❖ -J /. ■ ifc ĚŘ ■ I {(©)) C6890 Technologie ochrany prostředí 3. Hlavní technologie znečisťující ovzduší Hlavní technologie znečisťující vody Hlavní technologie produkující odpady Ivan Holoubek INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 1 Year FIGURE 1 Historical and projected trends in global primary energy consumption. The amount of energy (tons of coal equivalent) from each source is plotted as a fraction / of * the total energy market, with log//(l — /) as the ordinates. The smooth secular trends arc the model estimates based on historical data; irregular lines arc historical data. SOURCE: Marchetti and Nakicenovic (1979). Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 1850 1900 1950 Year 2000 FIGURE 2 World primary energy consumption (in gigawatt-years per year). SOURCE: Grubler and Nakicenovic (1988, p. IS). m **** <"'o„ulo,*+ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Global atmospheric concentration of C02 Parts per million (ppm) 380 -1 360 - V . 370 -J 340 - 320 - 300 - 280 - 280 1870 1680 1690 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 1GMJÜJQ] (g) AruoJsI CNE? Sources: TP Wort Scrtppa, r/euia Loa Otaervawy. Hawaii, institution cf oceanography (SlOl, mvarslty ot Calrtorrta La Jolla. Calltorrfa. Untied States, 1969 aft <"'o„ulo,*+ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz World Carbon Dioxide Emissions by Fuel Type, 1970-2020 Billion Metrie Tons Carbon Equivalent 10 8H History Projections ^ Total _Oil — — Coal Natural Gas 1970 1980 1990 2000 2010 2020 250 200 H 150 100 50 World Energy Consumption by Fuel Type, 1970-2020 Quadrillion Btu History Projections Natural Gas^^^ , i ii il Renewables Nuclear 1970 1980 1990 2000 2010 2020 ml '4n4 Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Turbines Cooling Tower 'ANA ^ <"'o„ulo,*+ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 200 Energy Consumption in the Developing World by Region, 1995-2020 Quadrillion Btu 150 - 100 - 50 - 1995 Developing Asia Central and South America Middle East Africa —I-1-1-1- 2000 2005 2010 2015 2020 'ANA ^ <"'o„ulo,*+ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 210 YEARS COAL 42 YEARS GAS I 60 YEARS RHEWES AT CURRENT CONSUMPTION (UTES Fuel - Price Increase Over Past 20 Years ->> Coal Natural Gas Crude Oil II» '4n4 Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz TĚŽEBNÍ ČINNOST ^> uhlí - hlušina ^> kovy, rudy - hlušina ^> ropa - úniky ^> narušení krajiny ZPRACOVANÍ UHLI ^> těžba - (S), hlušina,zásahy do krajiny ^> doprava využití: ^> výroba energie a tepla ^> výroba koksu ^> výroba plynu Q> úprava ^> surovina pro chemický průmysl (Mi Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Foto 3.4 Povrchový důl na hnědé uhlí <"'o<íulo,*+ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz r r prímami Energetické zdroje sekundárni získané přímo z přírody (dřevo,uhlí, ropa, uranová ruda) úpravou primárních zdrojů a jejich přeměnou (svítiplyn, brikety, benzín, nafta, topné oleje ) Mna ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment \^^+/ http://recetox.muni.cz - prakticky nevyčerpatelné — sluneční záření, E vodních toků, větrná E, geotermální - vyčerpatelné - uhlí, ropa, zemní plyn m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využitelná forma E Geotermální Sluneční Vodních toků Ledovců Větrná Mořských vln a proudů