Способ приготовления техногенного почвогрунта БЭП на основе золошлаковых отходов (варианты) и техногенный почвогрунт БЭП Российский патент 2019 года по МПК C05F5/00 C07F7/00 C05F11/02 C05F15/00 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, направлено на восстановление нарушенной экологии путем комплексной переработки золошлаковых отходов, нефтесодержащих отходов и обезвоженных осадков сточных вод городских очистных сооружений с возможностью создания вторичного ресурса виде искусственного грунта с применением торфа и реагентов. Изобретение может найти применение в области переработки отходов в полезные продукты, в частности, в производстве искусственного грунта, например, техногенного почвогрунта, пригодного для рекультивации полигонов и золоотвалов, а также для отсыпки откосов по обочинам дорог с возможностью высева многолетних трав.

Комплексная переработка золошлаковых отходов является острой экологической проблемой. За сутки работы одна ТЭЦ мощностью 1 млн. киловатт сжигает, приблизительно, 10000 тонн угля или, примерно, 140 вагонов. Это усредненные цифры, т.к. на сутки требуется, примерно, 8800 тонн высококачественного угля, с низкой зольностью, а бурого угля нужно в 4 раза больше. На выходе получается 1000 тонн шлака и золы (при зольности 10%). Для захоронения такого количества отходов необходимо порядка 1 га площади, если высота отвала не более 8 метров.

Несмотря на то, что применение золошлаков в сельском хозяйстве улучшает агрофизические свойства почвы, пополняет ее микро- и макроэлементный состав, улучшает пористость, нейтрализует кислотность, основным препятствием для использования золошлаков в сельском хозяйстве в качестве микроудобрения является высокое содержание загрязняющих примесей и их потенциальная радиоактивность и.

По поводу использования золы и золошлаковых материалов (ЗШО) в составе техногенного почвогрунта из патентных документов известно следующее.

Известен способ производства экологически чистого искусственного грунта с использованием золы и осадка сточных вод (см. патент Кореи KR100967837, МПК: A01G1/00; C02F11/14, опубликованный 05.07.2010), в котором перемешивание компонентов для получения искусственного грунта осуществляется в три этапа: на первом этапе перемешивания изготавливается отвердитель путем смешивания обожженной доломитовой муки со шламом бумажной золы, на втором этапе изготавливается ускоритель отверждения путем смешивания порошка карбоната кальция с кислым обезвоженным осадком сточных вод, а на третьем этапе смешиваются осадок сточных вод с отвердителем и ускорителем отверждения с получением искусственного грунта. Недостатком этого способа является то, что полученный грунт при снижении класса опасности не является почвогруном, не является эффективным даже для выращивания травы.

В описании патента РФ №2588646, МПК: C05F 7/00, опубликованном 10.07.2016, указано, что известен способ изготовления удобрения, при котором из осадка сточных вод первоначально удаляют избыточную влагу за счет ее отжима с использованием фильтр-прессов либо роторных декантеров. Полученные концентрированные органические отходы вначале подвергаются кавитационной активации с последующим смешением со щелочным агентом (негашеная известь), минеральным структурообразователем-дезактиватором, в качестве которого может использоваться зола уноса либо золошлаковый материал угольных ТЭЦ. Количество ЗШО в составе удобрения не указано. Дополнительно в зависимости от исходной влажности органических отходов возможно использование структурообразователей, например, торфа. Причем, для того чтобы обеспечить гарантированный контакт извести с частицами осадка сточных вод (ОСВ) и уничтожение патогенных микроорганизмов необходимо вводить в смесь очень большое количество извести. При этом резко увеличится pH, что плохо влияет на качество почв и рост растений, особенно на почвах с малой кислотностью. Большое увеличение количества кальция также не приемлемо для большинства растений. Добавления глины и золы существенно снижает концентрацию органических соединений, что делает продукт недостаточно питательным при использовании в качестве почвогрунта.

Известен способ брикетирования илов и шламов сточных вод (см. патент RU2410337, МПК: C02F 11/14, опубл. 20.06.2010), включающий обезвоживание осадков сточных вод, дозирование компонентов, их смешивание и прессование брикетов или гранул. При этом, ил и шлам сточных вод, обезвоженные до влажности 20-30%, смешивают с гашеной известью – 3%; опилками и/или измельченными древесными отходами, и/или соломой – 27%; золой-уноса ТЭЦ и/или-измельченным шлаком котельных – 20%. Полученную массу перемешивают, брикетируют и/или гранулируют под давлением 60-100 кг/см², а брикеты и/или гранулы с влажностью 10-12% обрабатывают для обезвреживания в течение 3-4 минут в печи СВЧ и пакуют в водонепроницаемую тару. Полученный продукт не является почвогрунтом.

Известен способ подготовки шихты из жидких шламов для последующего брикетирования (патент СССР № 1822584, МПК С22В 1/00, опубл. 09.08.1995), сущность которого заключается в смешивании компонентов шихты, которое осуществляют путем подачи в струю сливающихся шламов угольной пыли, извести и золы уноса теплоэлектроцентралей, и повторное перемешивание, которое осуществляют с одновременным введением в зону отбора дополнительного количества золы - уноса, увлажненной до 4-6% и составляющей 40-50 мас.% от 100 мас%. отбираемой шихты. Шихтовые компоненты на первой стадии смешивания вводят в шлам в количестве (на 100 мас.% шлама), мас.%: зола -унос 40-50; известь 15-20; угольная пыль до 7, при этом осуществляют периодическое смешивание слива, изменяя направленность и длину трубы. Техническим результатом данного изобретения является повышение производительности процесса, снижение трудоемкости операций, повышение экологичности утилизации отходов производства для решения экологических проблем. Дополнительное количество золы-уноса, работающей как связующее, позволяет продукту в течение 1,5-7 суток (в зависимости от колебаний концентрации) затвердеть, а при условии дополнительной сушки при брикетировании или формировании с подогревом время затвердевания сокращается до 4-6 ч. Продукт утилизации не является почвогрунтом.

