Способ сжигания отходов любого происхождения, содержащих токсичные вещества, и продукт обжига

 

Изобретение относится к способу сжигания отходов любого происхождения, содержащих токсичные вещества, и к продукту обжига. Способ предусматривает дробление и помол отходов любого происхождения до крупности менее 5 мм с последующим нагревом до температуры 750^oC - 1350^oC. В соответствии с изобретением после возможного добавления жидких отходов для получения пастообразной массы в последнюю вводят реагент в порошкообразной форме с размерами частиц менее 500 мкм на основе карбоната кальция, оксида кремния и в случае необходимости оксида алюминия и оксида железа с такими количествами, чтобы после сжигания указанные оксиды имели следующие соотношения: 2 с. и 2 з.п. ф-лы.

Настоящее изобретение относится к области переработки отходов путем сжигания. В частности, изобретение относится к сжиганию отходов и смесей отходов любых видов (твердых, грязеобразных, жидких), любой природы (городского, промышленного, больничного и т.д. происхождения), и которые могут представлять опасность для окружающей среды (токсичные, радиоактивные и т.д. отходы).

Известные способы сжигания промышленных отходов имеют в настоящее время определенное число недостатков. Среди последних особенно можно указать: ограниченность применения, т.к. печи для сжигания отходов обычно перерабатывают только определенные типы и определенные формы отходов; неудовлетворительное связывание продуктов сжигания, в частности галогенов, ангидридных газов, кислот, оксидов азота, а также тяжелых металлов; неудовлетворительное разложение таких стабильных продуктов как, например, хлорсодержащие органические соединения; быстрое разрушение огнеупорных стенок, обусловленное, в частности, присутствием расплавленных солей щелочных металлов; невысокая часовая производительность, учитывая трудности с удалением тепла; частая необходимость применять подачу воздуха, обогащенного кислородом.

Хотя использование печей для сжигания отходов в кипящем слое обеспечивают корректное разложение определенных отходов, однако необходимо, чтобы отходы были образованы тонкодисперсными частицами с однородной гранулометрией, и чтобы композиция содержала только небольшую долю легкоплавких продуктов, таких как, в частности, соли щелочных металлов. На практике мало отходов отвечают этим условиям, помимо, например, грязевых отходов, образующихся на станциях биологической очистки городских стоков. Однако в этом случае дымы из печей по сжиганию отходов содержат токсичные газы, такие как HCl, NO_x, SO₂, SO₃ и т.д. которые обрабатывают при помощи извести с образованием новых отходов.

Задача изобретения заключается в возможности переработки в одной и той же печи для сжигания разнообразных видов отходов различного происхождения и размеров, а также в различных состояниях (пастообразных, твердых, жидких), с одновременным снижением выбросов, загрязняющих веществ.

Другая сопутствующая первой задача изобретения состоит в ликвидации использования дорогостоящих добавок, таких как известь, портландцемент или аналогичные продукты, теплосодержание которых является значительным.

Эти задачи решаются с помощью способа согласно изобретению, в соответствии с которым после дробления и измельчения твердых отходов до размера частиц менее 5 мм с возможным последующим добавлением жидких отходов для получения пастообразной массы, осуществляют сжигание, добавляя к этой пасте реагент на основе карбоната кальция, содержащий оксид кремния, оксид алюминия и возможно оксид железа, и сжигание осуществляют при температуре 900 1100^oC.

Количество добавляемого реагента варьируется в зависимости от типов и природы отходов, подлежащих превращению в зону, но оно регулируется таким образом, что в конечном продукте обжига обеспечивалось следующее соотношение оксидов:
В качестве реагента в соответствии с изобретением можно указать в качестве примера: мергель, смеси известняка и глины с содержанием известняка не менее 70% смеси известняка и силикатных продуктов, силикатно-известняковые пески, сырцы для получения цементов и гидравлической извести, продукты промывания карьерных материалов и т.д.

