СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ Российский патент 2023 года по МПК B09B3/00 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к области переработки отходов различного происхождения, имеющих повышенную влажность и различную степень дисперсности (мелкодисперсные, средне и крупнодисперсные).

Уровень техники.

Из уровня техники известен способ переработки осадков сточных вод, включающий их обезвоживание, дозирование и смешивание компонентов, прессование и упаковку брикетов, термообработку в печи СВЧ, 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 (патент на изобретение РФ №2545574, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кемеровский государственный университет" (RU), C02F11/00, опубл. 10.04.2015). Общими признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: способ переработки осадков сточных вод, включающий их прессование и упаковку брикетов, осадки сточных вод брикетируют под давлением.

Из уровня техники также известен способ получения топливных брикетов на основе осадков городских сточных вод, в осадки сточных вод вводятся целлюлозосодержащие материалы, совместно перетираются, механически обезвоживаются, сушатся и прессуются в виде топливных брикетов, а перед прессованием в высушенную смесь осадков сточных вод и целлюлозосодержащих материалов вводятся измельченные до размеров не более 3 мм нитраты целлюлозы и/или пороховая крошка в количестве 10 - 40% от массы топливной смеси и перемешиваются с высушенной смесью с использованием в качестве растворителя - этилацетата или спирто-эфирной смеси в количестве 10 - 30%, после прессования топливные брикеты окончательно сушат до достижения брикетами постоянного веса (патент на изобретение РФ №2154666, ООО "Бизон", C10L 5/46, C10L 5/22, опубл. 20.08.2000). Общими признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: способ получения брикетов на основе осадков сточных вод, совместное прессование осадков с полимерными (целлюлозосодержащими) материалами с получением брикетов.

Общим недостатком вышеописанного аналога изобретения (RU2545574) и прототипа (RU2154666) является ограничение возможности переработки отходов различного происхождения, узкое применение получаемых из отходов брикетов, необходимость использования большого количества по виду и объему добавок в зависимости от физико-химического исходного состава отходов для получения конечного продукта, при этом, имеющего узкое назначение. Так брикеты, получаемые при использовании изобретения RU2545574, могут быть использованы в качестве восстановителей плодородного слоя (удобрений) при рекультивации нарушенных земель, для чего отходы должны быть обязательно подвергнуты обезвреживанию при возможном наличии в них тяжелых металлов, для снижения их концентрации в отходы необходимо добавлять различные компоненты, объем которых определяется в зависимости от физико-химического состава отходов, а для обеззараживания отходов, сформированных в брикеты, для повышения их экологичности брикеты необходимо обрабатывать в течение 5-6 минут в печи СВЧ, все это требует использование большого количества и объема добавок, использование дополнительного оборудования и дополнительных затрат на электроэнергию для работы оборудования, при этом, срок хранения брикетов определяется заданным качеством продукта.

Брикеты, получаемые при использовании изобретения RU2154666, могут быть использованы, исключительно, в виде топлива, так как вводимые в состав отходов целлюлозосодержащие материалы, относящиеся к полимерным материалам, обладают такими свойствами, которые обеспечивают легкую воспламеняемость и полноту сгорания, но при этом применяемые полимерные материалы, а также способ их соединения с отходами не обеспечивают возможность применения брикетов для других целей. Описываемые в аналоге и в прототипе технологии переработки отходов предназначены для переработки достаточно узкого спектра отходов, а именно, осадков сточных вод, в том числе городских сточных вод, имеющих высокую влажность.

Раскрытие сущности изобретения.

Техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является создание универсальной технологии обезвреживания и утилизации (переработки) отходов, предусматривающей обезвреживание и утилизацию отходов самого различного происхождения, получение высокоэкологичного конечного продукта, пригодного для длительного хранения без оказания им негативного воздействия на окружающую среду, пригодного для широкого применения, или дальнейшей переработки для обеспечения повторного использования в зависимости от назначения.