Из патента РФ №2545574, МПК: C02F 11/00, опубликованного 10.04.2015, известен способ переработки осадков сточных вод, который включает их обезвоживание, дозирование и смешивание компонентов, прессование и упаковку брикетов, термообработку в печи СВЧ. При этом осадки сточных вод, обезвоженные на пресс-фильтре до влажности 30-40%, перемешивают в смесителе одновременно с компонентами, подаваемыми дозаторами, в мас.%: гашеной известью - 3-5; измельченными древесными отходами - 10-15; золой-уноса ТЭЦ и/или измельченным шлаком котельных - 15-25; водорастворимым связующим - 1-1,5; обезвоженные осадки - остальное, до однородной тугой тестообразной массы, которую брикетируют под давлением 7-10 МПа на валковом прессе. При этом отжатую влагу возвращают в головную часть технологического процесса, а брикеты затаривают в герметичные, термостойкие мешки на упаковочной машине, обрабатывают в течение 5-6 минут в печи СВЧ и выдают на склад. Результатом является повышение прочности брикетов, производительности брикетирования и сроков их хранения при заданном качестве продукта. Продукт утилизации не является почвогрунтом, хотя брикеты могут быть использованы в качестве восстановителей плодородного слоя при рекультивации нарушенных земель.

Исследование информации о составах искусственных почвогрунтов показывает, что в состав известных техногенных почвогрунтов золошлаковые отходы вводят в количестве не более 20-35 мас.%, а в прочие продукты, которые не являются почвогрунтом, вводят золошлаковые отходы в количестве не более 50%.

Почвогрунты, включающие в себя золошлаковые отходы в качестве основы, из уровня техники не выявлены.

С другой стороны, утилизация осадка сточных вод в качестве органических добавок для внесения в почву известна достаточно широко.

Из описания патента РФ №2421288, МПК: B09B 3/00, опубликованного 20.06.2011, известен способ переработки осадка сточных вод, который включает в себя перевод осадка в пастообразное состояние путем перемешивания с пастообразующим агентом, например с торфом, последующее формирование гранул и их сушку. Для переработки используют осадок сточных вод со средней влажностью 67-85%, в качестве пастообразующего агента используют биоразлагаемые в почве и/или биологически усваиваемые растениями вещества в количестве от 35 до 85% от массы получаемой пастообразной смеси, имеющие влажность на 30-35% ниже средней влажности перерабатываемой партии осадка сточных вод. Технический результат заключается в повышении экологичности продукта переработки, повышение его способности к ускоренному механическому разрушению после внесения в почву, увеличение мелиоративной ценности гранул, благодаря уменьшению доли балластных веществ и повышению доли биологически ценных веществ в единице объема получаемых гранул.

Указанный результат достигается также тем, что в качестве пастообразующего агента используют торф в количестве 40-65 % от массы получаемой пастообразной смеси. Оптимальное соотношение [осадки сточных вод] : [торф] = 1:1. Использование торфа в качестве пастообразующего агента при осуществлении предлагаемого способа переработки осадков сточных вод наиболее эффективно для последующего использования полученных гранул на нейтральных и слабощелочных почвах.

Из описания патента РФ №2497784, МПК: C05F 7/00, опубликованного 10.11.2013, известен способ получения техногенного почвогрунта и техногенный почвогрун, выбранные за прототип. Способ включает смешивание илового осадка с порошкообразным низинным торфом, введение природного грунта, твердофазную ферментацию и фракционирование. В качестве илового осадка используют иловый осадок станций водоподготовки влажностью не выше 75%, измельченный до фракции 5-7 мм. Такой иловый осадок предварительно смешивают с низинным торфом с влажностью не выше 50%. Смесь готовят с соблюдением массового отношения [иловый осадок] : [низинный торф] = 1:(1,7-1,8). Затем осуществляют ферментацию смеси путем ее компостирования в буртах при периодическом ворошении и перемешивании с получением биокомпоста с влажностью 50-55%. Далее производят подсушку полученного биокомпоста до влажности 20-25% и смешивают его с котлованным грунтом на основе суглинков и песков. Массовое отношение котлованного грунта к введенному для получения биокомпоста иловому осадку станций водоподготовки составляет (2,2-2,3):1. Полученный данным способом техногенный почвогрунт содержит котлованный грунт в количестве 44-46 в мас.% и остальное – биокомпост, где биокопмост представляет собой ферментированную смесь низинного торфа и илового осадка станций водоподготовки.

Полученный данным способом техногенный почвогрунт не содержит в себе золошлаковых отходов, которые составляют основу почвогрунта в заявленном техническом решении.

Другой вариант состава и способа получения искусственного почвогрунта раскрыт в патенте РФ №2484024, МПК: C02F 11/14, опубликованном 10.06.2013. Изобретение направлено на обезвреживание, обеззараживание и восстановление плодородности грунтов путем производства гуминовых удобрений, получения искусственной биологической почвы и искусственного дисперсного почвогрунта. Для осуществления способа проводят обезвоживание осадков сточных вод и обработку их реагентами. В качестве реагентов используют состав из 0,3-8% гидрата окиси калия или натрия в сухом виде, 3-15% соли сернокислого цинка и 15-30% низинного торфа по массе от полученной смеси. Полученную смесь обрабатывают в высокоскоростном десольвере с получением гуминовых удобрений. Перед обработкой реагентами обезвоженные осадки подвергают высокоскоростной дезинтеграции головками импеллерного типа, снабженными разрядными электродами электроплазменной установки напряжением 3-7 киловольт и частотой разрядов 0.2-2 Гц. В предпочтительном варианте полученные гуминовые удобрения смешивают с грунтами от вскрышных работ, загрязненными тяжелыми металлами и нефтепродуктами, в соотношении от 1:3 до 1:10 с образованием искусственной биологической почвы, которую затем смешивают с дроблеными отходами строительства и сноса, в соотношении от 1:1 до 1:5 с образованием искусственного дисперсного почвогрунта. Способ обеспечивает обеззараживание осадков сточных вод, их обезвреживание от нефтепродуктов и тяжелых металлов, получение водонерастворимых гуминовых удобрений, искусственной биологической почвы и искусственного дисперсного почвогрунта, однако не решает проблему утилизации золошлаковых отходов.