Подобные реагенты обладают, в частности, тем преимуществом, что они не являются дорогостоящими и в ходе сгорания отходов приводят к сильно эндотермическим реакциям (обусловленным декарбонизацией известняка) в отличие от способов сжигания с использованием извести или цемента. Из этого следует, что сжигание осуществляют при существенно пониженных температурах и, следовательно, для данной печи при одном и том же капиталовложении можно сжигать намного больше отходов.

На практике, не ограничивая однако изобретение такой интерпретацией, указанный реагент, называемый здесь R₁, генерирует в ходе сжигания реагент R₂, содержащий в основном CaO (в результате декарбонизации CaCO₃), модифицированный в кристаллографическом плане диоксид кремния, оксид алюминия и возможно оксид железа (трехвалентного). Этот реагент R₂ связывает путем капсулирования загрязняющие элементы отходов, и, кроме того, в ходе превращения в золу он трансформируется в продукты R₃, которые могут содержать, например, метакаолин (CaO, SiO₂), диоксид кремния с активированной поверхностью, такие продукты, как (CaO)₄Al₂O₃SO₄, (CaO)₄Al₂O₃, Fe₃O₄, (CaO)₅(SiO₂)₂SO₄, (CaO)₁₂(Al₂O₃)₇X₂ (X галоген), хлорированный (CaO)₂SiO₂ (если отходы хлорируются), а также значительное число твердых растворов, которые улавливали металлы, среди которых тяжелые и токсичные металлы.

Как это известно, превращение в золу отходов приводит к 3 большим группам "полупродуктов", а именно шлакам, летучим золам (копоти) (ЛЗ) и отходам от очистки дымов (ООД).

В случае изобретения полученная часть шлаков является очень слабо выщелачиваемой благодаря использованию продуктов (R₁), богатых известняком и диоксидом кремния, можно избавиться от добавления другого реагента для получения нерастворимых и инертных твердых веществ. Достаточно лишь добавить немного воды или водных отходов. Тем самым указанным способом моно перерабатывать, если это необходимо, полученные отходы типа шлаков при помощи одного из методов, описанных для ЛЗ и ООД в заявках на французские патенты N 8903586 и 8903587 от 20 марта 1989 г.

В качестве примера осуществления способа по изобретению ниже описывается переработка одного типа отходов, известных как очень трудно поддающихся корректному превращению в золу, а именно промышленные отходы, содержащие хлорированные органические вещества.

Пример.

Применяют ротационную печь, снабженную устройством для дополнительного сгорания (пост-сгорания), но можно также использовать печь циклонного типа. Твердую фракцию отходов, подлежащих переработке, направляют в дробилку-измельчитель, затем на мельницу для получения частиц со средним размером менее примерно 5 мм. Затем прибавляют (в смеситель) жидкие отходы (грязь после обработки воды) так, чтобы получить пастообразную массу, затем добавляют тонко измельченный реагент R₁ с размерами частиц менее 200 микрон. Этот реагент R₁, составленный известняком и глиной, имеет следующий состав: 77,1% CaCO₃; 13,9% SiO₂; 2,6% Al₂O₃; 2,3% Fe₂O₃; остаток состоит в основном из оксидов щелочных металлов. Отходы перерабатывают со скоростью 3 тонны в час при следующих соотношениях компонентов и внутренней теплоте сгорания (ВТС):
Измельченная твердая фракция 1140 кг/час 4000 кДж/кг
Жидкости с высокой ВТС 990 кг/час 8500 кДж/кг
Жидкости с низкой ВТС 270 кг/час 1500 кДж/кг
Хлорсодержащие продукты 450 кг/час 1000 кДж/кг
Порошкообразный реагент R₁ 300 кг/час 500 кДж/кг
Отходы вводят в печь через одну или несколько горелок предпочтительно коаксиального типа, причем особая горелка, кроме того, может использоваться для хлорсодержащих отходов, например, типа пиралена. Температура пламени составляет порядка 1000^oС и обычно составляет примерно между 750^oC и 1350^oC.

