ГРУНТОВАЯ СМЕСЬ С СОДЕРЖАНИЕМ ИЗВЕСТЬСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2016 года по МПК E01C3/04 B09B3/00 C05G3/00 

Изобретение относится к области строительства, к утилизации отходов промышленности теплоэнергетического комплекса, к озеленению и обустройству городских территорий. Предлагаемая грунтовая смесь может найти применение при:

- укреплении откосов насыпей автомобильных дорог путем засева трав;

- озеленении центральных и боковых разделительных полос на автомобильных дорогах;

- обустройстве полос отвода в дорожном строительстве;

- озеленении городских улиц и дорог магистрального значения;

- рекультивации нарушенных земельных угодий.

Данную грунтовую смесь получают путем смешения кондиционного грунта, торфа, гумусовых добавок со шламами химводоочистки теплоэлектроцентралей (ШХВО ТЭЦ). ШХВО, как многотоннажный отход промышленности, относящийся к 4 классу опасности (малоопасные отходы), переводят во вторичное сырье, используемое в данном случае в качестве основного компонента грунтовой смеси за счет своих физических свойств (дисперсность) и химического состава (известьсодержащие соединения).

Наиболее близок к предлагаемому изобретению аналог (RU 2491135. «Смесь почвенная шламово-грунтовая (варианты) для рекультивации нарушенных земель и способ рекультивации карьеров нарушенных земель»). Смесь почвенная шламово-грунтовая для рекультивации карьеров и нарушенных земель состоит из двух смесей. При этом используемая в качестве нижнего рекультивационного слоя смесь содержит, об.%: буровой шлам - 50-65, песок или супесчаный грунт - 16-25, торф - 15-23, остальное - активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки, в том числе гипс или фосфогипс в количестве 2-3% от ее объема. Используемая в качестве верхнего рекультивационного слоя смесь содержит, об.%: буровой шлам - 35-50%, песок или супесчаный грунт - 20-30%, торф - 27-32,5%, остальное - активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки, в том числе гипс или фосфогипс в количестве 1,5-2% от ее объема. Также изобретение описывает способ рекультивации карьеров и нарушенных земель.

Основным недостатком известной смеси является ограниченность применения за счет высокого содержания в своем составе отходов бурения нефтескважин, а именно буровых шламов, которые, в свою очередь, отличаются острым токсическим воздействием на флору (буровые шламы содержат нефть и иные синтетические вещества, объединенные понятием «буровые растворы»).

Задача изобретения состоит в утилизации отходов теплоэнергетики, а именно шламов ХВО ТЭЦ в составе почвенно-грунтовых смесей, с улучшением их физико-химических свойств и биологических показателей.

Техническим результатом изобретения является утилизация отхода промышленности теплоэнергетического комплекса - ШХВО ТЭЦ, получение грунтовой смеси с влагоудерживающей способностью много большей, нежели у известных смесей, снижение токсичности смеси за счет ввода в состав менее опасных компонентов, в отличие от аналога.

Поставленная задача решается следующим образом. Создается грунтовая смесь, включающая: песок 16-48%, торф 10-19%, ШХВО (на сухое) 35-55%, гумусовую добавку (перегной) 7-10%. Также смесь может содержать дополнительно фосфорсодержащее удобрение (мелиорирующую добавку) - «Суперфосфат» в количестве 1-2% от массы компонентов смеси, тогда дозировки компонентов смеси составят: песок 16-48%, торф 11-16%, ШХВО (на сухое) 35-59%, гумусовая добавка (перегной) 5-7%, «Суперфосфат» - 1-2%.

В экспериментах по установлению эффективности предлагаемых составов грунтовых смесей использовался торф низинный со значением рН, равным 5.

Согласно данным комитета по земельным ресурсам и землеустройству по Тюменской обл. 49% пахотных угодий области имеют кислую реакцию. Площади земель с повышенной кислотностью систематически увеличиваются. Таким образом, потери гумуса в почвах Тюменской обл. в слое 0-20 см очень велики, что непременно сказывается на урожайности.

При значении рН солевой вытяжки 4,5 и ниже потребность в известковании сильная, 4,6-5 - средняя, 5,1-5,5 - слабая и при рН больше 5,5 - отсутствует. Дозировка ШХВО зависит от степени засоленности почв, если речь идет об известковании, либо от качества органоминеральных заполнителей смеси, если выполняется рекультивация или укрепление.

