Тиббиёт ва маиший чиқиндиларни пиролиз қилиш реакторларида кечадиган  иссиқлик жараёнлари таҳлили ва аппаратураларини лойиҳалаш учун тавсиялар

Н. Салимов, У. Сафаев, А. Мусаев,
«Атмосфера» ИТЛТИ
Дунё бўйича ҳар бир инсондан кунига бир килограммдан маиший чиқинди чиқди деб ҳисоблайди бўлсак, унинг миқдори миллионлаб тоннани ташкил қилишини кузатамиз. Бу кўрсаткич дунё бўйича бир текисда тақсимланмаган. Албатта ривожланган шаҳарларда хизмат кўрсатишнинг ҳолатига кўра бу миқдор ошиб боради. Шуни таъкидлаш жоизки, бу чиқиндиларнинг 80% ни органик моддалар ташкил қилади ва уларни қайта ишлаш натижасида катта миқдордаги энергия ва энергия ташувчиларни ишлаб чиқариш мумкин бўлади. Полимерлар, латта, макулатура, ёғоч ва озиқ - овқат қолдиқлари ва бошқалар органик моддалар сирасига киради. Касалларга тиббиёт ёрдами кўрсатиш даврида ҳосил бўладиган чиқиндилар тиббиёт чиқиндилари дейилади. Уларга пахта, тампон, бир маротаба ишлатиладиган тиббиёт асбоблари ва инсон танасидан кесиб ташланган қисмлари киради.
“Атмосфера” илмий тадқиқот ва лойиҳалаш институти жамоаси чиқиндиларни зарарсизлантириш, утилизациялаш  ва улардан иккиламчи хом ашё сифатида фойдаланиш усулларини тадқиқ қилиш билан шуғулланиб, хусусан маиший ва тиббиёт чиқиндиларини  зарарсизлантириш усулларини ишлаб чиқиш бўйича самарали илмий ва лойиҳавий ишларни амалга оширмоқда.
Дунё амалиётида маиший ва тиббиёт чиқиндиларини зарарсизлантириш ва утилизация қилиш учун қуйидаги усуллардан фойдаланилади; термик, кимёвий, биологик ва физика кимёвий.
Термик ишлов бериш усулларига қуйидагилар киради:
•    Ёқиш усули ҳар хил конструкциядаги печларда 12000С ҳароратда амалга оширилади. Чиқиндиларнинг органик қисми ёниши натижасида диоксид углерод, сув буғлари, азот ва олтунгугурт оксиди, аэрозоллар, углерод оксиди, бензопирен ва диоксинлар ҳосил бўлади.
•    Пиролиз тиббиёт ва маиший чиқиндилар кислородсиз шароитда органик қисми термик парчаланилади.
Юқорида келтирилган усуллар билан кенгроқ танишиб чиқамиз.
Хавфли чиқиндиларни ёқиш билан шуғулланадиганлар чиқиндиларни ёқишдаги заҳарли ташламаларда азот оксиди, олтингугурт ва углерод, ва шу каби  диоксинлар, бензопиренлар ва газли ташламаларнинг руҳсат этилган чегарасидан чиқиб кетиш муаммолари билан тўқнашади. Зарарли ташланмалар асосан янги чиқиндиларни ёқишга ташлаган вақтда, кескин кислород миқдорининг камайиб кетишида, ёнувчи массанинг ёмон иссиқлик ўтказиш қобилиятига эга бўлгани ҳолда  яхши аралаштирилмаслиги натижасида ҳосил бўлади. Кислород таркибининг кескин камайиб кетиш ҳодисасига қарши курашиш учун реакторларга махсус мосламалар ўрнатиш орқали бунда янги бўлак бўлак чиқиндиларни ташлашни тўхтатилади ёки кислород инжекторлари орқали кислород ёниш зонасига етказиб берилади. Ёниш камералари ёқилғини пуркаш мосламалари билан таъминланган бўлади ёки фақат қаттиқ чиқиндилар ёқилади.
Мисол учун, замонавий, кичик ҳажмдаги, ҳаракатланувчи тиббиёт ва маиший чиқиндиларни утилизация қилувчи қурилмалар ҳар хил ишлаб чиқариш, маиший, биоорганик, тиббиёт ва бошқа соҳа чиқиндиларини ҳосил бўлиш жойида утилизация қилиш учун мўлжалланган, лекин жараённи бошқариш осон эмас ва чиқиндиларнинг таркиби учун кўп талаблар қўйилади.
Ҳозирги пайтда кўп давлатларда чиқиндиларни ёқиш қурилмаларини чеклаш амалиёти қўлланилмоқда, чунки жараённи бошқариш қийинлиги учун жуда кўп зарарли моддалар ҳосил бўлмоқда, ўта заҳарли бўлган моддалар атроф муҳитга маиший ва тиббиёт чиқиндиларидан ҳам кўпроқ зарар келтирмоқда.