В описании патента РФ №2457909, МПК: B09B 3/00, C02F 11/02, C02F 11/14, опубликованном 10.08.2012, раскрыт способ переработки осадков сточных вод при помощи реагента, содержащего аминокислотные комплексы. Согласно изобретению обработанные аминокислотным реагентом-детоксикантом осадки, содержащие ионы меди, цинка, свинца, хрома, кобальта, никеля и кадмия, выдерживают до достижения pH 7,2-7,5, с последующим распределением осадков на иловых картах и обработкой их перемешанным с водой аминокислотным реагентом-бактерицидом, на основе гидратов гидроксоаминокислотных комплексных соединений меди (2+) с выдерживанием обработанного осадка по времени, зависящем от объема осадка на одной площадке и числа мест дозировки на иловых картах. Затем проводят повторную обработку осадка, распределенного на карте, аминокислотным реагентом-детоксикантом, приготавливаемым из белоксодержащих материалов, перемешенным с водой в процентном содержании 10% реагента-детоксиканта к 90% воды и выдержкой осадков в течение 20 дней, после чего производят компостирование полученной органоминеральной композиции. Перед каждой обработкой осадка проводят определение остаточного загрязнения. Способ позволяет достигнуть снижения уровня опасности иловых масс на очистных сооружениях.

В отношении обезвреживания отработанных нефтяных шламов известны технологии, которые предусматривают известкование, реагентную коагуляцию и внесение флокулянтов, а при последующей переработке поэтапную выемку бурового шлама на буферный слой. См. патент РФ на изобретение №2486166, МПК: C05F11/02, опубликованный 27.06.2013.

Из уровня техники известны различные варианты переработки жидких буровых отходов методом реагентного инкапсулирования. Например, из описания патента РФ №2305116, МПК: C08J 11/00, опубликованного 27.08.2007, известен способ обезвреживания отходов, содержащих менее 50% жидких или пастообразных углеводородов. Способ предусматривает подачу в смеситель негашеной извести и модификатора (гидрофобизатора), вес которого составляет до 5% от веса негашеной извести, распределение их по всей длине смесителя, подачу в смеситель отходов, содержащих углеводороды, перемешивание негашеной извести, модификатора и отходов, содержащих углеводороды, до получения однородной массы, подачу в смеситель воды для гашения извести, перемешивание полученной однородной массы до полного гашения извести, о чем судят по прекращению паровыделения. Далее, из смесителя удаляют полученные в результате перемешивания и химической реакции обезвреженные отходы. Для переработки используют отходы с содержанием жидких и/или пастообразных углеводородов менее 50% от общего веса отходов, соотношение между весом отходов и весом негашеной извести применяют в пределах от 1:1 до 1:2, в качестве модификатора применяют технический жир.

В уровне техники не обнаружены технические решения, предусматривающие использование в качестве основы техногенного почвогрунта золошлаковых материалов (ЗШО) в количестве более 50 мас.%. Так же в уровне техники не раскрыты признаки, характеризующие выбор весового соотношения компонентов для получения техногенного почвогрунта на основе золошлаковых отходов, и порядок осуществления операций для его изготовления.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи по комплексной переработке золошлаковых отходов, нефтесодержащих отходов и осадков сточных вод городских очистных сооружений с применением торфа, аминокислотных композиций, гуминовых и гумино-минеральных веществ с последующим изготовлением на их основе, искусственных грунтов, то есть, техногенных почвогрунтов, которые, могут найти применение для изоляции полигонов бытовых отходов и золоотвалов при их рекультивации, а также в дорожном строительстве для отсыпки боковых склонов насыпей дорог и иных сооружений с высокими склонами, поскольку предложенный почвогрунт не только позволяет выращивать на нем многолетние травы, но благодаря выбранной основе, дополнительно обеспечивает стабилизацию почвы на склоне.

Традиционным способом изоляции полигонов, золоотвалов и других накопителей промышленных и бытовых отходов является отсыпка их с использованием природного растительного грунта с последующим высевом многолетних трав. В связи с дефицитом плодородных почв и их высокой стоимостью такой способ рекультивации неприемлем для многих объектов захоронения промышленных отходов. Предложенное изобретение решает указанную проблему предлагая для рекультивации указанных объектов использовать ценные в этом плане свойства таких отходов как избыточный активный ил очистных сооружений. Известно, что ил очистных сооружений содержит значительное количество органических веществ, необходимых для роста растений. При этом токсичные свойства активного ила, вызванные высокими концентрациями тяжелых металлов, могут быть частично нейтрализованы за счет сорбционных и вяжущих свойств золошлаковых отходов.

Техническим результатом заявленного изобретения является улучшение экологии в регионе сбора золошлаковых отходов и осадков сточных вод, их утилизация путем создания полезного вторичного ресурса виде искусственного грунта (техногенного почвогрунта), который может найти применение в народном хозяйстве для засыпки полигонов твердых бытовых отходов, а также в дорожном строительстве для отсыпки склонов насыпей с эффектом стабилизации почвы и с обеспечением возможности выращивания на ней многолетних трав.

Дополнительным техническим результатом изобретения является возможность утилизации нефтесодержащих отходов в количество до 20 мас.% от веса техногенного почвогрунта.

Заявленная группа изобретений включает в себя способ изготовления техногенного почвогрунта БЭП на основе золошлаковых отходов (варианты) и продукт, представляющий собой техногенный почвогрунт БЭП. (БЭП указывает, что технология прошла испытание на ООО «БЭП»).

Для решения поставленной задачи заявлен способ приготовления техногенного почвогрунта, включающий по меньшей мере два этапа. На первом этапе осуществляют получение органо-гуматного комплекса путем совместной переработки торфа и осадков сточных вод, а на втором этапе добавляют органо-гуматный комплекс к основе техногенного почвогрунта.

Причем при получении органо-гуматного комплекса осадки сточных вод обрабатывают реагентом для обеззараживания и добавляют осадки сточных вод к торфу в количестве не более 50 мас.% от массы указанной смеси.

На втором этапе для приготовления основы техногенного почворунта используют золошлаковые отходы, а добавление органо-гуматного комплекса к основе осуществляют в количестве не более 30 масс.% от массы указанной смеси.