Chemická Příliv, odliv Research Centre for Toxic Compounds in the Environment vw,—%f http://recetox.muni.cz 2,5 4,4 5,2 6,1 2,44-krat 2,0 11,8 19,0 29,0 16,94-krat 1,04 2,7 3,65 4,75 '4n4 Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Obrázek 1.1 Růst spotřeby primárních energetických zdrojů (SVEZ) pro konstantní meziroční přírůstek q = 1,024 (v roce 1990 je bráno SPEZ=1) a integrální spotřeba primárních energetických zdrojů za určité období: in tegrální spotřeba od počátku průmyslové éry do roku 1990 (IS),= 42,7 integrální spotřeba 1990-2020 (IS)2 = 43,2 integrální spotřeba 2020-2050 (IS)3 = 88,2 integrální spotřeba 1990-2050 (IS),tM=131,4 = 3,1.(25), 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Tabulka 1.9 Některé charakteristiky scénáře WEC1993 pro rok 2050 a 2100, rozšířeno a doplněno autorem í..........................................................................................-........."■..............-Scénář WEC A B C Rok 1990 2050 2100 2050 2100 2050 2100 Celková spotřeba PF./. (Gt(H,/rok) 8,8 27 42 23 33 15 20 Z toho: fosilní paliva (%) 77 58 40 57 33 58 15 jaderná energie (%) 5 14 29 15 28 8 11 nové obnovitelné zdroje (%) 2 15 24 14 26 20 50 Průměrný meziroční přírůstek spotřeby energie (%) 1,89 1,43 1,61 1,21 0,89 0,75 Počet roků pro zdvojnásobení spotřeby energie 37 49 43 58 78 93 18 WEC - World Energy Council. 191EA — International Energy Agency. 20PEZ - primární energetické zdroje. 'ANA ^ <"'o<íulo,*+ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Tabulka 2.3 Skladba spotřeby primárních energetických zdrojů (VIZ, v procentech) v České republice a v Evropské unii DruhPEZ Česká republika Evropská unie (EU 15) rok 2000 předpoklad roku 2005 rok 2001 Hnědé uhlí 37 30 153 Černé uhlí 18 15 Ropa 16 16 41 Zemní plyn 19 20 22 Jaderná energie 8 16 15 Obnovitelné zdroje 1,9 3 7 Odpady 0,1 - - Celkem 100,0 100 100 1WEC - World Energy Council. 5 Uhlí celkem. m m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz ^> vyčerpané prvotní energetické zdroje ^> zanedbatelná zásoba ušlechtilých paliv ^> energetická náročnost ekonomiky ^> relativně nižší úroveň zhodnocení paliv a energie ^> zvýšení účinnosti při využívání E a orientace na úsporná opatření (krátkodobé hledisko) ^> vývoj a zavádění technologií usnadňujících přechod a zplynování (střednědobé) ^> uplatnění nefosilních zásob E (dlouhodobé) ^> restrukturalizace průmyslu ^> snížení energetické náročnosti IM! mna ü-1 Research Centre for Toxic Compounds in the Environment \^^+/ http://recetox.muni.cz Procesní voda 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Vzdušné proudy únik z troposfŕry t t t Těíba uhli Povrchové doly vyfflývání, vyčesávínl joůlňí vody prášení .dálkový transpor t Rostliny filtrace ingesce rybami ♦_ Ros tl Lny I_p pros kořeny POTRAVNÍ ft E T Ě Z C E Clcvék Schéma znečištění okolí tepelné elektrárny stopovými prvky Obrázek 3.2. Schéma dislribucc a pohybu stopových prvků v okolí klasické tepelné cleklrárny. m ■P % m Vol'* Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz i CELKOVÉ EMISE CO, PODLE REGIONŮ Po dvou ropných krizích v sedmdesátých letech, kdy se roční přírůstek emisí uhlíku zpomalil, nastal od roku 1983 rychlý růst emisí - průměrně o 2,8 % ročně. Za 70 % emisí uhlíku ze spalování fosilních paliv odpovídá pouze čtvrtina světové populace - průmyslové země. Bezkonkurenčně