Қаттиқ ва суюқ углеводородларни ва таркибида углерод бўлган материалларни газлаштириш жараёни бу ҳар доим бўладиган иш бўлиб ёки модернизацияланган формаси бўлиши ва пиролиз технологиясини ҳар хил комплекс чораларни ишлатган ҳолда, технологик ва берилган физик ва кимёвий параметрларини ўша соҳага керакли маҳсулотларни олишга қаратилган.
Чиқиндиларни  газлаштириш натижасида СО(H2), синтез-гази ҳосил бўлади, чунки ҳамма чиқиндиларнинг таркибида сув бўлади, қисман углероднинг буғланиш конверсияси жараёни содир бўлади ёки қуюқ мумсимон моддалардан туман ҳосил бўлиши мумкин. Газлаштириш реакцияси қайталанувчи хусусиятга эга бўлган муҳитда ўтади, шунинг учун азот оксиди ва олтингугурт ҳосил бўлмайди.Туманнинг массаси 6000С да синтез-газнинг 30%и массасигача бориши мумкин. Харорат кўтарилиши билан газлаштиришда синтез-газдаги туманнинг ҳиссаси тушиб кетади ва 11000С да нолга яқинлашиб қолади.
Углерод оксиди ва водороднинг ёнилғи аралашмаси 1400-16000С да горелкаларда ёқиб юборилади ёки метил спиртининг синтезида каталитик жараёнида ишлатилади. Газлаштиришдан қолган кулда сувда эримайдиган оғир металларнинг оксиди ва углерод қолдиғи бўлиши мумкин.
Газлаштиришнинг газсимон маҳсулотлари (15-22 МДж/нм3) ўрта калорияли газ сифатида кўрилади, қисман газлаштиришда эса (4-8 МДж/нм3) кичик калорияли газ ҳосил бўлади. Юқори ҳароратли пиролизда газсимон ёнилғининг чиқиши реакторга солинган умумий қуруқ хом ашёнинг 70% и даражасида бўлиши мумкин. Газнинг таркиби жараённинг параметрлари ва хом ашёга боғлиқ бўлади.
Аввало қаттиқ маиший ва тиббиёт чиқиндиларини 100-1200С ҳароратда қиздириб қуритиб олиш мақсадга мувофиқ бўлади, сўнг пиролиз жараёнини 4500С ҳароратда олиб борса бўлади. Натижада дизел ёқилғиси таркибига ўхшаш ёғлик фракциялар ҳосил бўлади. Жараён экологик хавфсиз ва самарали. Қурилмада ёндирувчи печларга нисбатан ташлама газларда азот ва олтингугурт оксидлари, аэрозоллар ва енгил углеводородлар бир неча юз баробар кам бўлади  
Тиббиёт ва маиший чиқиндиларни самарали пиролиз усули билан хавфли чиқиндиларни йўқотибгина қолмай ундаги хавфли микрорганизмлар йўқотилади қайсики, қаттиқ маиший ва тиббиёт чиқиндиларида кўпайиш ва тарқалиши мумкин бўлади. Пироконденсат - пиролиз ёғи мақсадга мувофиқ бўлиб, потенциал имкониятдан оғирлигининг 40 -75 %  ташкил қилади ва пирокарбон пиролиз қуруми 5 -15 % оғирлик нисбатида ҳосил бўлади. Натижавий маҳсулот чиқинди таркибига боғлиқ бўлади.
Текшириш натижасида юқорида келтирилган технологиялардан кўриниб турибдики, улардан фойдаланилганда чиқиндиларни зарарсизлантириш билан бирга пирогаздан фойдаланиш имконини беради ва иссиқлик ишлаб чиқарилади.
Юқорида кўриб чиқилган усуллар маиший ва тиббиёт чиқиндиларини зарарсизлантириш технологиясини ишлаб чиқишда фойдаланиш мумкин бўлади хар бир чиқиндиларни зарарсизлантириш усул ва технологияси физика – кимёвий, физика – механик ва технологик кўрсаткичларига кўра маълум бир имтиёзларга  эга бўлади, уларнинг оптимал мутаносиблиги экологик, иқтисодий ва технологик муваффақиятларга, комплекс минимал зарар ҳолатида маълум бир чиқиндиларни зарарсизлантиришда қўллаш мумкин.
Кимёвий жараёнда иккита ёки учта агрегат холидаги моддалар иштирок этиши мумкин. Қачонки икки агрегат ҳолидаги моддалар иштирокидаги жараён бўлганда суюқлик – газ, қаттиқ – суюқлик ёки қаттиқ – газ бўлиши мумкин ва буларни ҳисоблаш жуда мураккаб бўлади. Агар жараёнда учта агрегат ҳолидаги моддалар иштирок этса, яъни қаттиқ – суюқлик – газ жарёнларнинг мураккаблиги бир неча баробар ошиб кетади.
Бундай ҳолларда пиролиз жараёни учун тажриба йўли билан реактор геометрик ўлчамлари ва жараённинг оптимал параметрлари аниқланилади. Пиролиз жараёни учун энергия сарфи асосий кўрсаткич ҳисобланади. Шунинг учун пиролиз жараёнларини лойиҳалаш ва қўллаш босқичлари жиддий ёндашишни талаб қилади. Тайёргарчилик босқичида математик моделлаштириш усулларидан фойдаланиш иқтисодий ва технологик сарф - харажатларни қисқартиришга олиб келиб, таклиф қилинаётган жараён ва технологияни қўллашни тезлатади.