В получаемых конечных продуктах отмечено, что дымы имеют значительно более низкое содержание по Cl₂, SO₂, SO₃ и т.д. чем дымы, полученные при обычной переработке отходов при помощи извести или цемента. Содержание HCl было ниже 100 мг/нм³. Композиция содержит в основном описанные выше продукты типа R₃ и небольшие количества R₁ и R₂.

С целью превращения этих отходов в нерастворимый и компактный материал их обрабатывают небольшим количеством воды или водосодержащим продуктом согласно известной методике.

Например, прибавляют к 150 частям (весовым) R₃ 20 частей ООД, получающихся в классических печах по сжиганию бытовых отходов, затем энергично смешивают со 100 частями смеси пастообразных промышленных отходов (в качестве источника воды), имеющей химическую потребность в кислороде (ХПК) 9000 мг/л, рН 7 и следующее содержание металлов, таких как Рb 0,5 ppm; Cu 90; Cd 2; Zn 3; Fe 0,4 и Al 20 (количества в ppm частей на миллион). Получают отверждение менее чем за один час. Спустя 10 дней твердый материал был подвергнут эксперименту по перколяции (выщелачиванию) в соответствии со стандартом Д1N 38414. Были получены следующие результаты: ХПК 200 мг/л; Pb 0,2; Cu 0,1; Cl 0,1; Zn 0,1; Fe 0,1; Al менее 0,5 (все количества выражены в ppm).

Отмечено, что конечный продукт типа R₃, полученный по окончании превращения в золу и в случае необходимости после камеры пост-сгорания состоит частично из тонкодисперсных частиц (ЛЗ, ООД) и частично из расплавленного некристаллизуемого шлака вследствие быстрого охлаждения на выходе из печи, играющего роль закалки. Этот шлак имеет гидравлические пуццолановые свойства и, следовательно, быстро поглощает воду.

Способ в соответствии с изобретением может быть осуществлен в любом существующем типе печи по сжиганию отходов без модификации конструкции.

Формула изобретения

1. Способ сжигания отходов любого происхождения, содержащих токсические вещества, в том числе соединение галогенов, включающий измельчение отходов до размера частиц менее 5 мм, добавление жидких отходов до получения пастообразной массы и последующий ее нагрев до температуры сжигания, отличающийся тем, что в пастообразную массу дополнительно вводят реагент на основе карбоната кальция, содержащий оксид кремния, оксид алюминия и, возможно, оксид железа, в количестве, обеспечивающем в продукте обжига соотношение оксидов CaO (SiO₂+ Al₂O₃ + Fe₂O₃) более 0,45 и сжигание осуществляют при 900 1100^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве реагента используют мергель, или смесь известняка и глины с содержанием известняка не менее 70% или смесь известняка и кварцевого песка.

3. Продукт обжига от сжигания отходов любого происхождения, содержащих токсичные вещества, в том числе соединения галогенов, включающий клинкерные минералы в виде твердых растворов, отличающийся тем, что он содержит клинкерные минералы в виде сульфоалюмината кальция состава (CaO)₄·Al₂O₃·SO₄, ферроалюмината кальция состава (CaO)₄·Al₂O₃ ·Fe₃O₄, а также минералы состава (CaO)₅· (SiO₂)₂·SO₄ и (CaO)₁₂(Al₂O₃)₇·X, где Х галоген, и дополнительно метакаолин и диоксид кремния, и получен путем измельчения указанных отходов до размера частиц 5 мм, добавления жидких отходов и реагента на основе карбоната кальция, содержащего оксид кремния, оксид алюминия и, возможно, оксид железа в количестве, обеспечивающем в продукте обжига соотношение оксидов CaO (SiO₂+ Al₂O₃ + Fe₂O₃) более 0,45 до получения пастообразной массы и последующего ее нагрева до температуры сжигания 900 1100^oС.

4. Продукт по п.3, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хлорированный двухкальциевый силикат.