СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАМОВЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2016 года по МПК C05F11/00 B09B3/00 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для уменьшения негативного воздействия на окружающую среду промышленных и коммунальных отходов: шлам-лигнина, нефтешламов, нефтезагрязненных грунтов, буровых шламов, иловых осадков очистных сооружений, отходов животноводства, отходов химического производства и других любых видов шламовых отходов.

Уровень техники

Существует множество способов переработки шламовых отходов [1, 2, 3, 4].

Из существующего уровня техники известен способ переработки промышленных и сельскохозяйственных отходов в компост с почвообразующими свойствами - прототип [5].

В нем в качестве твердых отходов используются отходы целлюлозно-бумажного производства: шлам-лигнин, активный ил и мелкие древесные отходы - опилки, кора, щепа. В качестве минерального вещества со структурообразующими свойствами используют золу от сжигания бурых углей. К полученной смеси добавляется навоз крупного рогатого скота или птичий помет. Полученный компост используется для рекультивации нарушенных земель и приготовления тепличных грунтов.

Основным недостатком данного прототипа является значительное загрязнение компоста вредными химическими соединениями, содержащимися в шлам-лигнине и золе от сжигания бурых углей. Эти вредные вещества остаются в компосте без изменения и переходят затем в растения, выращиваемые на получаемом грунте. Исследования растительности, выросшей по берегам карт-накопителей шлам-лигнина и золы, показывают значительное превышение содержания солей тяжелых металлов в хвое и листве.

Раскрытие изобретения

Сущностью изобретения является способ переработки предварительно подготовленных для обработки шламовых промышленных отходов методом отверждения при помощи добавления связующей смеси, состоящей из гашеной и/или негашеной извести и различных компонентов, вызывающих образование малорастворимого пористого продукта при взаимодействии с гашеной и/или негашеной известью. При этом шламовые отходы будут изолированы в порах образующегося камнеобразного монолита, внутри которого произойдет связывание вредных веществ, содержащихся в отходах. В результате реакций, протекающих при обработке шламов связующей смесью, происходит заключение отходов в минералы-матрицы, образующиеся при взаимодействии извести с различными кислотами, окислами различных металлов с образованием нерастворимых солей, со стеклофазой золы с образованием: гидросиликатов, гидроалюминатов и гидроалюмосиликатов кальция переменного состава. Образующиеся вещества имеют растворимость, меньшую, чем растворимость связываемых вредных веществ, содержащихся в отходах, и тем самым резко замедляют вымывание вредных веществ в грунт. Их состав изменяется в зависимости от различных условий - количества извести, примесей и температуры, длительности твердения. Образующийся в результате технологического процесса монолит за длительный период времени под воздействием микрофлоры без существенных изменений значений прочностных и деформационных характеристик грунтов - усадка, уплотнение, будет подвергаться постепенному разложению и превратится в плодородно-минеральный слой - почвогрунт, который может быть основанием для образования в результате биохимических процессов рекультивационно-плодородного слоя. Этот грунт является не агрессивным для окружающей среды материалом и может также служить основой стабилизированных в результате применения данной технологии грунтов, которые могут быть использованы для возведения на них хозяйственных объектов и дорог. Данные процессы аналогичны процессам, происходящим повсеместно при разложении минеральных и органических веществ в естественных природных условиях. Вымывание солей тяжелых металлов из образовавшегося монолита будет происходить с меньшей скоростью, чем из захороненных чистых отходов, и накопление в почве опасных концентраций солей тяжелых металлов и других вредных веществ не будет превышать предельно-допустимых концентраций, предусмотренных природоохранным законодательством РФ. Образующиеся при разложении незначительные концентрации вредных веществ, в том числе солей тяжелых металлов, могут вымываться атмосферными осадками и грунтовыми водами и их содержание не достигнет опасных концентраций.

Осуществление изобретения

Под шламом или шламовыми отходами понимается сыпучее или жидкое вещество различной консистенции, содержащее разнородные частицы различной величины. Возможно наличие в шламовых отходах в виде жидкости различных частиц - твердых, и/или жидких, и/или газообразных.

