Vietinių išteklių panaudojimo aplinkosaugos technologijų efektyvumui didinti galimybės

Vietinių išteklių panaudojimo aplinkosaugos technologijų efektyvumui didinti galimybės
Kauno technologijos universitetas, inžinerinės ekologijos katedra
Racionalus žaliavų ir energijos šaltinių išdėstymas eksploatuojamos technologinės įrangos atžvilgiu bei racionalus medžiagų ir energijos naudojimas sumažina bendrą faktinę aplinkos taršą. Tokių veiksnių būtinumas verčia ieškoti naujų “end-of-pipe” technologijoms ar prevenciniam aplinkos taršos sulaikymui reikalingų medžiagų tarp vietinių gamtinių išteklių ir vietinės pramonės atliekų, tuo pačiu įgalindamas tirti šių medžiagų fizikines chemines savybes ir išplėsdamas chemijos ir cheminės technologijos mokslų taikymą aplinkosaugos inžinerijos srityje. Lietuvos sąlygomis tokiomis medžiagomis gaalėtų būti medžio apdirbimo, celiuliozės ir popieriaus pramonės atliekos, pelenai, metalinių pusfabrikačių ėsdinimo proceso atliekos, kalcio hidrosilikatai (kaip atliekų perdirbimo produktai), vietinės uolienos opoka ir glaukonitas. Ypatingas dėmesys atkreiptinas į iš AlF3 gamybos atliekų ir techninių kalkių pagamintą kalcio hidrosilikatą CSH(1).

Prasminiai žodžiai: “end-of-pipe” technologijos, taršos prevencija, žaliavos, energija, vietiniai ištekliai, išlakos, nuotekos, atliekos, kalcio hidrosilikatai, adsorbcija, katalizė
Bendra apžvalga
Globaliniu mąstu įvertinus visą ūkinę veiklą, galima tvirtinti, kad daugelio paplitusių aplinkosaugos technologijų efektyvumas bendro aplinkos taršos sumažinimo požiūriu yra menamas [1].
Šio reiškinio esmė irr priežastys glūdi “End-of-pipe” aplinkosaugos technologijose, kurios yra nuotekų ir dujinių išlakų valymas bei atliekų perdirbimas ar utilizavimas. Šių technologijų efektyvumas negali būti 100%-inis, t. y. jų dėka technogeninių procesų negalima įvesti į gamtiniams procesams būdingą uždarą ciklą. Kylant gamybos lygiui iš

šsivysčiusiose šalyse, bendras į aplinką patenkančių teršalų kiekis, taikant tas pačias aplinkosaugos technologijas, irgi didėja [1]. Tačiau ir nesant gamybos lygio augimo ar netgi jam smunkant, įprastų aplinkosaugos technologijų efektyvumas išlieka menamas, nes bendras į aplinką pakliuvusių medžiagų kiekis nepriklauso tik nuo pagaminamos produkcijos kiekio ir atitinkamo technogeninio proceso išlakų ir nuotekų išvalymo ar atliekų utilizavimo laipsnio:
Pirma, nė vienos valymo technologijos negalima vertinti atskirai nuo energetinių sąnaudų, todėl reikia taikyti optimalias, o ne “lengviausiai prieinamas” ar “praktiškai pasiteisinusias” technologijas [2], nes didesnės energetinės sąnaudos savaime reiškia didesnæ aplinkos taršą.
Antra, aplinkosaugos technologijų įrangai, kaip ir įprastiems vartojamiems produktams gaminti, taip pat reikalingos žaliavos, kurių išgavimas keičia per amžius susiformavusias ekologines sistemas [1]. Įrangos gamybos procesas išskiria aplinkos teršalus bei naudoja energiją, kurios gamyba neeatskiriama nuo teršalų emisijos į aplinką.
Valymo arba “end-of-pipe” technologijos keičiamos prevenciniais taršos mažinimo metodais, kuriuos sąlygoja sisteminis požiūris į aplinkos problemas [3]. Atskiro technologinio proceso efektyvumo vertinimą plačiąja prasme, įskaitant jo poveikio aplinkai minimizavimą, t.y. jo prevencines savybes, galima atlikti taikant eksergijos metodą [4]. Šis termodinaminis technologinio proceso analizės metodas leidžia nustatyti, kuri sistemos energijos dalis panaudojama naudingai ir kuri dalis išsklaidoma poveikiui į aplinką didinti. “Aplinka” suprantama plačiaja prasme, kaip fizikinių, biologinių, technogeninių, socialinių bei ekonominių veiksnių visuma [3].
Pateikta schema įliustruoja technogeninio pr
roceso poveikį aplinkai. Atliekas plačiąja prasme šioje schemoje suprantame, kaip produktų gamybos ir tam reikalingos energijos gavimo procesuose susidarančius ir aplinką teršiančius šalutinius produktus: kietas atliekas, nuotekas ir išlakas. Išgaunant žaliavas ir jas transportuojant, taip pat atitinkamai naudojama energija ir teršiama aplinka [1]. Šiandien dar neaišku, ar įmanoma atstatyti pažeistas ekologines sistemas, išgautų žaliavų vietoje deponuojant neperdirbamas atliekas. Tačiau dalį susidarančių atliekų galima utilizuoti, panaudojant jas kaip antrines žaliavas produkcijos gamybai [5].

