СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ЖИДКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ Российский патент 1999 года по МПК G21F9/16 

Предлагаемое изобретение относится к области технологии переработки жидких органических отходов по методу экстрагенной технологии и может быть использовано на предприятиях химической отрасли, в отходах которых содержатся отработанные органические зкстрагенты и примеси тяжелых металлов.

Актуальность решаемой проблемы состоит в необходимости извлечения следов тяжелых металлов из растворов отработанных зкстрагентов, преимущественно фосфороорганических, наличие которых является неизбежным следствием удаления традиционными средствами основной массы токсичных составляющих, что препятствует захоронению отходов в почве в соответствии с действующими нормами экологической безопасности. Это вызывает необходимость либо в их предварительном разрушении, либо в преобразовании их в безопасные продукты, устойчивые в природных условиях хранения.

Известен способ утилизации жидких отходов, содержащих примеси токсичных металлов, путем упаривания при температуре ниже температуры кипения в сочетании с подачей обогревающего газа с последующим контактированием с самоотверждающимся водонепроницаемым материалом. Однако, известный способ трудоемок и неприемлем для случая, когда отходы содержат незначительные примеси тяжелых металлов и одновременно фосфорорганические соединения, которые не разлагаются в условиях известного способа (патент N 563403, МКИ G 21 F 9/00, опубл. 05.07.97, вследствие этого дальнейшая утилизация и захоронение отходов затруднительна.

Известен наиболее близкий к заявленному по технической сущности способ утилизации жидких органических отходов, содержащих фосфорорганические соединения, патент ФРГ N 23 56253, кл. МПК G 21 F 9/16, публ. 09.06.02, заключающийся в термическом разложении их смеси со связующим и отверждении, при этом органические отходы в виде масел или растворителей смешивают с органическим связующим из группы полиэтилена, полистирола или поливинилхлорида или их смесей, взятого в виде водной суспензии. При этом на 100 масс.ч. вяжущего приходится 30 - 40 масс.ч. воды, а соотношение отходов и гидравлического вяжущего находится в пределах от 2:1 до 3:1 масс.ч. соответственно.

К недостаткам известного способа относится проблематичность достижения полноты разложения трибутилфосфата (ТБФ), содержащегося в составе отходов, т.к. температура обработки реакционной смеси не превышает 100-200^oC, что негативно отражается на эффективности извлечения тяжелых металлов и в конечном итоге снижает качество и полноту процесса утилизации.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в разработке простого и доступного способа утилизации жидких органических отходов, содержащих фосфорорганические соединения, например ТБФ, и незначительные примеси токсичных элементов из группы тяжелых металлов в количествах, не превышающих 4,0% мас. (505-510 мг/л), при этом конечные продукты утилизации должны соответствовать требованиям экологичности и безопасности и должны быть пригодными для последующего захоронения в почве.

Новый технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого способа, заключается в упрощении и снижении трудоемкости, повышении эффективности извлечения токсичных элементов, содержащихся в жидких органических отходах (реализуемая степень конверсии порядка 99,7%), и уменьшении объема и удешевлении способа за счет уменьшения расхода сырья по сравнению с прототипом.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе утилизации жидких органических отходов, содержащих фосфорорганическое соединение путем термического разложения их смеси со связующим, в соответствие с предлагаемым способом отходы подают в реактор одновременно со связующим агентом из группы карбонатов щелочноземельных металлов в виде природных минералов, полученную смесь подвергают термической обработке при температуре в диапазоне от температуры кипения фосфорорганического соединения до 350^oC.

Дополнительный технический результат достигается введением в качестве связующего природного минерала магнезита, или кальцита, или доломита из расчета на каждые 100 мас. ч. органических отходов берут 300 - 500 мас.ч. связующего. Наличие отличительных от прототипа существенных признаков свидетельствует о соответствии предлагаемого способа критерию "новизна".

Сущность предлагаемого способа поясняется следующим образом.

В процессе эксплуатации химических объектов, использующих тяжелые металлы и применяющих для снижения их токсичности (например, при производстве твердого топлива) экстракционную обработку фосфорорганическими соединениями например, ТБФ, в которых после извлечения основной доли токсичных примесей в составе отходов остаются в незначительном количестве примеси тяжелых металлов, не поддающиеся окончательному и полному выделению. Предлагаемый способ позволяет в отличие от прототипа получить конечные твердые продукты, стабильные при переменных климатических условиях средней полосы, используя невысокие температуры в процессе одноступенчатой термообработки смеси отходов со связующим.

Экспериментально было показано, что такой режим реализуется так эффективно при использовании в качестве связующего соединения из группы карбонатов щелочноземельных металлов.

Органические отходы предварительно смешивают со связующим агентом в соотношении 1: 3 до 1:5, их смесь подают в реактор, где осуществляют процесс термообработки при температуре кипения ТБФ, в качестве представителя из группы фосфорорганических соединений. При этом в реакционном объеме протекают химические процессы взаимодействия, выражаемые следующими уравнениями химических реакций:

C₄H₉H₂PO₄+MeO₂(NO₃)₂ --->C₄H₉MeO₂PO₄+2HNO₃, (2)
2C₄H₉H₂PO₄+CaMg(CO₃)₂---> (C₄H₉)₂CaMg(PO₄)₂+2H₂CO₃ (3)
Выделяющийся горючий газ по (1)для случая использования ТБФ может быть направлен для повторного использования в процессе в качестве топлива для термического разложения экстрагента.