Кроме того, на первом этапе осуществляют определение содержания вредных примесей в составе осадков сточных вод, а на втором этапе определяют содержание вредных примесей в составе золошлаковых отходов, после чего корректируют содержание указанных компонентов в составе техногенного почвогрунта из условия, что выбранное содержание компонента обеспечивает по каждой из вредных примесей ее содержание в техногенном почвогрунте не выше 0,8 ПДК. (ПДК - предельно допустимая концентрация, которая представляет собой утверждённый в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив. При этом под ПДК понимается такая максимальная концентрация химических элементов и их соединений в окружающей среде, например в почве, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм человека не вызывает патологических изменений или заболеваний, устанавливаемых современными методами исследований в сроки жизни настоящего и последующего поколений). В таблице 1 представлены сведения о допустимом валовом содержании тяжелых металлов и мышьяка в осадках сточных вод (ОСВ) для приготовления техногенного почвогрунта в пределах до 0,8 ПДК.

В качестве реагента для обеззараживания осадков сточных вод используют средство, содержащее аминокислотные комплексы или композиции на их основе, способные связывать белки, подавлять гниение и инициировать солюбиризацию частиц осадков сточных вод, предпочтительно таким средством является средство ММТ–БД–У1, изготавливаемое, предпочтительно, в соответствии с ТУ 2389 – 003- 11290432 -2014. Могут быть использованы и другие, разрешенные в установленном порядке, аналоги: аминокислотные композиции, гуминово-минеральные вещества, а также другие соединения и вещества, позволяющие достичь требуемых показателей обезвреживания, в частности, гидроокись натрия, калия и другие.

Основа для приготовления техногенного почвогрунта включает в себя золошлаковые отходы, при этом возможно добавление в основу нейтральных наполнителей, например, песка или котлованного грунта, в частности, для снижения концентрации вредных примесей в составе конечного продукта.

Дополнительно на втором этапе к основе техногенного почвогрунта могут быть добавлены обезвреженные нефтесодержащие отходы в количестве не более 20 мас.%.

Упомянутые нефтесодержащие отходы содержат нефтешламы и/или нефтезагрязненные грунты, обезвреженные путем предварительного капсулирования углеводородов в результате интенсивного перемешивания нефтесодержащего отхода с негашеной известью.

Для реализации заявленного способа предпочтительно используют технологию высокоскоростного перемешивания компонентов. Так, на первом этапе для получения органо-гуматного комплекса осуществляют высокоскоростное и перемешивание компонентов в течение 3-5 минут с диспергированием торфа и осадков сточных вод с подачей жидкого реагента для обеззараживания в смеситель. При этом используют автоматизированный смесеприготовительный комплекс (АСК) закрытого типа, обеспечивающий скорость вращения фрезы до 3000 об/мин, оборудованный системой подогрева, для эксплуатации в холодное время года.

На втором этапе добавление органо-гуматного комплекса к основе техногенного почвогрунта, осуществляют в грунтосмесительной установке с дополнительной (повторной) обработкой смеси реагентом обеззараживания, содержащим аминокислотные комплексы с добавлением гуминовых или гумино-минеральных веществ.

Продуктом заявленной технологии является техногенный почвогрунт, содержащий органо-гуматный комплекс, введенный в основу для получения почвогрунта. Указанный органо-гуматный комплекс содержит смесь торфа и осадков сточных, при этом осадки сточных вод обработаны реагентом обеззараживания на основе аминокислотных комплексов и добавлены к торфу в количестве не более 50 мас.% от массы данной смеси, а основа техногенного почвогрунта содержит золошлаковые отходы с добавлением наполнителя, количество которого выбрано из условия, что содержание вредных примесей в составе техногенного почвогрунта не превышаете 0,8 ПДК по каждой из выявленных вредных примесей при проведении контроля их содержания в составе исходных ингредиентов. Техногенный почвогрунт, предпочтительно, получают при следующем соотношении компонентов в мас.%:

органо-гуматный комплекс 10-30 мас%, наполнитель не более 20 мас %, золошлаковые отходы - остальное.

Предпочтительный вариант способа приготовления техногенного почвогрунта включает операции получения органо-гуматного комплекса путем совместной переработки торфа и осадков сточных вод, и последующее добавление органо-гуматного комплекса к основе техногенного почвогрунта. В качестве основы для приготовления техногенного почвогрунта используют золошлаковые отходы с добавлением в них в качестве наполнителя не более 20 мас.% обезвреженных нефтесодержащих отходов, при этом органо-гуматный комплекс вводят в состав техногенного почвогрунта в количестве не более 30 масс.%, причем смешивание компонентов осуществляют с учетом содержания в них вредных примесей из условия, что выбранное содержание компонентов обеспечивает по каждой из вредных примесей ее содержание в техногенном почвогрунте не выше 0,8 ПДК.

Ниже приводится подробное описание осуществления заявленного изобретения.

Подготовительным этапом, обеспечивающим возможность осуществления изобретения, является сбор и подготовка исходного сырья.

Подготовка золошлаковых отходов к переработке.

Золошлаковые отходы (ЗШО) образующиеся на ТЭС и представленные в зависимости от вида сжигаемого топлива, способа сжигания, температуры факела, способа золоудаления, сбора и хранения могут быть представлены в виде следующих отходов:

- Зола-уноса, образующаяся при сухом золоудалении с осаждением частиц золы в циклонах и электрофильтрах с накоплением в силосах;

- Топливные шлаки, образующиеся при полном плавлении минеральной части топлива, осаждении расплава в нижней части топки котла и грануляции расплава водой аналогично придоменной грануляции доменных шлаков;

- Золошлаковая смесь, образующаяся при совместном мокром удалении уловленной обеспыливающими устройствами золы-уноса и топливных шлаков, образующихся в котле.

Как правило, золошлаковая смесь в виде пульпы направляется в золоотвал.