Шламы химводоподготовки ТЭЦ образуются на стадии предварительной очистки воды на теплоэлектроцентралях. В результате деятельности систем водоподготовки на Тюменской ТЭЦ-2 ежегодно в зависимости от объемов производства электроэнергии и тепла образуется 6-7 тыс.т шлама химводоочистки.

Шламы систем химводоочистки предприятий энергетики представлены, главным образом, карбонатами кальция и магния, сульфатом железа и гидроксидом кальция. В составе шламов могут присутствовать и органические примеси.

В состав твердой фазы шламов входят тонкодисперсные частицы и хлопья, в т.ч. глинисто-коллоидной фракции различного минерального состава, а также органические частицы.

По размеру частиц минеральные шламы ХВО представляют собой гетерогенные коллоидные дисперсные системы, в которых твердой фазой являются тонкодисперсный гипс, гидроксид или карбонат кальция, а также растворимые и малорастворимые соли кальция, натрия, калия и гидроксиды металлов.

Например, в опытах использовался ШХВО Тюменской ТЭЦ-2, твердая фаза которого содержит следующие компоненты, мас.%:

карбонат кальция 40-80, карбонат магния 10-30, сульфат железа и другие компоненты 10-30. Химический состав ШХВО позволяет использование данного состава для приготовления обогащенной плодородной смеси, в частности в качестве добавки, полностью заменяющей дорогостоящее известковое удобрение.

При разработке данного исполнения применялся шлам химводоочистки Тюменской ТЭЦ-2, который подвергся лабораторным испытаниям. Основные свойства проб ШХВО, отобранных на шламонакопителях Тюменской ТЭЦ-2, приведены далее.

Анализ химического состава и физических свойств шламов водоочистки свидетельствует о возможности их применения в грунтовых смесях в качестве компонента, значительно повышающего водоудерживающую способность почвогрунта. Высокая дисперсность шламов (S_УД=10-13 тыс. см²/г) (после обезвоживания и твердения) будет способствовать удержанию влаги в грунтовой массе и созданию растительного субстрата, а содержащиеся в составе ШХВО карбонаты и сульфаты будут направлены на нейтрализацию кислой среды, которой обладает торф.

Основные свойства проб ШХВО, отобранных на шламонакопителях тюменской ТЭЦ-2, приведены в таблице 1.

Кроме того, были определены рН водной вытяжки из пробы ШХВО и рН водной вытяжки составов ШХВО, обработанных воздушной известью (СаО). Результаты определения приведены в таблице 2.

Помимо ШХВО в предлагаемых составах грунтовых смесей использовались и другие добавки, такие как перегной (перепревший навоз) и фосфорсодержащее удобрение - «Суперфосфат».

Фосфор в «Суперфосфате» присутствует в основном в виде монокальций фосфата и свободной фосфорной кислоты. Удобрение содержит гипс и другие примеси (фосфаты железа и алюминия, кремнезем, соединения фтора и др.). Получают «Суперфосфат» из природных фосфатов (апатита и фосфорита) или апатитового концентрата, обрабатывая их серной кислотой, по реакции:

«Суперфосфат» применяют на всех почвах в качестве основного предпосевного, припосевного удобрения и в подкормки. Особенно он эффективен на щелочных и нейтральных почвах. Это положительное обстоятельство учитывалось при выборе удобряющих добавок для предлагаемых смесей, т.к. добавка ШХВО «раскисляет» смесь, превращая кислую среду в нейтральную и слабощелочную.

В доказательство эффективности предлагаемых составов грунтовых смесей приводятся примеры исследования, которые обосновывают применение шлама химводоочистки в данных типах смесей.

Пример 1. Проводится определение водоудерживающей способности предлагаемых смесей, а также влияние добавки ШХВО и перегноя на плодородные качества почвогрунта. Параллельно тот же эксперимент проводится с традиционной (известной) торфо-песчаной смесью (торф/песок - 30/70). Наибольшая водоудерживающая способность наблюдается за смесями предлагаемых составов, которые содержат ШХВО в количестве 35-55%, что говорит о положительном влиянии шламотхода и о возможности получения растительного субстрата.

Целью опыта является моделирование влагоемкости грунта в лабораторных условиях для оценки его пригодности для получения растительного субстрата.