Технический результат достигается за счет того, что способ обезвреживания и утилизации отходов включает прессование отходов под давлением, получение брикетов, при этом, прессование отходов, имеющих влажность до 10 %, производят в пресс-форме, в которую вначале укладывают слой способного уплотняться при нагревании полимерного материала, а поверх полимерного материала укладывают слой отходов, при этом значение величины давления прессования может быть изменяемым в зависимости от вида отходов и вида их дальнейшего использования, с учетом того, что минимальное значение величины давления прессования может быть равным 1 МПа, а максимальное значение может быть равным 20 МПа; в процессе прессования отходов получают брикеты, покрытые защитным слоем в виде полимерной пленки, образуемой при нагреве полимерного материала под воздействием на него давления прессования.

Создание универсальной технологии обезвреживания и утилизации (переработки) отходов, предусматривающей утилизацию отходов самого различного происхождения обеспечивается:

- переработкой отходов, имеющих значение влажности до 10%, к которым могут быть отнесены осадки сточных вод, образующиеся в самых различных отраслях промышленности, имеющие повышенную влажность и подвергнутые предварительному обезвоживанию до 10%, отходы, изначально имеющие влажность до 10%, а также твердые бытовые отходы (ТБО), что позволяет производить, согласно предлагаемого способа, утилизацию самого широкого спектра отходов,

Получение высокоэкологичного конечного продукта, пригодного для длительного хранения без оказания им негативного воздействия на окружающую среду, пригодного для широкого применения или дальнейшей переработки для обеспечения повторного использования в зависимости от назначения, обеспечивается:

- прессованием отходов, имеющих влажность до 10 %, в пресс-форме, в которую вначале укладывают слой способного уплотняться при нагревании полимерного материала, а поверх полимерного материала укладывают слой отходов, и получением в процессе прессования отходов брикетов, покрытых защитным слоем в виде полимерной пленки, образуемой при нагреве полимерного материала под воздействием на него давления прессования, в результате чего получаемые брикеты, покрытые полимерной пленкой, практически, на 100% изолирующей от воздействия вредных веществ, находящихся в брикетах на окружающую природную среду, равно как, изолирующей внешний слой получаемого продукта от внешних воздействий (разрушающих температурных воздействий и атмосферных осадков), готовы либо для широкого применения, преимущественно, в строительной, а также в других отраслях промышленности, либо для длительно временного хранения, либо для дальнейшей переработки, при этом, перерабатываемые отходы могут иметь разный физико-химический состав, но степень агрессивности отходов не имеет значения и поэтому исключается необходимость предварительного обезвреживания и обеззараживания отходов. Прессование отходов производят в пресс-форме, которая может иметь такую формообразующую часть (матрицу), которая позволяет получить брикеты требуемой геометрической формы,

- возможностью выбора параметров величины давления прессования в определенном интервале, минимальное значение которого может быть равным 1 МПа, а максимальное значение может быть равным 20 МПа, при этом используемые параметры давления могут быть разные в пределах от 1 до 20 МПа, подбираются индивидуально для каждого вида отходов в силу их разнородности и в зависимости от их дальнейшего использования,

- при высоком давлении прессования одновременно происходит процесс обезвреживания отходов, дополнительно повышающий экологические свойства получаемых брикетов.

Универсальность и технологичность предлагаемого способа также заключается в отсутствии необходимости использования большого количества и объема добавок, использования дополнительного оборудования и дополнительных затрат на электроэнергию для работы оборудования.

Осуществление изобретения представлено в предпочтительном, но не единственном возможном варианте его использования.

Предлагаемый способ утилизации отходов может быть использован для утилизации любых, имеющихся в природе мелкодисперсных, средне и крупнодисперсных отходов, таких как коммунальные твердые бытовые отходы (ТБО), в т.ч. имеющие влажность до 10%, так и отходы с влажностью более 90% независимо от степени агрессивности данных отходов.

