шнека снабжена выгрузочным фланцем 8 для отвода стеклобоя, средняя часть конуса снабжена патрубком подачи раствора окисления (демеркуризации) 9; уровнемером 10; верхняя часть конуса снабжена отводом 11 на узел аэросмеси 12, снабженный фторопластовыми вставками (на схеме не показаны), устройство также содержит узел технологического контейнера для тяжелых фракций (для цоколей и ЭПРУ) 13 и бункер-накопитель стеклобоя с демеркуризирующим раствором 14.

Массопотоки:

I - КЛЛ; II - цоколи и ЭПРУ; III - стеклобой со ртутьсодержащим люминофором; IV - раствор окисления; демеркуризации; V - стеклобой с люминофором после окисления и демеркуризации; VI - ртутьсодержащий технологический газ; VII - очищенный от ртути технологический газ.

Способ утилизации твердых отходов и устройство для реализации способа осуществляются следующим образом.

Перед включением установки, проводят установку узлов и заполнение их рабочими реагентами: узел аэросмеси - адсорбер 12 заполняют нанопористым углеродным сорбентом НУМС, подключают его через отвод 11 к узлу очистки 4, заполняют узел очистки 4 раствором окислителя с водой, через патрубок подачи раствора окисления (демеркуризации) 9; количество окислителя и демеркуризационного раствора в узле очистки определяют с помощью уравнемера 10. Плотно устанавливают съемную металлическую трубу 2 подачи ламп узла загрузки и измельчения 1 определенного типоразмера. Устанавливают бункер-накопитель стеклобоя 14 с заполненным демеркуризационным раствором под выгрузочным фланцем 8 перфорированного шнека 6. Устанавливают технологический контейнер 13 под желобом отвода тяжелых фракций 3.

После сборки узлов и заполнения рабочими реагентами в узел загрузки и измельчения 1 через съемную металлическую трубу 2 подают предварительно отсортированные компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). После измельчения через желоб отвода тяжелых фракций (цоколей и ЭПРУ) 3 удаляют тяжелые фракции в технологический контейнер 13. Далее стеклобой с люминофором поступает в узел очистки 4, где предварительно добавлена вода с окислителем (в зависимости от вида перерабатываемого отхода). После выдерживания смеси стеклобоя и люминофора с окислителем эта смесь через цилиндрическую емкость 5 попадает на перфорированный шнек 6, из шнека смесь через выгрузочный фланец 8 поступает в бункер-накопитель стеклобоя 14 с заполненным демеркуризационным раствором, а демеркуризационный раствор, оставшийся в узле очистки 4, сливают через вентиль слива раствора 7, другую часть отходов в виде аэросмеси посредством отвода 11 направляют в узел аэросмеси 12, где загрязненный парами ртути воздух пропускают через адсорбер колонного типа, заполненный нанопористым углеродным сорбентом НУМС-J, с содержанием йода 5-10%, где достигается очистка воздуха до уровня ПДК (0,0003 мг/м³). Адсорбер при необходимости может быть присоединен к канальному вентилятору. Установка помещается на подвижную металлическую раму на резиновом ходу.

В процессе окисления и демеркуризации последовательно происходят следующие реакции:

1) окисление ртути ; 2) , связывание ртути с переводом ее в нерастворимое соединение - сульфид ртути, либо по реакции (3) - йодид ртути.

Химический процесс окисления и демеркуризации схематично описывается следующим уравнением:

Первоначально при введении окислителя, например, хлорной извести происходит образование ионной формы ртути, а затем введение раствора полисульфида кальция или натрия, сернистого натрия, спиртово-йодного раствора приводит к образованию малорастворимых соединений сульфида, йодида ртути. Использование окислителей, обладающих сильными окислительными свойствами - хлорной извести (CaOCl), хлорамина, белизны с концентрацией 1,5-20% и демеркуризационных растворов - 5-10% олисульфида кальция или натрия, 2-3% спиртово-йодный раствор, 5% раствор сернистого натрия, заданное значение концентраций растворов является оптимальными и соотношение растворов заданной концентрации к смеси отхода и окислителя (1-4:10 мас.%), этот диапазон концентраций растворов и соотношения являются оптимальными, позволяющими наиболее полно провести утилизацию (демеркуризацию) процесс) и получить содержание ртути в рабочей зоне и водной вытяжке после промывки осадка сульфида либо йодида ртути меньше ПДК.