Зола уноса представляет собой типичную мелкодисперсную гетерогенную смесь. Частицы размером до 40 мкм составляют около 90 %. Насыпная плотность золы уноса от котлов с жидким шлакоудалением составляет 0,824-0,892 г/см³, а от котлов с твердым шлакоудалением - 1,040-1,050 г/см³. Минеральная часть золы уноса состоит из остеклованных силикатов и алюмосиликатов сложного состава, оксидов кремния и оксидов металлов, ферритов Me∙Fe₂O₃, образующихся в твердой фазе при высокой температуре. В золе уноса с жидким шлакоудалением присутствуют до 1 % алюмосиликатных полых микросфер (АСПМ), образующихся при пылевидном сжигании твердого топлива. Зола уноса плохо смачивается водой и практически не растворима в ней, слабо растворима в растворах щелочей и кислот. Потеря массы при прокаливании при температуре 800°С составляет 5‒8 %, рН водной вытяжки составляет 8-8,5 за счет силикатов и алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных элементов.

Химический анализ зольных отходов показывает, что их большая часть состоит из оксидов кремния и алюминия. Наличие оксидов железа и соединений микроэлементов делает золу ценным ресурсом для сельского хозяйствас возможностью использования в качестве минерального удобрения.

В качестве золошлаковых отходов для осуществления заявленного способа могут быть использованы, например следующие материалы:

• Зола от сжигания угля малоопасная;

• Зола от сжигания древесного топлива умеренно опасная;

• Зола от сжигания древесного топлива практически неопасная;

• Зола от сжигания торфа;

• Шлак от сжигания угля малоопасный;

• Золошлаковые смеси от сжигания углей при гидроудалении золы-уноса и топливных шлаков;

• Золошлаковая смесь от сжигания углей малоопасная;

• Золошлаковая смесь от сжигания углей практически неопасная.

Извлечение отходов из золоотвалов производится путем осуществления землеройных работ.

Морфологический, химико-физический состав партии золы ее класс опасности для окружающей среды и человека определяется лабораторным путем с составлением соответствующих гигиенических сертификатов и паспортов опасных отходов. Доставка золошлаковых отходов (ЗШО) и торфа к месту проведения работ осуществляется самосвальным транспортом.

Подготовка осадков сточных вод нефтесодержащих отходов к переработке.

В качестве осадков сточных вод (ОСВ) и нефтесодержащих отходов (НСО) для осуществления заявленного способа могут быть использованы, например, следующие исходные материалы. Отходы (осадки), образовавшиеся при механической очистке хозяйственно-бытовой и смешанной канализации, в том числе:

- Осадок с песколовок при очистке хозяйственно-бытовых и смешанных сточных вод малоопасный;

- Осадок с песколовок при очистке хозяйственно- бытовых и смешанных сточных вод практически неопасный.

При сборе осадков сточных вод осуществляют лабораторный контроль их состава в отношении содержания вредных примесей, а также в отношении санитарных и агрохимических показателей. Содержание вредных примесей контролируется в соответсвии с ограничениями представленными в таблице 1.

Санитарно-бактериологические и санитарно-паразитологические показатели осадков сточных вод контролируются в отношении бактерий группы кишечной палочки, содержание которых в норме составляет 100-1000 клеток на грамм осадка фактической влажности. Патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы, а также яйца геогельминтов и цисты кишечных патогенных простейших на кг осадка фактической влажности в норме отсутствуют.

Агрохимические показатели осадков определяет массовая доля органических веществ в % на сухое вещество, которая желательно должна быть не менее 20%.

Реакция среды (рН_сол) желательно составляет 5,5 - 8,5.

Массовая доля общего азота (N) в % на сухое вещество составляет не менее 0,6%.

Массовая доля общего фосфора (Р₂О₅) в % на сухое вещество составляет не менее 1,5%.

В качестве нефтесодержащих отходов утилизируются следующие отходы.

Отходы, образовавшиеся при механической очистке нефтесодержащих сточных вод, в том числе:

- Осадок (шлам) механической очистки нефтесодержащих сточных вод, содержащий нефтепродукты в количестве менее 15 %, обводненный;

- Осадок механической очистки нефтесодержащих сточных вод, содержащий нефтепродукты в количестве 15 % и более;

- Осадок механической очистки нефтесодержащих сточных вод, содержащий нефтепродукты в количестве менее 15 %;

- Осадок (шлам) флотационной очистки нефтесодержащих сточных вод, содержащий нефтепродукты в количестве 15 % и более;

- Отходы (осадки) при биологической очистке нефтесодержащих сточных вод, в том числе ил избыточный биологических очистных сооружений нефтесодержащих сточных вод.

Осадки (илы) биологических очистных сооружений хозяйственно-бытовой и смешанной канализации, в том числе:

- Ил избыточный биологических очистных сооружений хозяйственно-бытовых и смешанных сточных вод;

- Ил стабилизированный биологических очистных сооружений хозяйственно-бытовых и смешанных сточных вод;

- Отходы с решеток станции снеготаяния.

Отходы твердых производственных материалов, загрязненные нефтью или нефтепродуктами, в том числе:

- Песок, загрязненный нефтью или нефтепродуктами (содержание нефти или нефтепродуктов 15 % и более);

- Песок, загрязненный нефтью или нефтепродуктами (содержание нефти или нефтепродуктов менее 15 %);

- Опилки и стружка древесные, загрязненные нефтью или нефтепродуктами (содержание нефти или нефтепродуктов 15% и более);

- Опилки и стружка древесные, загрязненные нефтью или нефтепродуктами (содержание нефти или нефтепродуктов менее 15%);

- Грунт, загрязненный нефтью или нефтепродуктами, в том числе:

- Грунт, загрязненный нефтью или нефтепродуктами (содержание нефти или нефтепродуктов 15 % и более);

- Грунт, загрязненный нефтью или нефтепродуктами (содержание нефти или нефтепродуктов менее 15%).

- Окалина замасленная прокатного производства с содержанием масла менее 15 %.

- Всплывшие нефтепродукты из нефтеловушек и аналогичных сооружений.

- Смеси нефтепродуктов, собранные при зачистке средств хранения и транспортирования нефти и нефтепродуктов.

Осадки сточных вод (ОСВ) и нефтесодержащие отходы (НСО) доставляют бункеровозами. После чего осуществляют входной лабораторный экспресс-контроль доставляемых сырья и материалов.