Technogeninių procesų nuoseklumas ir poveikis aplinkai
Pateiktos schemos analizė rodo, kad bendrą vieno technologinio proceso padarytą žalą aplinkai gali sumažinti:
a) racionalus gamybos priemonių ir žaliavų šaltinių tarpusavio išdėstymas [1]. Šiuo atveju aplinkos tarša sumažinama, sumažėjus tolimesnio transportavimo būtinybei;
b) racionalus medžiagų bei energijos naudojimas [2], ieškant pakaitalų brangioms gamtinėms žaliavoms [6], dalį technologijoje jau panaudotų žaliavų sugrąžinant į gamybinį ciklą [2], mažinant atskirų gamybos operacijų skaičių ir naudojant mažiau teršalų išskiriančias žaliavas [7] ;
c) technogeniniuose procesuose susidarančių atliekų arba jų perdirbimo produktų panaudojimas vietoje medžiagų, reikalingų aplinkosaugos technologijoms, jeigu šios atliekos arba jų perdirbimo produktai pasižymi tam būtinomis savybėmis [7].
Ūkinė veikla Lietuvoje turėtų būti vykdoma prisilaikant bendro aplinkos teršalų kiekio mažinimo sąlygų. Lietuvoje ir užsienyje esama mokslinių tyrimų, skirtų vietinių gamtinių išteklių ir pramoninių atliekų panaudojimui aplinkosaugos technologijose. Šios toliau aprašomos medžiagos ti

inka naudoti kaip koaguliantai nuotekoms valyti, adsorbentai nuotekų, dujinių išlakų ir panaudotų tepalų valymui, katalizatoriai kenksmingų išlakų komponentų nukenksminimui.
Vietinių gamtinių žaliavų panaudojimas atitinka pirmąsias dvi (a, b) bendro aplinkos teršalų mažinimo sąlygas, o susidarančių atliekų panaudojimas – visas tris. Todėl daugelio vietinių žaliavų ir pramoninių atliekų ar jų perdirbimo produktų fizikinių cheminių savybių tyrimas yra svarbi aplinkosaugos inžinerijos dalis. Tai yra tik cheminių ir cheminių technologinių metodų taikymas aplinkosaugos inžinerijos poreikiams. Pavyzdžiui, Los Alamos nacionalinės laboratorijos (JAV) “žaliosios chemijos” (Green Chemistry) programa apima visų cheminių procesų aspektus ir tipus, įskaitant sintezę, katalizę, analizę, monitoringą, separaciją ir kitas sritis, kurios padeda mažinti kenksmingą poveikį žmonių sveikatai ir aplinkai bei taupo energiją [8].
Medžio apdirbimo ir celiuliozės popieriaus pramonės atliekų taikymas
Medžio pjuvenos, kaip kuras, dabartiniu metu vis dažniau taikomos Lietuvoje. Tai ne tik sumažina sieros dioksido išmetimą į atmosferą [9] ir išlaidas brangiam kurui bei sprendžia atliekų utilizavimo problemą, bet ir dalinai atitinka aukščiau paminėtą racionalaus ūkio objektų išdėstymo sąlygą.
Cheminiais reagentais modifikuotos pjuvenos taikomos kaip chemosorbentas dujinėms išlakoms valyti [10]. 1-2 mm grūdelių dydžio medžio pjuvenos, modifikuotos šarmais (išlaikoma 1 parą 20% KOH tirpale kambario temperatūroje, pridėjus KF moliniu santykiu su KOH 1:1), naudojamos fluoro vandenilio (HF) ir boro trifluorido (BF3) adsorbcijai dujų fazėje. Toks sorbentas yra veiklus, ka
ai jame yra ne mažiau kaip 12% drėgmės.
Esama ir daugiau atvejų, kai medienos perdirbimo atliekos naudojamos sorbentams išlakų ir nuotekų valymui gauti. Pavyzdžiui, celiuliozė, hemiceliuliozė ir ligninas, paveikti rūgštimis ir iškaitinti didesnių temperatūrų (100-500oC) sąlygomis, turi sorbcinių savybių. Medžio dulkes paveikus 5% H3PO4, po to 2 val. iškaitinus 200oC temperatūroje, gaunamas adsorbentas, tinkantis sunkiųjų metalų jonų (Cd2+ ir Pb2+) ir kenksmingų dujų (NH3, etilaminas, metilaminas, izopropilaminas) šalinimui [11]. Adsorbentas iš celiuliozės pluošto (popieriaus dumblo) su mažiausiai 20% mineralinių priedų tinka kaip pakratas naminiams gyvuliams, kvapų ir spalvotų medžiagų sorbentas [12]. Iš mechaniškai susmulkintų ir išpurentų cigarečių filtrų gamybos atliekų, sumaišius jas su rišikliu (metilceliuliozė ar metakrilatai) gaminami chemiškai stabilūs, ugniai atsparūs adsorbentai alyvos dalelėms iš oro, vandens ar dirvos šalinti [13]..Adsorbuota alyva išspaudžiama, tokiu būdu ją regeneruojant, o po to medžiaga sudeginama. Šios atliekos tinka naudoti ir šiluminei pastatų izoliacijai, kas, taip taupant energiją, mažina aplinkos taršą degimo produktais šilumos išgavimo metu. Tai vienas prevencinio aplinkos taršos mažinimo pavyzdžių, kuriame panaudojamos atliekos.
Celiuliozės popieriaus gamybos nutekamuose vandenyse esti nemažai cheminių medžiagų, pasižyminčių koaguliantų (kaolinas, kurio pagrindą sudaro aliuminio oksidas), sorbentų (to paties kaolino, celiuliozės dalelės) ir flokuliantų (poliakrilamidas) savybėmis. Šias nuotekas maišant santykiais nuo 0,25:1 iki 1:1 su naftos produktais užterštomis nuotekomis (pradinė naftos produktų koncentracija 20,65 mg/l), pasiekiamas 77 – 94% išvalymo nuo naftos produktų laipsnis [14].