Примеры шламовых отходов:

- порошкообразная субстанция, обычно содержащая благородные металлы, выпадающие в осадок при электролизе меди, цинка и других металлов;

- нерастворимые отложения в паровых котлах в виде ила и твердого осадка;

- илистый осадок каменного угля или руды при мокром обогащении;

- осадок в виде мелких частиц, образующийся при отстаивании или фильтрации жидкости;

- разбуренная порода, выносимая буровым раствором с забоя скважины на дневную поверхность;

- шламы нефтяной промышленности;

- шламы, образующиеся при фильтрации и отстаивании жидкостей - этот вид шлама можно встретить в любой отрасли, где производится очищение какого-либо жидкого вещества;

- шламы, образующиеся при мокром обогащении руды и угля, представляющие собой илистый осадок;

- шламы, отходы целлюлозно-бумажного производства - лигнин, активный ил и мелкие древесные отходы - опилки, кора, щепа;

- металлургические шламы, это отходы металлургической промышленности,

- шламы горнорудной промышленности.

Негашеной известью называется оксид кальция формула СаО.

Гашенной известью называется гидроксид кальция Са(ОН)₂.

Процентное соотношение негашеной и гашеной извести в связующей смеси может быть любым, в том числе содержать только гашеную или только негашеную извести.

Под компонентом, вызывающим образование твердого нерастворимого или малорастворимого вещества, по сравнению с веществами, содержащимися в шламовых отходах, понимается любое органическое или неорганическое вещество, которое при реакции с гашеной или негашеной известью образует вещество, обладающее растворимостью, меньшей, чем вредные вещества, содержащиеся в шламных отходах, например кислоты: кремниевая, серная, фосфорная, угольная, их соли с щелочными металлами, аммониевые соли этих кислот, окись алюминия, окись кремния, углекислый газ, двух и трехокись серы, зольный наполнитель.

Под зольным наполнителем понимается любой вид золы.

Зольный наполнитель или зола подвергаются измельчению.

Процентное соотношение зольного наполнителя к извести также может быть любым.

Компонент, вызывающий образование твердого нерастворимого или малорастворимого продукта при реакции с гашеной или негашеной известью, может быть как твердым, так жидким, так и газообразным. В случае газообразного компонента он продувается через толщу шлама, в который предварительно помещена гашеная и/или негашеная известь.

Реакция между компонентами связывающей смеси может идти как в водной среде, так и в расплаве, с добавлением воды, так и в безводной среде.

Для всех видов шламовых отходов возможна предварительная обработка с целью придания каждому конкретному виду шлама наилучших свойств для взаимодействия со связующей смесью и образования продукта переработки с наиболее оптимальными свойствами.

Это могут быть такие воздействия, как:

- предварительное механическое измельчение;

- механическая сортировка по величине частиц;

- дегазация - удаление из состава шлама растворенных или адсорбированных газов, например, путем нагрева и/или создания в емкости для хранения шлама вакуума с последующим сбором выделяющихся газов;

- барботирование с целью удаления из состава шлама растворенных или адсорбированных газов;

- нейтрализация посредством добавления в них щелочи или кислоты;

- обработка флокулянтами;

- обработка дезинфицирующими средствами;

- дегидрация,

- нагрев для уменьшения вязкости.

Все эти воздействия могут осуществляться любыми известными способами.

Связующая смесь приготавливается из извести и компонента смеси непосредственно перед смешиванием со шламными отходами.

Перемешивание связующей смеси со шламовыми отходами происходит любыми известными способами.

Для улучшения характеристик образующихся частиц вещества, малорастворимого в воде, один из компонентов смеси возможно добавить к перерабатываемым отходам до перемешивания с другим компонентом.

Например, добавить сначала гашеную и/или негашеную известь, перемешать до однородной консистенции, а потом долить другой компонент, например серную кислоту.