Для переработки отходов по предлагаемому способу имеют значение два показателя – это влажность и наличие (или отсутствие) в отходе ценных элементов, которые могут быть повторно использованы в различных отраслях производства, поэтому прежде чем, приступить к обезвреживанию и утилизации отходов согласно заявляемого изобретения, необходимо произвести предварительный анализ физико-химического состава отходов того или иного предприятия с целью определения ценности и целесообразности дальнейшего использования данных отходов, а также определения % содержания влаги в них, чем больше концентрация опасных веществ (или опасных компонентов, опасных элементов), но в то же время ценных веществ (или ценных компонентов, ценных элементов), в отходах, тем он более целесообразен для вторичного использования, и при невозможности выделения опасных веществ из состава отходов, произвести обезвреживание и обеззараживание отходов методом прессования под высоким давлением с получением конечного продукта в виде брикетов, пригодных для временного и длительного хранения до момента появления технологий, позволяющих извлечь опасные вещества из отходов.

После определения и выбора предприятия, чьи отходы будут подлежать длительно временному хранению, отходы, имеющие повышенную влажность более 10%, к которым относятся, например, любые осадки сточных вод, избыточный активный ил и т.д., должны быть доведены до состояния влажности в них 10% и менее любым известным способом обезвоживания (например, на установках механического обезвоживания, таких как иловые карты, либо с помощью гранулированного, имеющего низкую влажность торфа и др.). Отходы (например, твердые бытовые отходы), изначально имеющие влажность 10% и менее, предварительно измельченные, непосредственно сразу могут быть подвергнуты переработке по предлагаемому способу.

Если в результате проведенного анализа выявлено, что в отходах содержатся ценные компоненты, а, например, такие отходы, как сырой осадок и избыточный активный ил, которые относятся к отходам 3 класса опасности, являются накопителями, практически, всех элементов таблицы Менделеева, предлагаемым способом их можно будет сохранить в компактном виде в виде брикетов (кирпичей, блоков, спрессованных изделий и т.д.) до того времени, когда они могут быть подвергнуты переработке, позволяющей разделить или выделить из состава данных отходов вышеупомянутые элементы.

Если же в отходе нет ценных компонентов или, практически нет, то в данном случае из этих отходов можно производить методом прессования или применения давления спрессованные изделия, которые могут быть использованы в качестве стройматериалов различного рода, тротуарной плитки, полимеротходных материалов и т.п.

Прессование отходов под давлением производят в пресс-форме, имеющей формообразующую часть (матрицу), позволяющую получить брикеты необходимой геометрической формы. На основание матрицы пресс-формы укладывают слой полимерного материала, способного уплотняться при нагревании. В качестве полимерного материала применяют использованные полимеры, полимерсодержащие отходы пластиковые бутылки и т.д., тем самым параллельно решается вопрос утилизации полимерсодержащих отходов. Затем на слой (пласт) полимерного материала укладывают отход, имеющий влажность до 10% (включительно), после чего производят совместное прессование полимерного материала и отхода с помощью гидропресса (или другого аналогичного прессового оборудования). Значение величины давления прессования подбирают индивидуально для каждого вида отходов в силу их разнородности, насыпной плотности и так далее, и в зависимости от их дальнейшего использования, может быть выбрано в пределах от 1 до 20 МПа (высокое давление). Полимерный материал при воздействии на него давления нагревается, уплотняется и создает защитный слой в виде пленки с идеальной поверхностью. В результате прессования под высоким давлением получают брикеты, покрытые с одной или нескольких сторон защитным слоем в виде полимерной пленки, образуемой при нагреве полимерного материала под воздействием на него высокого давления прессования в пределах от 1 до 20 МПа.