Metalinių pusfabrikačių ėsdinimo atliekų taikymas
Kitų pramoninių atliekų panaudojimo nutekamiems vandenims valyti pavyzdžiu gali būti AB “Metinga” (Kaunas) metalinių pusfabrikačių ėsdinimo metu susidarančios atliekos ir nuotekos [15]. AB “Metinga”, kurioje gaminami aliumininiai ir plieniniai emaliuoti indai, viena iš gamybos stadijų yra metalinių pusfabrikačių ėsdinimas. Aliuminio pusfabrikačių ėsdinimui (10-20% NaOH) ir neutralizavimui (10-20%) naudoti tirpalai, sumaišomi su plovimo vandenimis ir patenka į mechaninį nusodintuvą, kuriame atskiriamos nuosėdos – hidroksidai, sulfatai ir karbonatai. Toliau šie šarminiai vandenys susimaišo su panaudotais plieninių pusfabrikačių ėsdinimo (15-20% HCl) ir neutralizacijos (2-3% Na3PO4, 3-4% Na2CO3) tirpalais ir nukreipiami į sekantį mechaninį nusodintuvą, kuriame vėl atskiriamos nuosėdos – hidroksidai, karbonatai ir fosfatai. Aliuminio pusfabrikačių ėsdinimo nuosėdos nėra vienalytės, o susideda iš lengvesnės šviesiai rudos ir sunkesnės baltos spalvos frakcijų, kurios lengvai atskiriamos plaunant. Baltos spalvos frakcija – karbonatų mišinys. Tą liudija jų audringa reakcija su rūgštimis, išsiskiriant CO2.. Žemiau pateikiamos nuosėdose esančių katijonų koncentracijos, nustatytos atominiu absorbciometru (AAS), prieš tai bandinius ištirpinus koncentruotoje sieros rūgštyje.
1 lentelė Katijoninė metalinių pusfabrikačių ėsdinimo atliekų sudėtis
Atliekų tipas Katijonų kiekis % sausose liekanose

Al3+ Fe3+ Ca2+
A: aliuminio pusfabrikačių ėsdinimo atliekos 9,82 0,19 21,82
A1: atliekų A sunkesnioji frakcija 3,55 0,03 33,16
B: plieninių pusfabrikačių ėsdinimo atliekos 8,35 1,67 18,56
Didelį kalcio kiekį bei magnio pėdsakus sąlygoja naudojamo vandens kietumas, o kalcį surišančių karbonatų kiekį – iš gamybinių patalpų oro šarminiais ėsdinimo tirpalais absorbuojamas CO2. Geležį buvimą A ir A1 nuosėdose lemia jos įprasti kiekiai naudojamame vandenyje.
A ir B nuosėdų koaguliacinio veikimo tyrimui panaudotos AB ”Vilkas” kailių išdirbimo technologijų nuotekos (po antrinio mechaninio valymo). Drėgmės kiekis nuosėdose po nusiurbimo atitinkamai buvo: A – 72%, B – 75%. Nuosėdų kiekio įtaka nuotekų ChDS sumažėjimui yra tokia [15]:
a) 8 g A nuosėdų /100 ml nuotekų sumažina ChDS 58% (Pradinis ChDs – 480 mg O2/l)
b) 8 g B nuosėdų /100 ml nuotekų sumažina ChDS 55% (Pradinis ChDs – 384 mg O2/l
Valomose AB “Vilkas” kailių išdirbimo nuotekose esti iki 77 mg/l mineralinės alyvos, kuri koaguliacijos metu pilnai pašalinama.
Sausai išdžiovintos A ir B nuosėdos netenka koaguliantų savybių, tačiau, naudojant jas kaip sorbentą, galima praskaidrinti “Vilko” nuotekas ir sumažinti jų ChDS iki 200 mg O2/l. Nuosėdos A1 taip pat nepasižymi koaguliacinėmis savybėmis, bet naudojant jas kaip sorbentą galima sumažinti šių nuotekų ChDS 67-iais procentais.
Apskritai šių metalinių pusfabrikačių ėsdinimo atliekų taikymo “Vilko” įmonės nuotekų valymui privalumas būtų tas, kad “Metingos” įmonė, kurioje susidaro šios atliekos, yra šalia “Vilko” įmonės. Tai galėtų tapti ne tik atskiru pramoninių atliekų panaudojimo aplinkosaugos technologijose atveju, bet taip pat žaliavų šaltinių ir naudotojų racionalaus tarpusavio išdėstymo pavyzdžiu, kas irgi, kaip jau minėta šio straipsnio pradžioje, mažina bendrą faktinę aplinkos taršą.