najvyššími producenty jsou USA a země bývalého Sovětského svazu. Severní Amerika Východní Evropa Západní Evropa Cína Pacifik Rozvojové země ostatní y A I vi___„ . _„ >, - — ^ 1 Í30C »50 2000 2090 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz — extrémně vysoké komíny - na vstupu - použití kvalitnějšího paliva - na výstupu - chemické vázání škodlivin ^> méně hodnotných paliv a tuhých paliv s vysokým obsahem síry 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz - zplyňování paliv s následným zachycením H2S 200 MW - spaliny 1 - 1,2 mil. mMr1 plynu (T = 130 - 180 °C) Hnědé uhlí - popel, S, As Jedno z hlavních paliv do roku 2000: ^> zhoršující se kvalita ^> soustředění jeho spalování do elektráren vybavených odsiřovacím zařízením ^> zplyňování uhlí s velkým obsahem síry m ^V^nys Research Centre for Toxic Compounds in the Environment \^^+/ http://recetox.muni.cz ^> nejpoužívanější energetický zdroj ^> surovinová základna petrochemického průmyslu ^> spalování odpadů z petrochemie ^> těžké topné oleje — S — odstranění technologicky možné vyšší cena (hydrogenace H2S) ^> lehké topné oleje - malospotřebitelé ve městech - ne/ušlechtilejšípalivo — náročné technologické procesy, komunální bytová sféra, surovina pro chemický průmysl 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz účinnost klasické elektrárny — max. 40% kombinace - ~ 70% rozvod tepla - emise se nezmenšují, ale jsou soustředěny na jedno místo S02, NOx, prach, těžké kovy, PAHs..... 120 000 38 600 20 24 000 2 000 0 27 000 26 000 13 400 270 000 26 000 518 2 000 150 4 740 18,5 0 1,64 1,71 2,2 10 000 10 000 10 000 Research Centre for Toxic Compounds in the Environment y^j? http://recetox.muni.cz ^ hydraulická maltovina — jemné mletí slinku a speciálních přísad portlandský - vápenec, hlinité zeminy ^ mokrý, polosuchý, suchý způsob výroby — dle surovin a způsobu pálení v šachtové nebo rotační peci ^> Rotační pec - 30 - 150 m, o - 2 - 5 m ^ 4 pásma: - horní - sušící, předehřívací - 400 °C - kalcinační - rozklad CaC03, únik C02 - 400 - 950 °C - slinkovací pásmo — 1 450 °C - částečné tavení, vznik slinku _- chladicí - 600 °C - chladič slinku_ m Mna Research Centre for Toxic Compounds in the Environment \^^+/ http://recetox.muni.cz Mísící nádrž -O .....■<■......A j ESP n tá ] Skladovací zásobník Mlýn cementu J V Skladovací zásobník TU. Distribuce Plyn Ii» 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Tuhá fáze 'ANA ^ <"'o„ulo,*+ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz '4n4 Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Cement rotary kiln Range 400-800 [ C] 2000 fCl 800 fCl mm Clinker Cooler « De-Novo-Synthesis» 25 [sec] 1200 r°ci 850r°C1 Rotary Kiln 1450 [<€] < Mll^c 900 [^C] A° MI Preheater *JX^ t>i> 8* 0 [sec] 8 [sec] '-ANA Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz ^> primární ^> sekundární - technologické zařízení (pece, mlýny, chladiče slinku, mlýny cementu) - blízké okolí + skládky suchých materiálů, manipulace, doprava, zásobníky materiálů NOx, S02 - málo 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz ^ tepelný rozklad CaC03 (900 -1300 °C) ■=> CaO ^> automatické šachtové pece - svrchu CaC03 + koks Q> surový magnezit (MgC03) - 700 - 1 000 °C kaustický magnezit (3-8 % C02) ^ xylolit, heraklit, sorelový cement ^> > 1700 °C - mrtvě vypálený magnezit (bez C02) ^ výroba žáruvzdorných cihel Šachtové a rotační pece JMI Mna Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Homogenní, isotropní, většinou průhledná hmota vznikající tavením sklářského písku (hlavně Si02), vápence a sody a ochlazením taveniny tak, aby při chlazení nekrystalizovala Sklo - různé oxidy + řada přísad - kovy Suroviny - sklářský kmen - tavení - 1 450 °C - pánvové pece (diskont.) nebo vanové (kont.) 