Как частный случай при переработке отходов возможно применение связующей смеси, состоящей только из гашеной и/или негашеной извести. Например, в случае, когда зольный наполнитель содержится в шламе, подлежащем переработке, как один из компонентов шлама, либо добавлен туда перед смешиванием с известью.

Емкость для перемешивания и взаимодействия шламных отходов со связующей смесью может быть любой, как частный случай связующую смесь можно добавлять в естественную или искусственную емкость для хранения шламовых отходов. Образующиеся продукты переработки шламовых отходов могут быть любой формы, как формы микрогранул получаемых вследствие взаимодействия частиц шлама и связующей смеси в виде частиц гидросиликатов, гидроалюминатов и гидроалюмосиликатов кальция с включениями шламовых частиц, так и монолиты в виде формы емкости, где происходит перемешивание шламовых отходов со связующей смесью и затвердевание образующегося монолита.

В случае переработки шламовых отходов с малым содержанием воды возможна обработка водой при смешивании связующей смеси и шлама. Для ускорения процесса взаимодействия извести со стеклофазой зольного наполнителя либо любого другого компонента смеси, образующего при взаимодействии с гашеной и/или негашеной известью вещество с растворимостью, меньшей, чем растворимость в воде веществ, содержащихся в шламе, возможно нагревание смеси шлама со связующей смесью после смешивания связующей смеси со шламовыми отходами. При реализации предлагаемого способа переработки на практике основные химико-технологические параметры, такие как необходимое количество извести, зольного наполнителя, необходимость и количество добавляемых флокулянтов, температурный режим проведения процесса, последовательность обработки шламовых отходов и другие, определяются в каждом конкретном случае индивидуально и зависят от типа и состава перерабатываемых шламовых отходов. После завершения процесса затвердевания образующегося продукта излишки шлама или извести смываются водой.

Источники информации

1. Патент 2411201 RU

2. Патент 2104976 RU

3. Патент 2104975 RU

4. Патент 2103340 RU

5. Патент 2086521 RU

Изобретение относится к области переработки промышленных отходов. При осуществлении способа переработки шламовых отходов смешивают отходы со связующей смесью. Связующая смесь содержит гашеную и/или негашеную известь. Компонент связующей смеси при взаимодействии с известью образует вещество. Растворимость образуемого вещества в воде меньше, чем растворимость веществ, содержащихся в шламовых отходах. Обеспечивается уменьшение негативного воздействия на окружающую среду промышленных и коммунальных отходов. 16 з. п. ф-лы.

1. Способ переработки шламовых отходов посредством смешивания шламовых отходов со связующей смесью, содержащей гашеную и/или негашеную известь, отличающийся тем, что связующая смесь содержит компонент смеси, образующий при взаимодействии с гашеной и/или негашеной известью вещество с растворимостью в воде, меньшей, чем растворимость в воде веществ, содержащихся в шламовых отходах.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве компонента смеси используется угольная кислота и/или ее соли.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве компонента смеси используется кремниевая кислота и/или ее соли.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве компонента смеси используется серная кислота и/или ее соли.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве компонента смеси используется фосфорная кислота и/или ее соли.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве компонента смеси используется окись алюминия.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве компонента смеси используется окись кремния.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве компонента смеси используется зольный наполнитель.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве компонента смеси используется углекислый газ.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве компонента смеси используется двуокись и/или трехокись серы.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смесь шламовых отходов и связующей смеси после смешивания подвергается нагреванию.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве шламовых отходов используются отходы целлюлозно-бумажного производства шлам-лигнин.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве шламовых отходов используются отходы нефтяной промышленности.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве шламовых отходов используются отходы горнорудной промышленности.

15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве шламовых отходов используются отходы металлургической промышленности.

16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве шламовых отходов используются отходы электролизного производства.

17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед смешиванием шламовых отходов и связующей смеси один из компонентов связующей смеси добавляется к шламовым отходам.