Įvairių pelenų taikymas aplinkosauginiams tikslams
Pasaulinėje spaudoje esama nemažai publikacijų apie plačiai sutinkamų atliekų – pelenų adsorbcinių savybių panaudojimą aplinkos taršai mažinti. 45 mm pelenų dalelės K2Cr2O7 tirpale (3,12 mg Cr/l) adsorbuoja ne mažiau 75% chromo, esant tirpalo pH=2 ir 25oC [16]. Pusiausvyra pasiekiama per 60 val. Keliant temperatūrą nuo 25 iki 50oC, ir pH iki 5, Cr adsorbcija mažėja. Šie pelenai sorbuoja iš nuotekų ir organinius junginius. Maksimali metilizobutilketono, butiraldehido ir oksileno adsorbcija pasiekiama esant pH=4.5-6.0. Pelenų adsorbcinės savybės palankesnės didesnės molekulinės masės junginiams. Adsorbcijos geba didėja, mažėjant junginių polingumui [17]. Anglies pelenų adsorbcinės savybės leidžia juos naudoti taip pat ir bichromato jonų šalinimui iš rūgščių nuotekų [18]. Nuotekų valymo dumblo pirolizės produktai adsorbuoja organinių tirpiklių garus ir todėl tinka išlakų valymui [19]. Šių pelenų adsorbcijos geba benzeno, tolueno ir etilacetato atžvilgiu atitinkamai lygi 28,6-66,1 , 31,3-64,3 ir 83,9-94,0 mg/g. Taigi poliniai junginiai dėl šių pelenų hidrofilinių savybių adsorbuojami geriau. Adsorbentai, gauti iš padangų deginimo produktų, gali būti taikomi kvapams iš nuotekų valymo įrengimų šalinti [20].
Lietuvos uolienų taikymas aplinkosaugos technologijose
Opoka – vienas iš gamtinių adsorbentų – yra Vidurio ir Rytų Europai būdinga nuosėdinė uoliena [21]. Lietuvoje ši uoliena randama Stoniškių telkinyje (Šilutės raj.). Kadangi tai yra vienas iš nedaugelio Lietuvoje randamų gamtinių adsorbentų, tai opokos panaudojimo aplinkosaugos technologijose galimybiø tyrimai yra atliktini, turint tikslą vykdyti pirmąją bendro aplinkos teršalų mažinimo sąlygą.
Esama duomenų apie metanolio, benzeno, tolueno, heksano, heptano ir cikloheksano garų adsorbciją šiuo adsorbentu 20oC sąlygomis [21]. Opoka tinka vandeniui valyti nuo acto rūgšties bei metileno mėlio, o taip pat transformatorių ir turbinų alyvos regeneravimui [22].
Opoka gali būti regeneruojama, ją kalcinuojant 800oC sąlygomis. Regeneruotos opokos adsorbcinis pajėgumas net padidėja [22]. Naudojant opoką tepalų regeneravimui, kai aktualus tepalų eksploatavimo metu susidarančių rūgščių šalinimas, pastebimas opokos adsorbcijos gebos sumažėjimas, didėjant šių rūgščių molekulinei masei [23].
Gamtinis katijonitas glaukonitas yra viena iš plačiai Pabaltijyje ir kitose Rytų Europos regionuose randamų molio rūšių. Vienas iš didžiausių glaukonito telkinių Lietuvoje yra Jonavos rajone, Šaltiškiuose. Glaukonito buvimas dirvožemyje sumažina sunkiųjų metalų jonų plitimą į paviršiaus vandenis, todėl ši uoliena gali būti naudojama kaip pigus katijonitas sunkiesiems metalams iš nuotekų šalinti [24]. Geriausiai glaukonitu sulaikomi švino jonai, 4 k. blogiau vario, kadmio ir cinko.
Kalcio hidrosilikatų taikymas aplinkosaugos technologijose
Iš daugelio pramoninių atliekų, kurių pagrindą sudaro silicio dioksidas, galima sintetinti kalcio hidrosilikatus, kuriuos galima taikyti aplinkosaugos technologijose.
Kalcio hidrosilikatai paprastai susidaro CaO-SiO2-H2O sistemoje, apdorojant silicio oksido ir kalkių mišinį hidroterminėse sąlygose. Yra nustatytos įvairios šių junginių kristalografinės formos, sudėtis, savybės (taip pat ir adsorbcinės) ir jų taikymas įvairiose srityse, neišskiriant aplinkosauginių. Paprastai kalcio hidrosilikatai yra siloksaninių grandžių polimerai. Yra žinoma virš 30 gamtinių ar sintetinių kalcio hidrosilikatų modifikacijų [25]. Silikatų technologijos pramonėje plačiau naudojamos tokios kalcio hidrosilikatų modifikacijos: a-C2S hidratas, g- C2S hidratas, C-S-H(1) (silpnai išsikristalinusių tobermoritų grupė, minerologinė formulė (0,8-1,5)CaO.SiO2.H2O ), hilebranditas, tobermoritas ir ksonotlitas.
Kalcio hidrosilikatų adsorbcinės savybės bei šių savybių panaudojimas aplinkosaugoje jau keletas dešimtmečių tiriami daugelyje šalių. Kalcio hidrosilikatų panaudojimą atskirose aplinkosaugos technologijose tyrė ir KTU cheminės technologijos fakulteto katedros.
KTU silikatų technologijos katedroje buvo susintetinta keletas kalcio hidrosilikatų, panaudojant UAB “Kalcitas” ir Volkovijsko (Baltarusija) kalcitines kalkes bei keletą SiO2 turinčių pramoninių atliekų [26]. Iš SiO2 turinčių pramoninių atliekų buvo panaudotos UAB “Lifosa” (Kėdainiai) AlF3 gamybos atliekos.
