Способ обезвреживания твердых отходов

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для обезвреживания твердых бытовых и промышленных, в том числе строительных, отходов. Технический результат изобретения - создание эффективного способа обезвреживания твердых отходов, в том числе содержащих органические вещества, агрессивные, химически неуравновешенные соединения, а также упрощение и удешевление процесса обезвреживания твердых отходов, уменьшение его трудоемкости. В способе обезвреживания твердых отходов, включающем их измельчение и обработку в смесителе, в который также подают раствор вяжущего, в качестве вяжущего используют водную пасту, содержащую в соотношении 1: 1-2 с водой следующие компоненты, мас.%: дисперсные алюмосиликаты 40-75, портландцемент 5-25, известь негашеную молотую 5-15, гипс полуводный или фосфогипс 5-15, хлорид щелочноземельного металла 1-2, хлорид железа 0,2-1, а обработанную в смесителе массу нагревают и уплотняют, пропуская ее через экструдер. В смеситель дополнительно могут подавать активный ил в соотношении 0,2-0,5: 1 к общей массе сухих компонентов водной пасты. Измельчение отходов осуществляют до уровня содержания частиц с размерами свыше 10-15 мм не более 10% от общей массы измельчаемых отходов. После экструзии полученную массу расфасовывают в герметичную тару, в качестве которой можно использовать полиэтиленовые мешки. 4 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для обезвреживания твердых бытовых и промышленных, в том числе строительных, отходов.

Известен способ обезвреживания твердых отходов, заключающийся в нанесении на поверхность отходов защитного слоя частично воздухопроницаемой твердеющей пены на основе карбамидной смолы; защитный слой наносят путем последовательной заливки поверхности отходов несгораемой или трудносгораемой твердеющей пеной, каждая последующая заливка осуществляется после отвердения материала предыдущей заливки, см. RU 2014164, В 09 В 1/00.

Данный способ является весьма дорогостоящим из-за высокой стоимости твердеющей пены на основе синтетической смолы и сложности ее приготовления в пеногенераторе; при этом необходимы дорогостоящие пенообразователи и специальная кислая среда, обеспечивающая полимеризацию карбамидной смолы. Кроме того, следует указать, что достаточно надежная герметизация отходов с помощью твердеющей пены невозможна, так как микроорганизмы, изолированные от кислорода воздуха, переходят из режима аэробного развития в анаэробный режим. В результате этого происходит выделение и накопление газов, которые впоследствии неизбежно разрушат пенный слой.

Также известен способ обезвреживания твердых отходов, состоящий в том, что мусор, раздробленный до нужного гранулометрического состояния, смешивают с раствором вяжущего до необходимой консистенции и приготовленную таким способом мусоробетонную смесь укладывают в подготовленные формы для последующего отверждения и получения из нее мусоробетонных брикетов, используемых в качестве сердечников, обладающих малой объемной массой и низкой теплопроводностью, при производстве искусственных строительных двухкомпозитных камней, см. RU 2080991, В 28 В 23/00, 19.01.1993.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.

Данный способ можно считать в определенной мере оправданным лишь в случае, если отходы химически нейтральны и стерильны. Однако на практике такие отходы не встречаются. Отходы всегда содержат разлагающиеся органические вещества и агрессивные химически неуравновешенные соединения. Органические вещества, будучи изолированными бетонной смесью от кислорода воздуха, подвержены процессам биоферментации в анаэробном режиме. Образующиеся при этом газы, а также протекающие при этом процессы редукции оксидов обусловливают разрушение структуры мусоробетонных брикетов. Неорганические агрессивные загрязнителя также разрушающе действуют на бетонную массу. Кроме того, данный способ является технологически трудоемким и сложным, поскольку предусматривает множество вспомогательных технологических операций: изготовление бетонной формы, установку брикета в форму с центровкой его относительно бортов формы, заливка в форму бетонной смеси. Последняя операция на практике крайне затруднительна, поскольку для равномерного распределения раствора в пазухах формы потребуется специальное вибрационное оборудование. При этом придется обеспечить жесткую фиксацию взаимного расположения сердечника и формы, что в условиях вибрации практически недостижимо.

Следует также отметить, что данная технология требует большого расхода цемента, песка, пластификаторов раствора, которые являются дорогостоящими материалами.