При прессовании отходов, в составе которых присутствуют ценные элементы в виде солей тяжелых металлов (таких, например, как сырой осадок и избыточный активный ил, различные мелкодисперсные отходы) выбирают значения давления прессования, близкие к нижнему пределу из интервала возможных значений, а, именно, близкими к 1 МПа, при которых происходит перевод солей тяжелых металлов в составе отходов из активного состояния в не активное. Под воздействием высокого давления происходит обезвреживание отходов, а также происходит обеззараживание патогенных форм в составе отходов (сырого осадка и избыточного активного ила), которое заключается в том, что при формировании конечного продукта из вышеуказанных отходов методом высокого давления, живая патогенная форма погибает от высокого давления.

При прессовании отходов, в составе которых отсутствуют ценные элементы, используют значения давления, близкие к верхнему пределу 20 МПа. Приготовленные таким образом блоки, кирпичи обладают высокой механической прочностью, являются атмосфероустойчивыми, при их укладке в штабеля, а из них возможно строительство гаражей, ангаров, помещений огромного объема по принципу пирамид Хеопса, внешняя сторона уже защищена от агрессивного внешнего воздействия.

Промежуточные значения из возможных значений в интервале давления прессования от 1 до 20 МПа могут быть применены для прессования отходов в зависимости от разнородности отходов и их дальнейшего использования, например, при производстве блоков применяемых в отраслях и производствах, где не требуется высокая механическая прочность блоков.

Значения давления, близкие к нижнему пределу 1 МПа, могут быть применены также при прессовании давлением согласно предлагаемого способа предварительно обезвоженные, обезвреженные и гранулированные отходы для изготовления плит утепления, так как давление в данном случае подается относительно высокое, плиты получаются довольно пористые, позволяющие стенам дышать, при этом сырье используется дешевое, связующие добавки практически не требуются, транспорт, ни для транспортировки сырья, ни для готовой продукции не требуется. Получается прекрасный утепляющий материал, как для внешних боковых стен, так и для внутреннего утепления крыш.

Изобретение относится к области переработки отходов различного происхождения, имеющих повышенную влажность и различную степень дисперсности (мелкодисперсные, средне и крупнодисперсные). Способ обезвреживания и утилизации отходов включает прессование отходов под давлением и получение брикетов. При этом прессование отходов, имеющих влажность до 10%, производят в пресс-форме, в которую вначале укладывают слой способного уплотняться при нагревании полимерного материала, а поверх полимерного материала укладывают слой отходов. Значение величины давления прессования может быть изменяемым в зависимости от вида отходов и вида их дальнейшего использования, с учетом того, что минимальное значение величины давления прессования может быть равным 1 МПа, а максимальное значение может быть равным 20 МПа. В процессе прессования отходов получают брикеты, покрытые защитным слоем в виде полимерной пленки, образуемой при нагреве полимерного материала под воздействием на него давления прессования. Техническим результатом изобретениея является создание универсальной технологии обезвреживания и утилизации (переработки) отходов, предусматривающей обезвреживание и утилизацию отходов самого различного происхождения, получение высокоэкологичного конечного продукта, пригодного для длительного хранения без оказания им негативного воздействия на окружающую среду, пригодного для широкого применения или дальнейшей переработки для обеспечения повторного использования в зависимости от назначения. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ обезвреживания и утилизации отходов, включающий прессование отходов под давлением, получение брикетов, отличающийся тем, что прессование отходов, имеющих влажность до 10%, производят в пресс-форме, в которую вначале укладывают слой способного уплотняться при нагревании полимерного материала, а поверх полимерного материала укладывают слой отходов, при этом значение величины давления прессования может быть изменяемым в зависимости от вида отходов и вида их дальнейшего использования, с учетом того, что минимальное значение величины давления прессования может быть равным 1 МПа, а максимальное значение может быть равным 20 МПа, в процессе прессования отходов получают брикеты, покрытые защитным слоем в виде полимерной пленки, образуемой при нагреве полимерного материала под воздействием на него давления прессования.

2. Способ обезвреживания и утилизации отходов по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного материала применяют полимерные и полимерсодержащие отходы.

3. Способ обезвреживания и утилизации отходов по п.1, отличающийся тем, что значение величины давления прессования находится в пределах от 1 до 20 МПа.