При этом часть жидкой фазы (по уравнению 1) в виде бутилфосфорной кислоты взаимодействует с азотнокислыми солями токсичных металлов в составе органических отходов с образованием твердых бутилфосфатных соединений этих металлов. Другая часть жидкой фазы связывается со связующим агентом из группы карбонатов щелочноземельных металлов, например с доломитом (по уравнению 3), образуя твердую фазу бутилфосфатов щелочноземельных металлов. Полученная твердая фаза стабильна и труднорастворима, как это показали экспериментальные исследования; так, при кипячении в течение свыше 14 часов не наблюдалось соответствующих химических процессов, свидетельствующих о неустойчивости продуктов. Такие твердые продукты соответствуют требованиям экологической безопасности и считаются пригодными к последующему захоронению в почве.

При этом происходит значительное уменьшение первоначального объема массы утилизируемых отходов, порядка в ~ 5 раз.

Экспериментально обоснован выбор температурного режима термообработки. При температурах ниже температуры кипения фосфорорганического соединения не реализуется полнота его разложения и, следовательно, полнота связывания токсичных элементов, в конечном итоге снижающая эффективность утилизации. В случае превышения сверх заявляемого значения (350^oC) верхнего предела происходит непроизводительный перерасход тепловой энергии, а кроме того, существует вероятность теплового взрыва в условиях накопления в реакционном объеме газообразных продуктов разложения. Существенное влияние на степень извлечения токсичных элементов оказывает оптимальный выбор соотношений взаимодействующих реагентов. Экспериментально подтверждено, что в случае уменьшения количества связующего относительно массы утилизируемых отходов менее 1:3 в реакционном объеме не обеспечивается достаточного количества реагента для проведения полноценного связывания тяжелых металлов, а также полноты связывания промежуточного продукта реакции - бутилфосфорной кислоты, в результате чего не произойдет значительного уменьшения объема твердеющей массы. В случае превышения количества связующего сверх 1:5 относительно массы не реализуется значительное уменьшение объема утилизируемой массы и происходит необоснованный перерасход сырья.

Таким образом, использование предлагаемого способа во всем объеме материалов, режимов и операций позволяет упростить способ-прототип, снизить трудоемкость и повысить эффективность извлечения токсичных элементов при уменьшении объема утилизируемой массы ~ в 5 раз.

Возможность промышленной реализации предлагаемого способа подтверждается следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1. Утилизации подвергали органические жидкие отходы, содержащие трибутилфосфат в качестве отработанного экстрагента на предшествующем этапе экстрагирования и удаления основной массы примесей тяжелых металлов, например, из группы РЗЭ.

В лабораторных условиях предварительно разогретую до 80-100^oC колбу расчетного объема подают смесь ТБФ с примесями Ce в количестве ~ 0,5 г на литр объема жидкой фазы отходов, а также доломита из расчета на 100 маc.ч. отходов 300 мас. ч. доломита. Температуру постепенно доводят до 289-300^oC (температура, кипения ТБФ ("Справочник химика", М; Изд."Химия", 1966, стр. 562, таблица: свойства органических соединений) и выдерживают реакционную смесь до полного удаления пузырьков выделяющегося газа в процессе взаимодействия реагентов и отвердения массы. Твердые продукты утилизации были подвергнуты исследованию на стойкость к воздействию экстремальных температур хранения. По данным экспериментальных исследований в условиях предлагаемого способа показатели конечных продуктов утилизации отходов можно представить в виде следующей таблицы.

Дополнительный технический результат заключается в расширении ассортимента природных материалов из группы карбонатов щелочноземельных металлов.

Из таблицы видно, что при использовании заявляемого температурного режима термообработки, использовании в качестве связующего агента природных минералов из числа карбонатов в щелочноземельных металлах и соотношений реагентов обеспечивается более высокая эффективность утилизации, уменьшение объема почти в 5 раз, при меньшей трудоемкости и затратах по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к утилизации жидких органических отходов, содержащих фосфорорганические соединения методом экстрагенной технологии. Сущность способа состоит в том, что жидкие отходы, содержащие фосфорорганические соединения, смешивают со связующим из группы карбонатов щелочноземельных металлов в соотношении 1: 3 - 5 мас.ч. соответственно и подвергают термической обработке при 300-350^oС до полного отверждения смеси. Технический результат заключается в упрощении, снижении трудоемкости, достигается степень конверсии порядка 99,7%. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ утилизации жидких органических отходов, содержащих фосфорорганические соединения, путем термического разложения их смеси со связующим и отверждением, отличающийся тем, что органические отходы подают в реактор одновременно со связующим агентом, в качестве которого используют карбонаты щелочноземельных металлов из числа природных минералов, из расчета на каждые 100 мас.ч. органических отходов добавляют 300 - 500 мас.ч. связующего, затем смесь подвергают термической обработке в диапазоне от температуры кипения фосфорорганического соединения до 350^oC до полного отверждения смеси. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют природный минерал доломит, или кальцит, или магнезит.