При меньшем, чем указано, содержании ингредиентов эффективность процесса демеркуризации снижается и наблюдается превышение ПДК по ртути в водной вытяжке после осаждения сульфида ртути, при большем - эффективность незначительно повышается, однако существенно возрастает стоимость состава и значительно увеличивается расход компонентов.

Способ позволяет осуществить преобразование металлической ртути в окисленную форму ртути, а затем в малорастворимую форму сульфида либо йодида ртути. Сульфид ртути, образующийся в результате демеркуризации, является природной формой ртути, ртуть преобразуется в соединение, из которого она добывается. Воду вводят в количестве 25-50 мас.% от массы отхода, после введения воды и окислителя смесь выдерживают в течение 1 часа, а после обработки смеси демеркуризационным раствором реакционную смесь выдерживают в течение 1 часа. Экспериментальные данные показали, что время выдержки при окислении и демеркуризации - 1 часа является достаточным для полного протекания реакций.

Стадия утилизации аэросмеси (образовавшихся газообразных продуктов, получаемых в процессе измельчения ККЛ), образуется газовая смесь воздуха с парами ртути, которая проходит через узел аэросмеси в виде адсорбера колонного типа с нанопористым углеродным сорбентом НУМС-J, с содержанием йода 5-10%, где осуществляется очистка воздуха от паров ртути до уровня ПДК. НУМС-J - нанопористый углеродный модифицированный йодом адсорбент на основе углеродного материала, образованного нанесением графитоподобного углерода на пористую матрицу из углерода (сажи), имеющего турбостратную структуру (Гаврилов В.Ю., Фенелонов В.Б., Чувилин А.Л. // ХТТ - 1990 - № 2 - с.125-129), характеризуется тем, что он состоит из частиц 1-5 мм, с удельной поверхностью по адсорбции аргона 300-600 м²/г, суммарным объемом пор по воде 0,6-1,0 см ³/г, содержанием углерода 99,5%, примесей - Fe, Al, Si, К, Са - 0,5%, имеет характерное распределение пор с максимумом, приходящимся на поры с размером 4-20 нм. Обработка йодом углеродного материала позволяет повысить степень очистки воздуха от паров ртути. Содержание йода больше чем 10% неэффективно, поскольку степень очистки воздуха остается постоянной, а меньше чем заявляемый интервал йода - 5% приводит к снижению степени очистки воздуха от паров ртути.

По способу на установке УУРО осуществляется полный перевод ртути в ее нерастворимые соединения и класс опасности отходов понижается, осуществляется удаление паров ртути из технологического газа, что исключает их попадание в атмосферу.

Состояние отходов после стадии демеркуризации может быть охарактеризовано следующим образом: демеркуризированные отходы содержат вкрапления сульфида, йодида ртути, не представляющей опасности для окружающей среды (экологии).

Способ утилизации осуществляется на установке УУРО с применением окислителей и демеркуризационных растворов. Последовательность операций состоит из загрузки и измельчения КЛЛ, стадии очистки (окисления ртути и демеркуризации люминофора в стеклобое КЛЛ), стадии очистки аэросмеси (образовавшихся газообразных продуктов - паров ртути).

Первой стадией является загрузка и измельчение КЛЛ, поскольку КЛЛ состоит из следующих компонентов: цоколь, электронно-пусковое распределительное устройство (ЭПРУ) и колбы с ртутьсодержащим люминофором.

Таким образом, необходимым условием для отделения колб от ЭПРУ и цоколя является предварительная сепарация ламп по типоразмеру, которая осуществляется в пункте приема компактных люминесцентных ламп. Затем в узле загрузки и измельчения осуществляется отделение колбы со ртутьсодержащим люминофором от ЭПРУ и цоколя с последующим ее дроблением. Продуктами данного процесса являются монолит цоколь - ЭПРУ и стеклобой с ртутьсодержащим люминофором.

Процесс протекает с дефицитом жидкой фазы, расходуемой и выносимой с продуктами переработки: шламом, колпачками, стеклобоем и при этом не образуется стоков.

При вращении перфорированного шнека 6 узла очистки 4 полученная смесь стеклобоя, люминофора и сульфида ртути, поднимаясь по шнеку, через выгрузочный фланец 8 поступает в бункер-накопитель стеклобоя 14 с герметичной крышкой, который заполнен демеркуризационным раствором. Перфорация шнека позволяет избежать излишних потерь раствора демеркуризатора, а в бункере-накопителе идет дополнительная обработка стеклобоя.