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz ^> Součást metalurgického komplexu ^> Karbonizace černého uhlí v koksárenských pecích ^ Nízko (500 - 600 °C) - vysokoteplotní (900 -1400 °C) karbonizace ^> Podle T , doby karbonizace a kvality uhlí lze získat 3 základní produkty : - koks - koksárenský plyn - chemické produkty Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Podle typu pece, druhu vsázky, způsobu provozu se vyrábějí ^> hlavní produkt ( 65 - 75 % ). Z uhelných směsí při 1 300 - 1 350 °C, zrnitost 40 - 80 mm. ^> ve slévárnách při tavení litiny, vyrábí se při 1 200 - 1 250 °C - slévárenský koks I > 90 mm - slévárenský koks II - 60 — 90 mm ^ kvalita jako slévárenský , > 80 mm ^ používá se pro výrobu plynu v generátorech, v chemickém průmyslu na výrobu CaC2, topení v domácnostech, palivo ve spékárnách rud Koksárenský plyn (svítiplyn): topení, palivo v hutnictví, výroba H2 Vedlejší produkt výroby koksu - objem. %: C02 - 2-4; CxHy - 2-3; 02 - 0,4-0,8; CO -6-8; H2 - 53-58; CH4 - 23-28; N2 - 3-8 m fy^FVy; Research Centre for Toxic Compounds in the Environment \^^+/ http://recetox.muni.cz Produkty karbonizace uhlí: ^> 500 - 600 °C - nízkoteplotní dehet ( parafiny, alkeny, fenoly ) ^> vyšší T - rozklad a přeměna na benzen, naftalen, antracén, nižší obsah dehtu, vyšší H2 ^ 400 - 800 °C - NH3 ^> > 850 °C - rozklad dehtu a vznik ^> < 700 °C - nenasycené uhlovodíky, fenoly •^nVíí Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz [%] 74-78 15-17 (g): H2S, HCN, S02, CO, AR, PAHs, K-PAHs 3,2-3,8 hluk, vysoké T, 25 vibrace, plyny, prach 0,9-1,2 0,2-0,32 0,03-0,06 0,2-0,3 0,11-0,18 0,04-0,08 ^> OV 2 ptaní uhlí ( oddělení hlušiny ) ^ prachové úlety ^> OV: fenoly, aromáty, oleje, NH3, H2S04 ^> prach: vykládání, mletí, plnění komor, karbonizace, hasení, třídění, drcení m Mna ^V^nys Research Centre for Toxic Compounds in the Environment \^^+/ http://recetox.muni.cz KOVOVÁ RUDA ÚPRAVA RUDY MECHANICKY, • FYZIKÁLNE STRATY KONCENTRÁTY RUDY NA REDUKČNÉ PROCESY CHEMICKÁ ÚPRAVA (PRÍPRAVA MEDZIPRODUKTOV) VÝROBA ČISTÝCH KOVOVÝCH ZLÚČENÍN I 1 REDUKCIA ~1- REDUKCIA 1 KOV SUROVÝ KOV ~1 RAFINÁCIA Obr. 5—17. Výroba kovov [29] -Čisté kovy AI, Mg, Ti, Cu, U, W, Mo, Zn, Ni Surové kovy Fe, Cu, Pb, Ni, Sn, Zn KOV <"'o<íulo,*+ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz '4ns Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Struska s výroby slitin Surové Fe : 450 kg strusky / t surového Fe —> druhotná surovina Struska: Si02, CaO, A1203, MgO, MnO,FeO, S, CaF2, P2Os - CO, C02, H2S, S02, T.