Принимаемыми на переработку нефтесодержащими отходами, предпочтительно, являются нефтешламы и нефтезагрязненные грунты с содержанием в них улеводородов не более 15 мас.% при влажности 30-40%.

При приемке партии отходов ЗШО и ОСВ на производственной площадке производится входной радиационный контроль. При несоответствии действительных показателей опасности отходов заявленным, отходы к переработке не принимаются, а возвращаются поставщику.

Первый этап осуществления заявленного способа включает в себя получение органо-гуматного комплекса путем совместной переработки торфа и осадков сточных вод путем высокоскоростного их смешивания с обработкой реагентом обеззараживания на основе аминокислотных комплексов в соответствии с выбранной рецептурой состава смеси.

Оптимальным весовым соотношением основных компонентов техногенного почвогрунта является:

ОСВ : торф : ЗШО = 1:1:4.

Однако окончательный подбор соотношения компонентов техногенного почвогрунта проводится на основе экспериментальной апробации производства техногенного почвогрунта. При этом учитывая содержание в компонентах техногенного почвогрунта тяжелых металлов, других вредных примесей и нормируемых веществ. Рецептура корректируется в каждом конкретном случае расчетным путем из условия, что доля компонента в конечном продукте не должна приводить к содержанию тяжелых металлов и других вредных примесей выше 0,7 - 0,8 ПДК.

Оптимальным соотношении компонентов на первом этапе является соотношение ОСВ : торф = 1:1, при этом (без учета влажности) концентрация каждого элемента составляет 0,25·Сi, где Ci - концентрация нормируемого загрязнителя в компоненте, мг/кг сухого вещества; или г/т сухого вещества.

Доза каждого компонента, по содержанию нормируемых вредных примесей, рассчитывается по формуле:

где, Дк – доза компонента, кг;

Сi – концентрация нормируемо вредной примеси в компоненте, мг/кг сухого вещества;

Mб – масса техногенного повогрунта, кг, которую для удобства расчета можно принять 1000 кг.

Для пересчета сухой массы компонента (Дк) во влажную массу (Дк.в.) используется формула:

где W - cодержание влаги в компоненте, мас. % .

Доза каждого компонента принимается по наиболее значимой вредной примеси, то есть наименьшей Дк.в.

При соответствии всех компонентов показателю Дк.в. > 0,25 Mб, принимается соотношение ОСВ : торф = 1:1.

Если для одного из компонентов Дк.в. < 0,25 Mб, то доля других компонентов может быть увеличена с использованием коэффициента (К):

К= 0,25 Мб/Дк.в.

При изготовлении техногенного грунта ОСВ доставляется на промплощадку в бункерах объемом 8-12 м³ без разгрузки на промплощадке. Загрузка ОСВ происходит механизированным способом из бункеров путем их опрокидывания в загрузочные емкости автоматизированного смесеприготовительного комплекса (АСК). Загрузка торфа в загрузочные емкости осуществляется фронтальным погрузчиком с площадок хранения.

При работе установки АСК используется программное обеспечение системы автоматического контроля, которое включает в себя программы управления смесеприготовлением.

Загрузка компонентов ОСВ и торфа для получения органо-гуматного комплекса производится из бункеров АСК в вихревой смеситель путем автоматического дозирования по методу контроля масс с определением исходной влажности и температуры. Контролер определяет необходимое количество воды для введения в смеситель при приготовлении смеси с заданными свойствами по влажности. Дозирование реагентов и их подача осуществляется автоматически по рецептуре, предусматривающей обработку смеси обеззараживающим реагентом (например, реагентом ММТ-БД-У1). Перед выгрузкой в смесителе контролируется влажность приготовления смеси, при необходимости проводятся автоматически корректировки. После приготовления смесь выгружается в бункер объемом 8 м³ или на площадку временного накопления посредством транспортера.

На втором этапе осуществляют получение конечного продукта заявленного способа - техногенного почвогрунта. Смешение компонентов техногенного почвогрунта в виде органо-гуматного комплекса и золошлаковых отходов осуществляют в грунтосмесительной установке, например, в установке типа МГСУ (мобильная грунтосмесительная установка) марки М-2200 (производство – Дания) с дополнительной обработкой смеси реагентом ММТ-БД-У1 в соответствии с рецептурой подбора состава смеси и реагента по расчету аналогично расчету, показанному для первого этапа способа. МГСУ оборудовано системой подогревом для работы в зимний период с автономным контролем заданных параметров. Количество обрабатываемой смеси до 100 м³ в час.

Зола загружается в первую приемно-дозирующую емкость МГСУ. Загрузка производится путем опрокидывания бункера в приемно-дозирующее устройство.

Органо-гуматный комплекса подается во второе приемно-дозирующее устройство посредством фронтального погрузчика и (или) методом опрокидывания бункера.

При необходимости подачи дополнительного золошлака, он подается транспортером непосредственно в смеситель через загрузочное окно.

Количество сырья постоянно регистрируется в компьютерной системе управления посредством электронных тензодатчиков, на которых установлен смеситель. При необходимости увлажнения смеси вода в смеситель подается из водяного бака через расходомер. Реагенты в смесь подаются автоматически в соответствии с заданной рецептурой. Когда заданный цикл дозировки и обработки (смешивание) завершен, крышка разгрузочного люка под смесителем открывается и смесь подается шнековым транспортером в бункер мультилифта.

Компьютерная система управления осуществляет управление и регистрацию каждого этапа процесса. Можно автоматически распечатать протоколы для каждого цикла дозировки.

Как отмечалось выше при получении заявленного техногенного почвогрунта дополнительно могут быть собраны и утилизированы нефтесодержащие отходы (НСО) в количестве не превышающем 20 мас.% от состава техногенного почвогрунта, прошедшие предварительное обезвреживание.

Предварительное обезвреживание нефтешламов и нефтезагрязненных грунтов осуществляется реагентным методом и производится заблаговременно с учетом выдержки получаемого материала для карбонизации.

Нефтесодержащие отходы (НСО) доставляется на промплощадку в бункерах объемом 8-12 м³ без разгрузки на промплощадке. Загрузка НСО происходит механизированным способом из бункеров объемом 8 м³ путем их опрокидывания в загрузочные емкости АСК.