Способ позволяет снизить стоимости утилизации, благодаря использованию простой технологии, а также отсутствие специфических реагентов; получение в процессе сепарации продукта (цоколь + ЭПРУ), который в дальнейшем может быть переработан с выделением ценных металлов, кроме того, способ позволяет повысить производительность процесса утилизации КЛЛ до 1500 ламп/ч, при этом используются эффективные и экономически целесообразные демеркуризационные растворы, концентрация паров ртути в воздухе и водной вытяжке снижается до уровня ПДК, а также достижение долговременности (в пределе - бессрочности) эффекта очистки от ртути, класс опасности отходов понижается, осуществляется удаление паров ртути из технологического газа, что исключает их попадание в атмосферу.

Испытания способа утилизации твердых ртутьсодержащих отходов и устройства показали: анализ воздуха над пробами (продолжительность отбора проб 15 мин), проведенный во ФГУ «ЦЛАТИ по Сибирскому ФО» в соответствии с М 03-06-2000 «Методика выполнения измерений массовой концентрации паров ртути в атмосферном воздухе, воздухе жилых и производственных помещений атомно-абсорбционным методом с зеемановской коррекцией неселективного поглощения с использованием анализатора ртути РА-915», показал значение средней концентрации ртути из 5 измерений 0,0022 мг/м³ (ПДК воздуха рабочей зоны 0,01 мг/м³).

Анализ определения концентрации ртути в водной вытяжке согласно «Методике выполнения измерений массовой концентрации ртути в природных и очищенных сточных водах методом беспламенной атомно-абсорбционной спектрометрии. Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ. Главное управление аналитического контроля и метрологического обеспечения природоохранной деятельности ПНДФ 14.1:2.20-95, Москва, 1995» дал значение концентрации ртути 0,000002 мг/л (уровень ПДК 0,0005 мг/л).

Проведенные испытания показали, что использование предлагаемого способа утилизации твердых ртутьсодержащих отходов позволяет перевести металлическую ртуть в трудно растворимое соединение - сульфид ртути, при этом не требуется отделять сульфид ртути от отхода и получить преимущества: концентрацию ртути в водной вытяжке на уровне <0,000002 мг/л, содержание ртути в воздухе над пробами после демеркуризации 0,0022 мг/м³ , перевод ртутьсодержащих отходов из 1 класса опасности в 4 класс опасности и провести захоронение.

Осуществление способа иллюстрируется примерами.

Пример 1

Для проведения процесса демеркуризации стеклобоя и ртутьсодержащего люминофора с применением установки УУРО первоначально перед включением установки, узел аэросмеси - адсорбер заполнили нанопористым углеродным сорбентом НУМС в количестве 37,5 кг и подключили привод узла аэросмеси. Заполнили узел очистки 2 35 л 1,5% раствора CaOCl. Плотно установили трубу подачи ламп в крепление на узел загрузки (типоразмер d=40 мм, l=76 мм). Установили бункер-накопитель под выгрузным отверстием узла очистки. Заполнили бункер-накопитель (емкость 90 л) 20 л демеркуризирующего раствора. Установили технологический контейнер под выгрузным желобом узла загрузки и измельчения. Затем в узел загрузки и измельчения происходила подача предварительно отсортированных КЛЛ, например, Wolta 10SSP20E27, 20W вакуумного типа, с производительностью 1500 ламп/час. В течение часа в узел загрузки и измельчения подали лампы (массой 180 кг). В процессе измельчения и отделения цоколей и ЭПРУ было получено 90 кг стеклобоя с люминофором с содержанием ртути 13,47 мкг/г. Далее стеклобой с люминофором поступал в узел очистки, куда предварительно было добавлено 22,5 л воды. Время выдерживания (окисления) 1 час. После чего смесь стеклобоя и люминофора с окисленной ртутью перемещали по шнеку, а затем она поступала в бункер, заполненный 50 л 5% раствора полисульфида кальция, где смесь выдерживали при комнатной температуре 1 ч.

Затем через пробу стеклобоя с люминофором и сульфидом ртути 85 г пропустили 100 мл дистиллированной воды и методом ААС определили концентрацию ртути в растворе, которая составила 2 мкг/л. Таким образом, 99,98% ртути переведено в нерастворимый сульфид ртути. Растворимая часть ртути в люминофоре составляет 0,0023 мкг/г, что значительно ниже содержания ПДК по ртути в почвах (2,1 мкг/г).