AlF3 gamybos atliekos – amorfinis smulkiadispersiškas SiO2.nH2O susidaro vykstant šioms reakcijoms:
a) apatitų ir sieros rūgšties sąveikos metu susidaro H3PO4 ir šalutiniai produktai CaSO4.5H2O bei HF:
2CaH(PO4)3+5H2SO4 + 10H2O= 5(CaSO4.2H2O) + 3H3PO4 + HF;
b) toliau HF reaguoja su apatite esančiu SiO2:
SiO2 + HF = SiF4 + 2H2O,
3SF4+ 3H2O = 2H2[SiF6] + H2SiO3,
2HF + SiF4=H2[SiF6];
c) po to, kai 15%-inis H2[SiF6] tirpalas paveikiamas Al(OH)3, susidaro AlF3 ir SiO2.nH2O:
H2 [SiF6] + 2Al(OH)3+ aq = 2AlF3 + SiO2.nH2O+ aq.
Susidarantis SiO2.nH2O nuo AlF3 tirpalo atskiriamas filtruojant. Nuosėdų drėgmė W=53,47%. Kambario temperatūroje išdžiovintos atliekos turi 68,0% SiO2 ir 11,6% AlF3.
Kalcio hidrosilikatų sintezė iš šių atliekų atlikta hidroterminėmis sąlygomis, esant padidintam sočių vandens garų slėgiui ir 183oC bei 200oC. Prieš tai sausi atliekų – kalkių mišiniai granuliuojami iki 0,5 – 1,1 cm dydžio granulių. Reakcijos trukmė – 4 val. Gauti hidrosilikatai turi CSH(1) kristalografinę struktūrą.
Viena iš aplinkosauginiu požiūriu įdomesnių tokio hidrosilikato savybių yra selektyvi organinių tirpiklių (vienų iš labiausiai paplitusių atmosferos teršalų) garų adsorbcija. Kuo junginys labiau polinis, tuo jis geriau adsorbuojamas [27]. Įprastos organinių tirpiklių garų koncentracijos išmetimo šaltinių žiotyse lakavimo, dažymo ar klijavimo metu yra 100 – 500 mg/m3. 25oC ir 200 mg/m3 sąlygomis kai kurių skirtingo polingumo tirpiklių garų adsorbcija yra tokia: acetono – 4,261 , etilacetato – 2,475, etanolio – 1,512 ir tolueno 0,679 mg/g. Tačiau šis CSH(1) adsorbentas yra pakankamai higroskopiškas [26], todėl tomis pačiomis sąlygomis, esant 40% santykinėi oro drėgmėi, acetono adsorbcija sumažėja iki 0,060, o etilacetato iki 0,142 mg/g, tačiau etanolio, kaip neribotai tirpaus vandenyje junginio, atvirkščiai, išauga iki 2,627 mg/g.
Atlikti chromatografiniai tyrimai dar sykį patvirtina įvairaus polingumo atmosferos teršalų adsorbcijos CSH(1) adsorbentu selektyvumą ir rodo dideles iš šio adsorbento panaudojimo galimybes organinių tirpiklių garų mišinio frakcionavimui [28], kas gali būti pritaikoma:
a) analizuojant į atmosferą išmetamų tirpiklio garų mišinį, kuomet komponentai trukdo vienas kitam;
b) atskiriant išlakų komponentus prieš oksidacinį nukenksminimą, kas labai svarbu energijos sunaudojimu požiūriu, nes skirtingos cheminės struktūros komponentui oksiduoti reikalingas savitasis energijos kiekis nėra vienodas. Tokiu būdu šio kalcio hidrosilikato, AlF3 gamybos atliekų perdirbimo produkto, panaudojimas būtų susietas su racionaliu energijos panaudojimu aplinkosaugos technologijose, o tuo pačiu ir su mažesne bendra faktine aplinkos tarša
CSH(1) impregnuojant polimerizaciją inicijuojančiomis medžiagomis, gauname neblogus chemosorbentus lakiems nesotiems, lengvai besipolimerinantiems junginiams. Atlikti dinaminiai tyrimai rodo, kad benzoilperoksidu impregnuota iš AlF3 gamybos atliekų pagaminto CSH(1) įkrova efektyviai sulaiko stireno garus [29], nes benzoilperoksidas adsorbento paviršiuje sukelia stireno polimerizaciją. Jei CSH(1) adsorbentas turi 0,1% benzoilo peroksido, tai kambario temperatūroje jo dinaminė adsorbcinė talpa siekia 9 mg/g adsorbento. Nemodifikuotas adsorbentas dėl jau minėtų priežasčių stireną adsorbuoja blogai. Tokio chemosorbento savybes pagerina nedideli maleino anhidrido kiekiai, nes stireno-maleino anhidrido kopolimerizacija vyksta geriau, nei stireno polimerizacija. Panaudoto chemosorbento perdirbimas nesukelia jokių papildomų techninių ir ekologinių problemų, nes gali būti panaudotas kaip užpildas cementui.
Toks išlakų valymo būdas buvo panaudotas Lietuvos Aklųjų draugijos Kauno įmonėje stireno garams nukenksminti polistireninių produktų karšto formavimo metu.
Kalcio hidrosilikatiniai adsorbentai tinka ir kaip katalizatorių nešikliai dujinių išlakų valymui. Aprašomas CSH(1) panaudotas kaip katalizatoriaus nešiklis NO oksidacijai iki NO2. NO oksidacija iki NO2 yra viena iš azoto oksidų išmetimų sumažinimo proceso stadijų, nes NO2 įvairiais būdais utilizuojamas daug lengviau nei NO. Ruošiant katalizatorių, granuliuotas CSH(1) 12 val. laikomas amoniakiniame vario acetato tirpale ir po to 2 val. kaitinamas esant 600oC sąlygomis. Tokiu būdu adsorbento paviršiuje susidaro plonas CuO sluoksnis [30]. Tačiau tyrimai rodo, kad, oksiduojant sausą 0,3% NO-oro mišinį, grynas CSH(1) yra labiau veiklus. Tai paaiškinama tuo, kad CuO sluoksnis blokuoja adsorbento paviršių. Abiem atvejais oksidacijos laipsnis ryškiai pradeda didėti pasiekus 150oC ir nuo 250oC skirtingas CSH(1) veikimas su CuO ir be jo tampa akivaizdus. 350oC sąlygomis NO oksidacijos laipsniai pasiekia atitinkamai 43 ir 47% [30].