Для предварительного обезвреживания НСО в виде нефтешламов и нефтезагрязненный грунтов используется известь негашеная порошкообразная соответствующая требованиям ГОСТ 9179-77 «Известь строительная. Технические условия». Содержание активных компонентов CaO + MgO в негашеной извести составляет от 70 до 91 %.

Процесс капсулирования НСО происходит в результате интенсивного перемешивания отхода с негашеной известью. Технологическая сущность действия реагента заключается в том, что при смешении НСО оксид щелочно-земельного металла СаО образует с водой гидроксид, в результате чего нефтяные углеводороды равномерно им адсорбируются с получением гидрофобного, морозоустойчивого, стойкого при хранении вещества, состоящего из известковых микрокапсул.

Процесс проводится в высокоскоростном смесителе АСК, который используется и на первой стадии технологического процесса.

Время смешения составляет 3,5-5 минут. В процессе реакции температура смеси повышается до 50-60°С. Объем заполнения смесителя, предпочтительно, 65%.

Дозирование компонентов в смеситель может осуществляться весовым и объемным способами. После перемешивания массы образуется консолидированный материал, который извлекается из смесителя и направляется в емкости для хранения обезвреженного шлама, где выдерживается не менее 72 часов.

Загрузка компонентов смеси (НСО + известь) из бункеров АСК в вихревой смеситель производится с автоматическим дозированием по методу контроля масс с определением исходной влажности и температуры. В случае недостаточного содержания влаги (менее 30%) контролер определяет необходимое количество воды для ее введения в смеситель для приготовления смеси с заданными свойствами по влажности. Дозирование реагентов и их подача осуществляется автоматически по рецептуре. После приготовления смесь выгружается в специальный бункер объемом 8 м³ или на площадку временного накопления посредством транспортера.

Проверка полученного продукта показала, что органические вещества органо-гуматного комплекса участвуют в структурообразовании почвы, накоплении питательных элементов и микроэлементов в доступной для растений форме, регулировании геохимических потоков металлов в водных и почвенных экосистемах. Аминокислотные композиции, как и гумусовые кислоты и подобные вещества, связывают в прочные комплексы ионы металлов и органические экотоксиканты в воде и почве. Наряду со связывающими свойствами аминокислотные композиции имеют ярко выраженные свойства поверхностно-активных веществ, в связи с чем, улучшают растворимость гидрофобных органических веществ (например, нефтепродуктов).

Золошлаковые отходы также участвуют в обезвреживании нефтесодержащих отходов. Содержащиеся в ЗШО оксиды кальция и магния, а также присутствующие силикаты и алюмосиликаты позволяют использовать их в качестве компонентов капсулирующих реагентов на основе оксида кальция, а также влияют на стабилизаци почвы. В данном случае не только существенно снижается стоимость указанных реагентов, но и увеличивается их эффективность.

Таким образом, оптимально подобранное в составе техногенного почвогрунта сочетание золошлаковых отходов, ряда нефтесодержащих отходов, предварительно обезвреженных реагентным способом, и активного ила очистных сооружений позволило восстанавливать нарушенную экологию на площади золоотвалов и полигонов, а также утилизировать отходы 4-го класса опасности.

Применение заявленной технологии обеспечивает создание техногенных почвогрунтов с заданными характеристиками, которые представлены в таблицах 2 и 3.

Физико-химические свойства техногенного почвогрунта, представленные в таблице 3, показывают результаты осуществления заявленного способа с получением техногенного почвогрунта, содержащего органо-гуматный комплекс в количестве 10 и 30 мас%, (ОСВ:торф=1:1), наполнитель – нефтезагрязненный грунт с содержанием углеводородов 10%, взятый в количестве 20 мас %, и золошлаковые отходы - остальное.

Изготовление техногенного почвогрунта позволило улучшить экологию в регионе сбора золошлаковых отходов и осадков сточных вод за счет утилизации отходов.

Получен полезный вторичный ресурс виде искусственного грунта, который использован для засыпки полигона твердых бытовых отходов, а также в дорожном строительстве при отсыпке склонов насыпи дороги вне населенного пункта с эффектом стабилизации почвы и выращиванием травы на насыпи.

Таблица 1.

Допустимое валовое содержание тяжелых металлов и мышьяка в осадках сточных вод (ОСВ) для приготовления техногенного почвогрунта (0,8 ПДК).

Наименование металла Концентрация, мг/кг сухого вещества, не более Свинец (Pb) 250-500 Кадмий (Cd) 15-30 Никель (Ni) 200-400 Хром (Cr_общ) 500-1000 Цинк (Zn) 1750-3500 Медь (Cu) 750-1500 Ртуть (Hg) 7,5-15 Мышьяк (As) 10-20

Таблица 2

Допустимое валовое содержание тяжелых металлов и микроэлементов техногенном почвогрунте

Тяжелые металлы и микроэлементы, валовое содержание: Содержание в мг/кг сухого вещества,
не более : - никель
- цинк
- медь
- свинец
- кадмий
- мышьяк
- ртуть 64,0
176
105
25,6
1,6
1,6
1,7 Подвижные формы:
- цинка
-меди
-никеля
- хрома (III) 18,4
2,4
3,2
4,8

Таблица 3. Физико-химические свойства и качество техногенного почвогрунта

№ Наименование показателя Показатель 1 Внешний вид, консистенция однородная рыхлая масса без комков 2 Цвет светло-серый или тёмно-серый, 3 Запах без запаха 4 Массовая доля влаги, % 35-70 5 Массовая доля органического вещества (в пересчете на сухое вещество), %, не менее 10 6 Наличие личинок и куколок синантропных мух, экз. в почве на площади 20×20 см не допускается 7 Показатель концентрации водородных ионов (кислотность), pH (KCl), ед., в пределах 5.0-7.0 8 Содержание общего фосфора (Р₂О₅), %, в пересчете на сухое вещество, не менее 1.5-3.5 9 Содержание подвижного фосфора (Р₂О₅), мг/кг, в пересчете на сухое вещество, не менее 100 10 Содержание общего азота, %, в пересчете на сухое вещество, не менее 0,5 11 Наличие патогенных микроорганизмов, в т.ч. сальмонелл, в 1000 г не допускается 12 Наличие личинок и яиц гельминтов (жизнеспособных), экз./кг не допускается 13 Цист кишечных патогенных, в 100 г продукции не допускается 14 Индекс санитарно-показательных микроорганизмов БГКП, кл./г не более 9 15 Массовая концентрация бензапирена, мг/кг, не более 0,02 16 Удельная эффективная активность естественных радионуклидов, Бк/кг, не более 300 17 Удельная эффективная активность техногенных радионуклидов (ACs/45+ASr/30), Бк/кг, не более *** 1 18 Насыпная плотность, г/см³ 0,7-1,0