Параллельно вторая часть отходов в виде аэросмеси со скоростью 1 м³/час пропускалась через узел аэросмеси, выполненный в виде адсорбера колонного типа, заполненного углеродным нанопористым сорбентом НУМС-J (содержание йода 5%) для извлечения паров ртути из газовой фазы. Анализ воздуха на содержание ртути на выходе из узла аэросмеси, проведенный на приборе «Юлия», показал значение средней концентрации ртути из 5 измерений 0,0022 мг/м ³ (ПДК воздуха рабочей зоны 0,01 мг/м³).

Пример 2

Процесс утилизации ламп ККЛ осуществляли на установке УУРО (установка утилизации ртутьсодержащих отходов). Подготовку установки к эксплуатации проводили аналогично примеру 1. В узел загрузки и измельчения подавали лампы КЛЛ, с производительностью 1500 ламп/час. Масса стеклобоя с люминофором в час составила 90 кг, содержание ртути 14,97 мкг/г. Затем стеклобой с люминофором поступал в узел очистки, куда предварительно было добавлено 40 л 3% йодно-спиртового раствора и 22,5 литров воды. Время выдерживания (окисления) 1 час. Затем через пробу стеклобоя с люминофором и сульфидом ртути массой 100 г пропустили 100 мл дистиллированной воды и определили концентрацию ртути в растворе методом ААС на приборе «Юлия», которая составила 0,3 мкг/л, что ниже ПДК по ртути в растворе (0,5 мкг/л). Содержание ртути на выходе из узла аэросмеси, определенное методом ААС на приборе «Юлия», показало значение среднего содержания ртути в воздухе менее 0,002 мг/м³, что ниже ПДК воздуха рабочей зоны 0,01 мг/м³.

Пример 3

Количество 1634 шт. ККЛ с типоразмером Е27 подавали в узел загрузки и измельчения на установке УУРО, затем полученная масса стеклобоя с люминофором в количестве 80 кг с содержанием ртути 26,3 мкг/г поступала в узел очистки, в который добавляли 12 л 20% раствора хлорной извести, 20 л воды и выдерживали смесь при перемешивании в течение 1 часа при комнатной температуре, затем в смесь добавляли 25 л 5% раствора сернистого натрия и выдерживали 1 час. Смесь после окисления и демеркуризации поступала в герметичный бункер-накопитель для хранения и последующего захоронения как отходов 4 класса опасности. Контроль содержания ртути в растворе определяли по пробе 10 г демеркуризированного стеклобоя с люминофором, которую промывали 10 мл дистиллированной воды, и в полученном фильтрате определяли методом ААС на приборе «Юлия» концентрацию ртути в растворе. Определено содержание ртути 0,4 мкг/л. Контроль содержания ртути в воздухе на выходе из узла аэросмеси был определен методом ААС на приборе «Юлия» и показал величину содержания ртути менее 0,002 мг/м³ , что ниже ПДК воздуха рабочей зоны 0,01 мг/м³.

Пример 4

Количество 1634 шт. ККЛ с типоразмером Е27 подавали в узел загрузки и измельчения на установке УУРО, затем полученная масса стеклобоя с люминофором в количестве 80 кг с содержанием ртути 26,3 мкг/г далее поступала в узел очистки, в который добавляли 12 л 20% раствора хлорной извести и 40 литров воды, и выдерживали смесь при перемешивании в течение 1 часа при комнатной температуре, затем в смесь добавляли 25 л 10% раствора полисульфида кальция и выдерживали 1 час. Смесь после окисления и демеркуризации поступала в герметичный бункер-накопитель - емкость для хранения и последующего захоронения как отходов 4 класса опасности. Контроль содержания ртути в растворе определяли по пробе 10 г демеркуризированного стеклобоя с люминофором, которую промывали 10 мл дистиллированной воды, и в полученном фильтрате определяли методом ААС на приборе «Юлия» концентрацию ртути в растворе. Определено содержание ртути 0,3 мкг/л.

Вторая часть отходов в виде аэросмеси со скоростью 1 м³ /час пропускалась через узел аэросмеси, выполненный в виде адсорбера колонного типа, заполненного углеродным нанопористым сорбентом НУМС-J (содержание йода 10%) для извлечения паров ртути из газовой фазы. Контроль содержания ртути в воздухе на выходе из узла аэросмеси был определен методом ААС на приборе «Юлия» и показал величину содержания ртути менее 0,002 мг/м³, что ниже ПДК воздуха рабочей зоны 0,01 мг/м³.