Jei oksiduojamas drėgnas (kas praktiškai visuomet būdinga dujinėms išlakoms) 0,3% NO mišinys, tai kylant temperatūrai pastebimi nedideli oksidacijos laipsnio sumažėjimai. Taigi NO oksidaciją geriausia vykdyti žemesnių temperatūrų sąlygomis. Tuomet būtų galima vartoti paprastai iki 150oC nepanaudojamą šilumą, kuri kaip energijos atliekos išsiskiria įvairių technologinių procesų metu, ir nereikėtų NO nukenksminimo procesui didinti energijos gamybą pagrindinėse elektrinėse, o tuo pačiu papildomai teršti aplinką kad ir tais pačiais azoto oksidais.
Taigi CHS(1) gali turėti pramoninį pritaikymą NO oksidacijai aplinkosaugos technologijose.
Iš AlF3 gamybos atliekų susintetinto CSH(1) adsorbcinės savybės buvo ištirtos ir sunkiųjų metalų šalinimo iš nuotekų atžvilgiu. Tyrimai atlikti 58 mm diametro kolonėlėje. Apatinio adsorbento sluoksnio (adsorbento dalelių diametras 2,5-5,0 mm) aukštis buvo 415 mm ir viršutinis (adsorbento dalelių diametras 5-10 mm) – 310 mm. Vidutinis nuotekų debitas buvo 0,21 cm3/s. Pradinė sunkiųjų metalų koncentracija buvo tokia: Ni2+ – 0,068 mg/l, Cu2+ – 0,235 mg/l ir Zn2+ – 0,158 mg/l. Buvo nustatyta, kad CSH(1) geriausiai sorbuoja Cu2+ jonus, o Zn2+ ir Ni2+ – mažiau. Po 52,5 val. darbo adsorbentas išlieka aktyvus [31]. Klausimas dėl jo tolesnio panaudojimo kaip katalizatoriaus aukščiau minėtuose procesuose tebelieka atviras.
Panaudoti tepalai yra žymi pramonėje ir technikoje susidarančių atliekų dalis. Jų valymui naudojami reagentai dažniausiai sukelia nepageidautinas pasekmes, todėl panaudotų tepalų regeneravimas granuliuotu CSH(1) adsorbentu galėtų išspręsti šią problemą. Tyrimai rodo, kad šiuo adsorbentu išvalyta alyva gali būti įvertinta 4 balais (padidėja skaidrumas, sumažėja spalvotumas ir kvapas). Didžiausias vizualinis įvertinimas yra 5 balai [32].
CSH(1) buvo panaudotas kaip audinių plovimo priemonė firmoje “Arabkur” (Jerevanas, Armėnija). Tokių ploviklių naudojimas pakankamai efektingas ir neteršia nuotekų detergentais, kaip įprasti sintetiniai plovikliai [33]. Tai vienas iš prevencinio aplinkos taršos sumažinimo pavyzdžių, keičiant gamybos procesų technologijas.
CSH(1), kaip šilumos izoliatoriaus panaudojimas [34] yra jau antras šiame straipsnyje pateikiamas pavyzdys, netiesiogiai turintis įtakos ir aplinkos taršos mažinimui, nes šilumos išgavimo metu atmosfera teršiama degimo produktais.
Tokiu būdu iš AlF3 gamybos atliekų susintetinto kalcio hidrosilikato CSH(1) savybės daugeliu atveju yra palankios racionaliam medžiagų ir energijos naudojimui eilėje “end-of-pipe” aplinkosaugos technologijų ir kai kuriuose prevenciniuose aplinkos taršos mažinimo metoduose.
Išvados
1. “End-of-pipe” aplinkosaugos technologijų efektyvumas dažniausiai yra menamas. Priežastys: papildomas poveikis aplinkai dėl medžiagų ir energijos sunaudojimo reikalingos technologinės įrangos gamybos ir eksploatavimo metu. Tai yra tarsi analogija šalutiniam vaistų poveikiui žmogaus organizme.
2. Racionalus žaliavų ir energijos šaltinių išdėstymas eksploatuojamos technologinės įrangos atžvilgiu bei racionalus medžiagų ir energijos naudojimas sumažina bendrą faktinę aplinkos taršą. Tokių veiksnių būtinumas verčia ieškoti naujų “end-of-pipe” technologijoms ar prevenciniam aplinkos taršos sulaikymui reikalingų medžiagų tarp vietinių gamtinių išteklių ir vietinės pramonės atliekų, tuo pačiu įgalindamas tirti šių medžiagų fizikines chemines savybes ir išplėsdamas chemijos ir cheminės technologijos mokslų taikymą aplinkosaugos inžinerijos srityje.