č. - zpracování oceli na hutnické výrobky - na povrchu FeO -> moření v Mn, H2S04 FeO + 2HX -> FeX2 + H20 Kyselé OV 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz OV - velká spotřeba 0: Fe2+ -> Fe3+ Regenerace, recyklace ^> Tuhé kaly - odstranění elektromagneticky Speciální legované oceli — moření v lázni s HF + HN03 OV: F", HMs - Fe, As, Cr, Mn, Mo ^ kovy - extrakce kapalinou nebo elektrolyticky Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz bauxit (A1203) + Fe203, Si02 1) výroba čistého A1203 z rudy 2) výroba Al elektrolýzou A1203 rozpuštěného v roztaveném kryolitu (NaAlF4) F-, HF, CF4 (elektrolýza) Emisní faktor F sloučenin: - bez opatření na snížení emisí: 15 — 20 kg / t Al - s opatřeními: 1 — 2 kg / t Al m Mna Research Centre for Toxic Compounds in the Environment \^^+/ http://recetox.muni.cz Ochrana káblů, odpadních potrubí Akumulátory, ochrana před vysokým zářením Problémy - emise Pb, S02, kovů v odpadní strusce Použití v různých slitinách, výroba pražením Sb2S3 při 350 - 450 ° Emise S02 Pražením chalkopyritu CuFeS2 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Výroba, použití, likvidace Ovzduší - kvantitativně 3. místo kvalitativně 1. místo (toxicita, genotoxicita) Voda - dle charakteru výroby - 20-50 % znečištění toxické OV, změna pH, snížení C02 persistentní Půda - přímo - výroba, skladovaní, havárie nepřímo - atmosférická depozice Na2C03, NaOH, H2S04, H3P04, Cl2, NH3, hnojiva 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 1) - meziprodukty, produkty ( H2S04 - praní plynu získaného pražením pyritu nebo elementární S) 2 - AU - HN03, H2S04, HC1 (+ znečištění plynu) 3) - soli jako odpad chemických reakcí, neutralizace 4) - NaOH, Cl2, H2 5) - HNO3 " NO> H2S04 - S02 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz odpad —» surovina OV - výroba NH3 (H2S) - provzdušnění v uzavřeném systému —» získané plyny - spalovat Odpadní plyny - přidružená výroba Recyklace odpadů ^> rozpouštědla ^> voda ^> plyny ^> zpracovatelský odpad 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz What the processes have in common: Organic, Inorganic Materials Chlorine HCl as coproduct; Need for purification Chemical Processes Byproducts Products Co-Product HCl Organics: Allyl Chloride; Chloranil; Chloroprene; ^Chlorinated benzenes; Epichlorohydrin; Isocyanurates; Phosgene; Chlorophenols; Virrylidene Chloride; Vinyl Chloride, etc. Solvents: Chloromethanes; Chlorinated Ethanes, Perchlorethylene; Trichlorethylene '4n4 Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz ^ antibiotika a další léky ^ moderní hnojiva a pesticidy ^ polyméry, komposity 1> DDT PCBs CFCs PBTs '4n4 ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Chemický průmysl je brán jako producent významných množství nebezpečných látek ovlivňujícími všechny abiotické a biotické složky prostředí - negativní obraz chemie ve společnosti. 'INA ^ m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz ^ zpracování, kontrola a likvidace odpadů, remediace ^ monitoring znečištění ^ vývoj standardů pro emise do prostředí ^> vývoj analytických metod ^ vývoj nových technologických postupů Většina technologií byla vyvinuta před 20 lety a jejich cena zahrnovala povětšinou jen cenu vlastního procesu; dnes cena procesu zahrnuje existující environmentálni legislativu (část technologie související s ochranou prostředí) 1992: průmysl vynaložil 115 mld $; předpokládá se, že likvidace existujících míst s nebezpečnými odpady bude stát 700 mld $ m f/M^S. Research Centre for Toxic Compounds in the Environment \^^+/ http://recetox.muni.cz ^> inventury emisí a jejich kontrola ^> kontrola procesu ^> recyklace v procesu ^> nejlepší dostupné technické přístupy ^> „zelená chemie" IM! ^V^nys Research Centre for Toxic Compounds in the Environment \^^+/ http://recetox.muni.cz Identifikace, vývoj a implementace technologií s prevenci znečištění Využití chemie pro redukci zdrojů znečištění Vývoj chemických produktů a procesů redukujících nebo eliminujících použití a/nebo vznik nebezpečných látek Snížení environmentálních rizik snížením nebezpečnosti Není řešením všech problémů prostředí, je však jedním ze základních možných přístupů prevence znečištění a to již na molekulární úrovni. m f/M^S. Research Centre for Toxic Compounds in the Environment \^^+/ http://recetox.muni.cz - redukce nebo eliminace použití nebo vzniku nebezpečných látek. — eliminace nebo redukce použití toxických nebo environmentálne nebezpečných rozpouštědel a vývoj a optimalizace reakčních podmínek vedoucích k redukci nebo eliminaci nebezpečných látek za maximalizace výtěžku a snížení spotřeby energie. , jejichž toxicita je redukována nebo eliminována při zachování užitných vlastností produkované látky. "in . celulóza (40-50 % hmotnosti dřeva) ^> hemiceluloza - směs pentosanů, hexozanů a jejich derivátů (20-25 %) ^> lignin - polymerní aromatické aromatické fenolové sloučeniny (20-25 %) ^> mono- , di- , oligosacharidy, bílkoviny, alkaloidy, živice, tuky, kyseliny... (3-20%) ,«*nt *«*% . •^nVíí Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz polysacharidy lignin živice polyhydroxyalkoholy organické N sloučeniny třísloviny anorganické sloučeniny 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz zpracování bez porušení původní struktury ( desky, dýhy, nábytek... ) při které se používají: broušení dřeva bez chemických zásahů - bílá dřevovina ( 98% výtěžek dřevní látky ) - paření dřeva nasycenou vodní parou pod tlakem, poté broušení (90%) dřevo se intenzivně opracuje vodní parou nebo se impregnuje NaOH, Na2S04, Na2C03 v kombinaci s vodní parou, poté broušení a defibrace —> získá se chemická dřevovina parou (165 - 185 °C) - získává se vysoce ligninové termomechanické vlákniny tlaková rafinace dřevných štěpků vyhřátou vodní částečné nebo celkové odstranění necelulozových složek dřeva chemickým způsobem Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz ^> chemicko-tepelné opracování štěpků, přitom lignin a hemicelulózy přecházejí částečně do roztoku (65-80 ^> podobně jako u polobuničin s důkladnějším odstraněním ligninu a hemicelulózy (55-65 %) ^> s vysokým stupněm delignifikace: - sulfitová buničina - sulfátová buničina ^> tzv. šlechtěné buničiny - bělením - odstranění zbytku ligninu - získá se vysoký obsah a -celulózy (94-96%) ^V^nys Research Centre for Toxic Compounds in the Environment \^^+/ http://recetox.muni.cz Využití rostlinných surovin (dřevo, jednoroční rostliny) -chemická surovina (lignochemie, dřevochemie) hydrolýza, dehydratace,hydrogenace, pyrolýza, redox postupy Výroba sacharidů, aldehydů, R-OH, R-COOH, fenolů, rozpouštědel, terpenů, monomerů, bílkovinná krmiva, syntetická paliva, bioplyn Ze dřeva možno připravit až 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Uvolnění vláken buničiny ze základního pletiva působením chemikálií při vyšších teplotách a tlacích. Necelulozové složky dřeva (lignin, hemicelulóza) přecházejí do roztoku. Nejdůležitější moment: rozrušení chemické vazby ligninu a polysacharidu na vodorozpustné sloučeniny, např. sulfonací. Používají se kyselé, alkalické a neutrální roztoky —» štěpení ligninu na různé