Асосий тадқиқот масалалари:
-    иссиқлик ҳаракатини ҳисобга олган ҳолда пиролиз реакторлари конструкцияси учун тавсиялар ишлаб чиқиш;
-    жараённинг динамик ҳолатини ҳисоблаш усулини ишлаб чиқиш;
-    реактор девори ва солинаётган маҳсулот орасидаги иссиқлик алмашиш жараёнининг математик ва физик модели орасидаги боғланишни аниқлаш;
-    пиролиз жараёнидаги қўлланилаётган технология ва ундаги энергия сарфини аниқлаш;
-    чиқиндиларни қайта ишлаш учун реакторни комплекс ҳисоблаш алгоритм ва дастурини ишлаб чиқариш;
-    маиший ва тиббиёт чиқиндиларини пиролиз реактори конструкциясини ва технологик ҳолатини оптималлаштириш.
Ҳозирги вақтда пиролиз жараён аппаратини жиҳозлаш, ёқилғидан комплекс энерготехнологик фойдаланиш муаммосининг асоси ҳисобланади. Реактор мосламалари реакция хажмини тезлик билан юқори ҳароратгача иситиб бериш қобилиятига эга бўлиши керак. Юқорида талабларнинг бажарилиши билан пиролиз жараёнини самарали бошқаришга эришиш мумкин бўлади. Таҳлил шуни кўрсатадики, пиролиз технологияси учун, иссиқликни тез тарқалиш маъносида, айланувчи реакторлар фойдаланиш мақсадга мувофиқдир. Унинг афзаллиги шундаки, ҳар бир қисм хом ашё учун ташқи иссиқлик манбаидан реактор девори орқали иссиқлик узатиш имконияти яратилади. Иссиқликнинг интенсив иссиқлик алмашуви натижасида органик моддаларнинг эндотермик жараёни учун етарли энергияни реактор деворлари орқали етказиб бериш имконияти вужудга келади.
Қуйидаги математик боғланиш орқали иссиқлик ёки/ва физик жараёнлардаги асосий кирувчи ва чиқувчи ҳолатларини белгиловчи параметрларини аниқлаш мумкин бўлади. Иссиқлик ўтказувчанлик тенгламаси кичик бир ҳғажмдаги иссиқлик барқарорлигини  ташқаридан иссиқлик кириши ва ташқарига узатилишини ҳисобга олган ҳолда белгилайди. Бир жинсли бўлмаган изотроп холат учун иссиқлик ўтказувчанлик тенгламаси қуйидаги кўринишга эга бўлади.
Бунда ρ — зичлик; cv — иссиқлик сиғими; t — вақт; х, у, z — координатлари; Т = Т (х, у, z, t) — ҳарорат қайсики иссиқлик ўтказувчанлик тенгламаси ёрдамида ҳисобланилади; λ — иссиқлик ўтказувчанлик коэффициенти; F = F (x, y, z, t) — иссиқлик манбаининг зичлиги. r, сv, λ хароратга ва координатларига боғлиқ бўлади.
Тинч холатда харорат вақт ўтиши билан ўзгармайди, DТ = f/a2 = F/l иссиқлик ўтказувчанлиги тенгламаси Пуассон тенгламасига ўтади ёки иссиқлик манбаи йўқлигида Лаплас тенгламасига DТ = 0. ўтади. Иссиқлик ўтказувчанлиги тенгламасига асосий масалалари бу  Коши ва аралашган чегаравий масаласидир.
Иссиқлик  ўтказувчанлиги тенгламасига яқинлашиш, макроскопик масштаб ва кичик тезликлар соҳаси билан чегараланиб, шуниси қизиқки, уларнинг фундаментал ечими катта кенгликларда ўзини реалистик тутмаяпти, охирги вақтга таъсирини бетўхтов тарқалишини маконда рухсат этади, шуни ҳам айтиш лозимки, бу таъсирнинг катталиги масофа узоқлашиши билан камайиб боради, лекин буни биз бу ерда кўрмаяпмиз.
Ҳарорат ўтказувчанлиги ва иссиқлик ўтказувчанлиги модданинг иккита муҳим параметрларидан ҳисобланади.  Чунки улар  жараёнда иссиқлик узатилиши, ҳароратнинг ўзгаришини кўрсатади. Ҳарорат ўтказувчанлиги яна модданинг ўзида иссиқликни ушлаб туриш қобилияти сифатида ҳам кўрилиши мумкин. Иссиқлик ўтказувчанлик  қанчалик юқори бўлса, иссиқликни ўзида ушлаб туришлик шунча кам бўлишлигини қуйидаги  формулада кўрсатилган:
Ω=λ/(ρ *cv)
Тиббиёт ва маиший чиқиндиларнинг асосий физик иссиқлик кўрсаткичларига қуйидагилар киради: иссиқлик сиғими, иссиқлик ўтказувчанлик, ҳарорат ўтказувчанлик.