3. Apibendrinant KTU cheminės technologijos fakultete atliktų įvairių tyrimų rezultatus bei remiantis įvairių šalių literatūriniuose šaltiniuose pateikta informacija, aišku, kad Lietuvos sąlygomis tokiomis medžiagomis galėtų būti medžio apdirbimo, celiuliozės ir popieriaus pramonės atliekos, pelenai, metalinių pusfabrikačių ėsdinimo proceso atliekos, kalcio hidrosilikatai (kaip atliekų perdirbimo produktai), vietinės uolienos opoka ir glaukonitas.
4. Ypatingas dėmesys atkreiptinas į iš AlF3 gamybos atliekų ir techninių kalkių pagamintą kalcio hidrosilikatą CSH(1), kurio adsorbcinės katalizinės savybės leidžia racionaliai panaudoti energiją oksidaciniame atmosferos teršalų nukenksminime. Šios medžiagos panaudojimas kaip detergentų pakaitalo tekstilės pramonėje audinių plovimo metu ir kaip šilumos izoliatoriaus yra aiškus vietinių resursų panaudojimo taršos prevencijoje pavyzdys.
Literatūra
1. Becker, Andreas Umweltschutz: Abschied von den Illusionen . Neue Strategien für den ökologischen Wandel. – “Rowohlt” 1995
2. Schaumburg, F.D. Progr. Water. Technol., 1975, 7, p.121-126.
3. Staniškis, Jurgis Systems approach to the enivironmental problems – Environmental Research, Engineering and Managemant. No.1 Kaunas, “Technologija” 1995 7-14 psl.
4. Leites, I.L. Teorija i praktika khimicheskoj energotekhnologii. M., 1988
5. Narkevich, I.P.; Pechkovskij, V.V. Utilizacyja I Likvidacyja Otkhodov v Tekhnologii neorganicheskikh Veshchestv.- M.: Khimija, 1984, 240 s.
6. Cygankov, A.P.; Balackij, O.F.; Senin, V.N. Tekhnicheskij Progress -Kkhimija – Okruzhajushchiaja Sreda. – M.: Khimija, 1979. – 296 s.
7. Vaškelis, Algirdas; Šalkauskas, Mudis Environmentally Friendly Chemical Technologies. – US-Baltic Workshop. Environmental Chemistry. Proceedings. Vilnius, Chemijos institutas, 1997″
8. Hjeresen, Dennis L. Green Chemistry: Waste Treatment, Waste Minimization, and Clean Manufacturing Initiatives at Los Alamos National Laboratory- US-Baltic Workshop. Environmental Chemistry. Proceedings. Vilnius, Chemijos institutas, 1997″
9. Lakasavičius, Antanas; Belous, Olga; Čepulis, Imantas; Kusas, Darijus Chemical and economical Aspects of Wood Waste Utilization. – US-Baltic Workshop. Environmental Chemistry. Proceedings. Vilnius, Chemijos institutas, 1997″
10. Avt. svid. SSSR Nr. 1518003, 1989
11. Ishihara, Shigehisa; Kyotani, Yoshitami; Karya, Shinichi (Toyo Denka Kogyo Kk) Manufacture of adsorbens from woody materials by heating – Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 07,100,373 [95,100,373] (Cl. B01J20/24), 18 Apr. 1995, Appl. 93/265,492, 30 Sep 1993
12. Gartzen, Johannes Paper sludge based Adsorbents, suitable forAnimal Litter and soil Amendments – DE 4,341,923 (Cl. B01J20/24), 14 Jun 1995, Appl. 09 Dec 1993.
13. Ortlep, Wolfgang Use of Waste Material from Manufacture of Cigarette Filters as Adsorbent for Cleaning Air, Waste Gases and Soil – Ger. Offen.DE 4,127,823 (Cl.B01J20/28), 04 Mar 1993, Appl. 02 Sep 1991
14. Milukas B., Baltrušis R., Kublickienė R., Šablinskas R. Popieriaus pramonės atliekų panaudojimas nutekamojo vandens valymui. -Respublikinės konferencijos organinių medžiagų chemijos ir technologijos klausimais, skirtos akademiko A.Purėno 110-osioms gimimo metinėms pažymėti, medžiaga. Kaunas-KTU-1991.
15. Denafas G. Atliekų, susidarančių ėsdinant metalinius pusfabrikačius, panaudojimas kailių pramonės nutekamųjų vandenų valymui. -Organinių medžiagų ir maisto chemija ir technologija. Respublikinės konferencijos medžiaga. Kaunas “Technologija” 1992.
16. Panday, K. K.; Prasad, Gur; Singh, V. N. (Inst. Technol., Banaras Hindu Univ., Varanasi, 221005 India) Removal of Chromium from Water by Adsorption Process. -Fundam. Appl. Electrochem., Proc. Symp. 1982, 330-4 (Eng.)
17. Benerjee, Kashi; Horng, P.Y.; Cheremisinoff, Paul N.; Sheih, M.S.; Cheng, S.L. (Dep. Civ. Environ. Eng., New Jersey Inst. Technol., Newark, NJ 07102 USA) Sorption of selected organic Pollutants by fly Ash. – Proc. Ind. Waste Conf. 1988 (Pub. 1989). 43rd, 397-406 (Eng.)
18. Gu, Lipei (Xinjiang Hami Dist. Environ. Monitor. Stn., Peop. Rep. China) Determination of adsorptive Power of Coal Ash towards Chromium – Shanghai Huanjing Kexue 1989, 8(9), 31-2 (Ch.)