fragmenty původní makromolekuly. účinkem HS03 solí ( Ca2+, Mg2+, Na+, NH4+) a S02 ve vodním roztoku. účinkem vodních roztoků NaHS a NaOH. U obou postupů přechází lignin do roztoku ve formě ligninsulfonových kyselin. m ^V^nys Research Centre for Toxic Compounds in the Environment \^^+/ http://recetox.muni.cz S02 (spalování pyritu, S) FexOy, Se, As (pyrit), S02 ■=> H2S03 "=> Ca(HS03)2 odpad CaS03 (^) (vyšší T) náhrada Na+, NH4+, Mg2"1", - rozpustnější diskontinuální způsob <"'o<íulo,*+ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Výhoda - magnézium bisulfitové vodní výluhy je možné regenerovat spalováním Varná kyselina: Mg(HS03)2 fy regenerace MgO (*) + S02 (g) + MgO -J +Mg(OH)2 + S02-► Mg(HSQ3)2 m 't. Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 10 -11,5 NaOH 3,5 - 5% Na2S 2-2,5% Na2C03 (+Na2S04) probíhá při 165 - 180 °C a přetlaku 700 -1000 kPa a hydromodulu 1: 4 (poměr suchých štěpků v objektu varného roztoku) Kontinuální způsob regenerace odpadních louhů - zahuštění na 60% sušiny, spálení v kotli - teplo na výrobu páry - 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Q. ci O O 20 40 60 80 100 Chlorine dioxide substitution, % II» 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Debarking Chipping Reclaiming S*jprrBa1i;h" DŕlLjňciwh™ Twlhndľ" OjcyTiac'" Dehnctting Idcncc-ning Wnshirtg Otogen ila\iqnn\cnlK}n ECF-Blrail™ia M EOF Ul Uli Delta Scran"" PrcssíomicT™ Drviny ŕulp dicing CMHír flota"* íeetainl&gy Baling 0 íjl 0 0 3 © 0 e a a e a s e Tn II» '4n4 Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Odstranění zbytků ligninu po předcházejících postupech ^> chlorace - C ^> alkalická extrakce - E ^> bělení chlornanem — H ^ bělení C102 - D Sulfátová - CEHDED nebo CEDED Sulfitová - CEH ^> rozpouštění při praní ve vodě ^> E — extrakce zředěných roztoku alkálií 'ANA ^ **** Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Chlorination Alkaline extraction Hypochlorite Chlorine dioxide Chlorine and chlorine dioxide Oxygen Extraction with oxygen Peroxide Chelating Ozone C E H D CD O EO P Q Z Reaction with elemental chlorine in acidic medium Dissolution of reaction products with NaOH Reaction with hypochlorite in alkaline medium Reaction with chlorine dioxide (C102) Chlorine dioxide is added in chlorine stage Reaction with molecular oxygen at high pressure in alkaline medium Alkaline extraction with oxygen Reaction with hydrogen peroxide (H202) in alkaline medium Reaction with chelating agent EDTA or DTPA in acidic medium for removal of metals Ozone using gaseous ozone (03) 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Millions of Tonnes 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 M <"'o„ulo,*+ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz výroba buničiny - S02, H2S regenerace a spalovaní výluhů - S02, RSX předhydrolýza dřeva (HC1, H2S04, H2S03) vaření buničiny (odpadni výluhy) bělení buničiny kondenzáty při odpařování výluhů před jejich spalováním OV zbytky m m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Hlavně kapalné odpady s organickými látkami biologicky rozložitelnými a netoxickými Po chemickém průmyslu největší znečišťovatel vodních toků biologicky snadno rozložitelné látky - Exhalace - pomocné provozy (kotelny, elektrárny) Ii» 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Repa - řízky - vyluhování horkou vodou v difuzérech - získaná difuzní šťáva se čeří vápnem (odstranění necukerných složek) 1) prací voda a voda na přepravu řepy 2) řízková vody 3) kondenzační voda 4) prací a oplachovací voda 5) splašková voda písek, hlína, malá COC (úlomky řepy ) - obsah cukru 0,01 - 0,05 % (difúzní, řízkolisová) - nejzávadnější - BSK5 > 1 200 mg.l-1, sacharóza > 1000 mg.l-1, slabě kyselá, snadno kvasí 450 % zdravotně nezávadné vody na hmotnost repy — relativně čisté (málo 02, stopy NH3) Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 2 brambor, obilí, kukuřice, rýže OV 2 praní a plavení, "plodové" OV po centrifugaci - sacharidy, bílkoviny, saponiny a rafinační OV Z melasy 2ředěním H20 a po okyselení H2S04 se 2íská 2ápara, ta po 2ahřátí, usa2ení a vyčeření se sterili2uje varem, poté se přidají kvasinky, získá se kvasinkové mléko + mladina (odstředěná a vykvasená 2ápara) (30 % OV) a po odstředění a filtraci (prací a lisovací OV) se 2ískává droždí '4n4 Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz slad, chmel, vody v určité fázi přerušení klíčení ječmene (ječmen se smáčí ve vodě, nechá se klíčit - enzym amylaza částečně mění škrob na maltózu; suší se a zbaví klíčků), poté var, kvašení a stáčení piva ^> oplach stáčecího zařízení - BSK5 - 2 000 - 4 000 mg.1"1 ^> OV z prvního praní ječmene - BSK5 ~ 1 500 mg.l-1 ^> další namáčecí a prací OV - BSK5 ~ 200 mg.l-1 -BSK5- 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz - úprava mléka na přímou spotřebu Zpracování na smetanu, máslo, sýry, mléčné přípravky a speciální výrobky (kasein, mléčný cukr, kyselina mléčná) ^ Mléko - odstředění — filtrace — úprava tukovosti, pasterizace ^ Jogurt — zahuštění mléka na 1/2 + mikroorganismy (mléčný cukr —► kys. mléčná) tím dojde k okyselení a sražení (42 - 45 °C, 1/2 - 3 h) <±> Kefír - kefírový zákvas (18 - 20° C, 24 h) ^ Smetana — mléko s vyšším obsahem tuku — odstředění <±> Máslo Sýry m ^ chladírenské ^ technologické (zbytky mléka......., pracích prostředků..) - syrovátka, zkažené - nelze vyčistit BSKg-QOO-SOOOmg.Hr_______________________________________)_ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment \^^+/ http://recetox.muni.cz Jatka - porcování, zpracování — zbytky živočišných bílkovin 300 - 2000 1 vody na jednu porážku BSK5 100 - 5 000 mg.l"1 T.L - 200-8 000 mg.l"1 Krev Velký obsah tuků a dusíkatých látek Prach 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz taková změna fyzikálních, chemických a biologických vlastností vody, která omezuje nebo i znemožňuje její použití k danému účelu kterým by bylo možné odstranit všechny formy znečištění Nutnost kombinace několika zcela rozdílných procesů (jednotkových operací) Sled operací ^ m ^V^nys Research Centre for Toxic Compounds in the Environment \^^+/ http://recetox.muni.cz Simulace přírodních procesů ■ - provzdušňování, sedimentace, srážení, f sorpce, oxidace, komplexace '4ns <"'o<íulo,*+ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz zalezi na charakteru znečistení a na: 1. proces musí být účinný 2. proces měl být ekonomicky přijatelný 3. proces by neměl být příliš náročný na spotřebu E 4. při procesu by neměly být vnášeny do čištění OV další znečišťující látky (Cl", S042" ...) "in . po odstranění 90% odstranitelných látek «=> písková filtrace a následná adsorpce na AU. 'ANA ^ Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz mg02/L BODf > H