Ход опыта заключался в следующей последовательности:

- смеси были помещены в цилиндрические пластиковые сосуды диаметром 15 см, высотой 25 см, заполнение грунтом - на 4/5 высоты сосуда;

- все смеси были равномерно уплотнены;

- в емкости добавлялась вода до тех пор, пока все поры грунта не были заполнены, и вода не появлялась на поверхности смеси.

Эксперимент проводился в течение 12 суток.

Моделирование влагоемкости грунта (почвы) необходимо для оценки пригодности для получения растительного субстрата. Максимальная влагоемкость определялась стандартным методом определения влажности (весовым).

Составы испытуемых грунтовых смесей и значения их влажности в первый и одиннадцатый день эксперимента приведены в таблице 3.

Из таблицы и иллюстраций видно, что наибольшим значение влажности и уровнем водоудержания обладает смесь под номером 3, добавка шлама ХВО позволяет значительно увеличить эти значения.

Как показывает эксперимент, наилучшая устойчивость к отсутствию увлажнения наблюдается именно у смеси предлагаемых составов. Итоговая влажность известной торфо-песчаной смеси на 12-е сутки оказалась более чем в 2 раза меньшей, чем с ШХВО.

Следующий экспериментальный этап данного примера направлен на установление влияния ШХВО и перегноя на плодородные свойства смеси этих же составов. Последовательность проведения опыта заключалась в следующих операциях:

- подготовка смесей определенных составов;

- посадка семян злаковых культур;

- периодическое увлажнение и наблюдение.

Результаты приведены в таблице 4.

Примечание: прирост зеленой массы - условный показатель, полученный путем сопоставления фактического числа ростков и их высоты с максимально возможными.

Пример 2. Пример имеет цель, аналогичную примеру 2, однако экспериментам подвергались грунтовые смеси составов по независимому п. 2 формулы изобретения. Также эксперимент проводится в сравнении с традиционной (известной) торфо-песчаной смесью (торф/песок - 30/70). Аналогично, наибольшая водоудерживающая способность и наилучшие плодородные качества наблюдаются у смесей предлагаемых составов, которые содержат ШХВО, перегной и «Суперфосфат», что говорит, в частности, о положительном влиянии шламотхода, о рационально подобранном составе предлагаемых смесей и о возможности получения растительного субстрата (таблицы 5 и 6).

Целью опыта также является моделирование влагоемкости грунта в лабораторных условиях для оценки его пригодности для получения растительного субстрата.

Ход опыта аналогичен примеру 1.

Примечание: прирост зеленой массы - условный показатель, полученный путем сопоставления фактического числа ростков и их высоты с максимально возможными.

Данные примеры говорят о возможности добавки ШХВО в различного рода грунтовые смеси, также шлам химводоочистки может частично или полностью заменить присутствие в смеси торфяного грунта, что может свидетельствовать и об экономической эффективности от использования предлагаемых решений.

Изобретение относится к области утилизации отходов промышленности теплоэнергетического комплекса, к озеленению и обустройству городских территорий. Предложены составы грунтовых смесей, содержащие компоненты в следующем соотношении, мас.% (на сухое): песок (16-48); торф (10-19); шлам химводоочистки ТЭЦ (35-59), гумусовая добавка (перегной) (7-10). Дополнительно может быть введена мелиорирующая добавка - фосфорсодержащее удобрение «Суперфосфат» в количестве 1-2% от массы сухих компонентов. Обеспечивается утилизация промышленных отходов теплоэнергетического комплекса и повышение водоудерживающей способности и плодородия торфо-песчаных смесей. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 6 табл.

1. Грунтовая смесь, содержащая песок и торф, отличающаяся тем, что дополнительно содержит шлам химводоочистки теплоэлектроцентралей (ШХВО ТЭЦ) и гумусовую добавку в виде перегноя при следующем содержании компонентов, мас.%:
песок 16-48 торф 10-19 ШХВО (на сухое) 35-55 гумусовая добавка (перегной) 7-10

2. Грунтовая смесь, содержащая песок и торф, отличающаяся тем, что содержит шлам химводоочистки теплоэлектроцентралей (ШХВО ТЭЦ) и гумусовую добавку в виде перегноя, а в качестве дополнительной мелиорирующей добавки содержит фосфорсодержащее удобрение «Суперфосфат» при следующем содержании компонентов, мас.%:
песок 16-48 торф 11-16 ШХВО (на сухое) 35-59 гумусовая добавка (перегной) 5-7 фосфорсодержащее удобрение «Суперфосфат» 1-2