19. Nakamura, Takeo; Miyoshi, Tamotsu; Terada, Hirovuki; Imaki, Masahide; Tamura, Takamichi; Hori, Yoshiharu; Tanada, Masatoshi (Fac. Pharm. Sci., Kinki Univ., Higashi-Osaka, Japan 577) Effective Use of Pyrolisis Ash for the Treatment of some organic Solvents – Igaku to Seibutsugaku 1986, 113(4), 265-7 (Japan)
20. Watabe, Kohei (Kato Seiji) Adsorbents obtained from Tire Wastes. – Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 07,148,428 [95,148,428] (Cl. B01J20/20), 13 Jun 1995, Appl. 90/418,406,25 Dec 1990.
21. Gryzazev N.N. (State Univ. Moscow) Natural Sorbents of the Volga Region. – Prirodnye Mineral. Sorbenty, Akad. Nauk Ukr. S.S.R., Otdel. Khim. i Geol. Nauk, Trydy Soveshchaniya, Kiev 1958, 191-8(Pub. 1960)
22. Sheina Z.G. Kur’insk Opoka as an Adsorbent – Trudy Gorno-Geol. Inst., Akad. Nauk S.S.S.R., Ural. Filial 1960, No. 35, 277-89
23. Rakhovskaya S.M.; Gryazev N.N. (State Univ., Saratov)- Adsorption Refining of mineral Oils by natural Sorbents – Prirodnye Mineral. Sorbenty, Akad. Nauk Ukr. S.S.R., Otdel. Khim. i Geol. Nauk, Trudy Soveshchaniya, Kiev 1958, 262-72 (pub. 1960, Rus.)
24. Smith, Edward H., Vengris, Tomas Clay Minerals and Heavy Metals- US-Baltic Workshop. Environmental Chemistry. Proceedings. Vilnius, Chemijos institutas, 1997″
25. Cherpinskij, J. Khimija polimernykh neorganicheskikh vjazhushchikh Veshchestv (Rus.). – L. Khimija, 1967.
26. Kantautas, Aras (Kauno technologijos universitetas) Kalcio hidrosilikatinių sorbentų savybės ir panaudojimas. Daktaro disertacija. – Kaunas, 1996
27. Denafas G., Ancuta A., Viliūnas V. The Use of Calcium Hydrosilicate for Reduction of Volatile Organic Compounds // International Conference. Environmental Science and Technology. Proceedings. – Kaunas “Technologija” 1996. – Psl. 113-116.
28. Tiuchtin V., Denafas G. Kai kurių mineralinių adsorbentų kaip užpildų dujinio chromatografo kolonėlei tyrimas //Neorganinė chemija ir technologija. Respublikinės konferencijos medžiaga. – Kaunas “Technologija” 1995. – Psl. 45-48.
29. Barkauskienė, V.; Barkauskas, V. Chemosorbcinis oro valymas nuo stireno garų -Respublikinės konferencijos, skirtos akademiko A.Purėno 110-sions gimimo metinėms pažymėti, medžiaga. Kaunas-KTU-1991
30. Kantautas, A; Sasnauskas, K. Hidrosilikatinių adsorbentų panaudojimas NO oksidacijai – Statybinės medžiagos. Respublikinės mokslinės-techninės konferencijos medžiaga. Kaunas-Vilnius-1992
31. Mandeikytė, N.; Račys, V.; Urbonas, L. Sorbentai pramonės nuotekų valymui – Statybinės medžiagos. Respublikinės mokslinės-techninės konferencijos medžiaga. Kaunas-Vilnius-1992
32. Kantautas, A.; Mikelienė, L. Silikatinių adsorbentų panaudojimo galimybės skystų terpių valymui – Statybinės medžiagos. Respublikinės mokslinės-techninės konferencijos medžiaga. Kaunas-Vilnius-1992
33. Kantautas, Aras; Patackienė, Nijolė Kalcio hidrosilikatiniai plovikliai – Kaunas-KTU-1996
34. Bolsaitis, Raimundas; Matulionienė, Violeta; Zabotka, Algirdas Kalcio hidrosilikato medžiagų šilumos laidumo priklausomybės nuo temperatūros tyrimas – Kaunas-KTU-1996

Local Resources Application Possibilities to Increasing of Environmental Technologies Efficiency

Gintaras Denafas
Department of Environmental Engineering, Kaunas University of Technology
Abstract
The reasons of imaginary efficiency of various environmental protection technologies are an additional influence to environment through the use of materials and energy during manufacturing and exploitation of necessary technological eguipment. This is as an aditional influence to environment like aditional influence of remedies to human organism.
Rational distribution of raw materials and energy sources with respect to exploiting technological eguipment and rational use of materials and energy are decreasing the general virtual environmental pollution. The necessity of such factors force to search amongst local natural resources and local industry wastes materials necessary to “end-of-pipe” technologies and preventive retention of pollution. Also, these factors enable to research physical and chemical properties of these materials and enlarge the application of chemical and chemical engineering sciences in the environmental engineering area.
By general conclusion of investigation results in the Faculty of chemical engineering (Kaunas University of Technology, Lithuania) and information presented in literature sources of different countries it is clear that in Lithuanian conditions such materials could be the wastes of wood treatment, wastes of cellulose and paper industry, ashes, wastes of etching of metallic half finished products, calcium silicates’ hydrates as products of recycling of industrial wastes and the local rocks opoka and glauconyte. The particular consideration should be directed to AlF3 production wastes synthesized calcium silicate hydrate CSH(1) whose adsorption catalitic properties allows a rational energy use to oxidative decontamination of air pollutants. The use of this material as substitute of detergents in the textile industry for washing clothes and as insulator of warm is a clearly example of local resources’ application in the preventive retention of pollution.

Leave a Comment