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к комплексной переработке золошлаковых отходов, нефтесодержащих отходов и осадков сточных вод городских очистных сооружений путем создания вторичного ресурса в виде искусственного грунта с применением торфа и реагентов. Описывается способ приготовления техногенного почвогрунта (ТГПГ), включающий по меньшей мере два этапа. На первом этапе осуществляют получение органо-гуматного комплекса (ОГК) совместной переработкой торфа и осадков сточных вод (ОСВ). На втором этапе к основе ТГПГ добавляют ОГК. ОСВ обрабатывают реагентом для обеззараживания и добавляют к торфу в количестве не более 50 мас.%. Для приготовления основы ТГПГ используют золошлаковые отходы, ОГК добавляют к основе в количестве не более 30 мас.%. При этом осуществляют определение содержания вредных примесей в составе ОСВ и в составе золошлаковых отходов для корректировки содержания компонентов в составе ТГПГ из условия, что допустимое содержание каждой вредной примеси в ТГПГ не выше 0,8 ПДК. Изобретение обеспечивает улучшение экологии в регионе сбора золошлаковых отходов и осадков сточных вод, их утилизацию путем создания полезного вторичного ресурса в виде техногенного почвогрунта, который может найти применение для засыпки полигонов твердых бытовых отходов, а также в дорожном строительстве для отсыпки склонов насыпей с эффектом стабилизации почвы и возможности выращивания многолетних трав. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр.

1. Способ приготовления техногенного почвогрунта, включающий по меньшей мере два этапа,

на первом этапе осуществляют получение органо-гуматного комплекса путем совместной переработки торфа и осадков сточных вод,

а на втором этапе добавляют органо-гуматный комплекс к основе техногенного почвогрунта,

отличающийся тем, что при получении органо-гуматного комплекса осадки сточных вод обрабатывают реагентом для обеззараживания и добавляют осадки сточных вод к торфу в количестве не более 50 мас.%;

на втором этапе для приготовления основы техногенного почворунта используют золошлаковые отходы,

а добавление органо-гуматного комплекса к основе осуществляют в количестве не более 30 мас.%,

при этом на первом этапе осуществляют определение содержания вредных примесей в составе осадков сточных вод, а на втором этапе определяют содержание вредных примесей в составе золошлаковых отходов для осуществления корректировки содержания компонентов в составе техногенного почвогрунта из условия, что выбранное содержание компонента обеспечивает по каждой из вредных примесей ее содержание в техногенном почвогрунте не выше 0,8 ПДК.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что основа для приготовления техногенного почвогрунта включает в себя золошлаковые отходы с добавлением наполнителей.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве наполнителя в золошлаковые отходы вводят песок.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве реагента для обеззараживания осадков сточных вод используют средство, содержащее аминокислотные комплексы или композиции на их основе, способные связывать белки, подавлять гниение и инициировать солюбилизацию частиц осадков сточных вод.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на втором этапе к основе техногенного почвогрунта добавляют обезвреженные нефтесодержащие отходы в количестве не более 20 мас.%.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что нефтесодержащие отходы содержат нефтешламы и/или нефтезагрязненные грунты, обезвреженные путем предварительного капсулирования углеводородов путем интенсивного перемешивания нефтесодержащего отхода с негашеной известью.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на первом этапе для получения органо-гуматного комплекса осуществляют высокоскоростное перемешивание в течение 3-5 минут с диспергированием торфа и осадков сточных вод с подачей жидкого реагента для обеззараживания в смеситель, при этом используют автоматизированный смесеприготовительный комплекс закрытого типа, обеспечивающий скорость вращения фрезы до 3000 об/мин, оборудованный системой подогрева.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на втором этапе добавление органо-гуматного комплекса к основе техногенного почвогрунта осуществляют в грунтосмесительной установке с дополнительной обработкой смеси реагентом обеззараживания, содержащим аминокислотные комплексы с добавлением гуминовых или гумино-минеральных веществ.

9. Техногенный почвогрунт, содержащий органо-гуматный комплекс, введенный в основу для получения почвогрунта, отличающийся тем, что

органо-гуматный комплекс содержит смесь торфа и осадков сточных вод, при этом осадки сточных вод обработаны реагентом обеззараживания на основе аминокислотных комплексов и добавлены к торфу в количестве не более 50 мас.%,

а основа техногенного почвогрунта содержит золошлаковые отходы с добавлением наполнителя, количество которого выбрано из условия, что содержание вредных примесей в составе техногенного почвогрунта не превышает 0,8 ПДК, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

органо-гуматный комплекс 10-30 наполнитель не более 20 золошлаковые отходы остальное

10. Способ приготовления техногенного грунта, включающий получение органо-гуматного комплекса путем совместной переработки торфа и осадков сточных вод и последующее добавление органо-гуматного комплекса к основе техногенного почвогрунта,

отличающийся тем, что в качестве основы для приготовления техногенного почвогрунта используют золошлаковые отходы с добавлением в них в качестве наполнителя не более 20 мас.% обезвреженных нефтесодержащих отходов, при этом органо-гуматный комплекс вводят в состав техногенного грунта в количестве не более 30 мас.% по отношению к основе, при этом смешивание компонентов осуществляют с учетом содержания в них вредных примесей из условия, что выбранное содержание компонентов обеспечивает по каждой из вредных примесей ее содержание в техногенном почвогрунте не выше 0,8 ПДК.