Мусор в способе-прототипе не выполняет в должной мере роль заполнителя, поскольку при его макропористости 60-70% основной объем будет заполнен бетонной смесью. Необходимо также подчеркнуть, что любой раствор, содержащий песок и гидратное вяжущее, имеет капиллярно-пористую структуру и не может быть надежным изолятором, поскольку материал с такой структурой является водопроницаемым, что обусловливает вынос через него тяжелых металлов и других экотоксикантов в окружающую среду.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания способа обезвреживания твердых отходов, который был бы эффективен и в том случае, если отходы содержат органические вещества, а также агрессивные, химически неуравновешенные соединения. Кроме того, решается задача упрощения и удешевления процесса обезвреживания, уменьшение его трудоемкости.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в способе обезвреживания твердых отходов, включающем их измельчение и обработку в смесителе, в который также подают раствор вяжущего, в качестве вяжущего используют водную пасту, содержащую в соотношении 1:1-2 с водой следующие компоненты, мас.%: Дисперсные алюмосиликаты - 40-75 Портландцемент - 5-25 Известь негашеную молотую - 5-15 Гипс полуводный или фосфогипс - 5-15 Хлорид щелочноземельного металла - 1-2 Хлорид железа - 0,2-1 а обработанную в смесителе массу нагревают и уплотняют, пропуская ее через экструдер; в смеситель дополнительно подают активный ил в соотношении 0,2-0,5: 1 к общей массе сухих компонентов водной пасты; измельчение отходов осуществляют до уровня содержания частиц с размерами свыше 10-15 мм не более 10% от общей массы измельчаемых отходов; после экструзии полученную массу расфасовывают в герметичную тару, в качестве герметичной тары могут быть использованы полиэтиленовые мешки.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Реализация заявленных отличительных признаков изобретения обусловливает появление у объекта принципиально важных новых свойств.

Если в способе-прототипе бетонная смесь, по мнению его авторов, должна выполнять функцию конструкционного изолирующего материала, то в заявленном способе предложенная композиция обезвреживающе воздействует на обрабатываемые отходы; при этом происходит уничтожение микрофлоры, что предотвращает процесс биоферментации отходов, а агрессивные, химически неуравновешенные вещества (кислоты, щелочи, соли, в том числе тяжелых металлов, поглощаются минеральной матрицей, формирующейся в результате щелочного гидролиза дисперсных алюмосиликатов.

В итоге твердые отходы не просто механически изолируются, а участвуют в формировании каркаса синтезируемой монолитной водо- и газонепроницаемой структуры, что обусловлено образованием алюмосиликатных золь-гелевых фаз, в то время как брикеты, образуемые согласно способу-прототипу, имеют, как указано выше, водо- и газопроницаемую капиллярно-пористую структуру.

Указанные обстоятельства, по мнению заявителя, свидетельствуют о соответствии заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Технологический цикл поясняется схемой, приведенной на чертеже.

Отходы поступают в блок 1 приемки и сортировки, где производится извлечение и сортировка утилизируемых компонентов: металлов, пластмасс, бумаги, картона, стекла, ветоши. Сортировка в блоке 1 в конкретном примере обеспечивается с помощью цепного козырькового конвейера, осуществляющего подачу отходов в грохот, который предназначен для отделения мелких фракций, и далее посредством сортировочного конвейера с платформой для отбора утилизируемых компонентов, цепного конвейера для подачи неутилизируемой дисперсной части отходов в измельчитель 2, конвейера для подачи утилизируемых компонентов к прессам с последующей упаковкой, сепаратора для отделения металла, упаковочного пресса (AL 50) для металла, упаковочного пресса (LP80VH2) для бумаги, пластмассы, ветоши и т.п.

Утилизируемые компоненты поступают на рекуперацию, а неутилизируемая масса: пищевые отходы, минеральные составляющие, мелкие фракции указанных выше утилизируемых компонентов, не выделенные в процессе сортировки, строительный, промышленный и бытовой мусор, различные органические отходы растительного и животного происхождения и т.д. поступают в измельчитель 2, в конкретном примере, ножевой роторный с встроенной молотковой секцией доизмельчения. Измельчение отходов осуществляют до уровня содержания частиц с размерами свыше 10-15 мм не более 10% от общей массы измельчаемых отходов. Разделение измельчаемой массы на фракции производится на виброситах типа СМК 32д.

Измельченная масса поступает в смеситель 3, в конкретном примере, двухвальный, непрерывного действия типа СМК 126. Блок 4 приготовления пасты также представляет собой смеситель принудительного действия. В него поступают минеральные компоненты и вода в соотношении от 1:1 до 1-2. В дозирующий блок 5 бункерного типа поступает подготовленная в блоке 4 водная паста и активный ил. Из блока 5 необходимое количество пасты и ила поступает вместе с измельченной массой отходов в смеситель 3.

В смесителе 3 происходит обезвреживание измельченной массы отходов в результате гомогенизации всех поступивших в смеситель компонентов. При этом осуществляется процесс щелочного гидролиза всевозможных загрязнителей, органических и минеральных, содержащихся в измельченных отходах; загрязнители (тяжелые металлы, патогенная микрофлора, токсичные углеводороды и т.д.) совмещаются с золь-гелевой фазой минеральной алюмосиликатной матрицы; загрязнители образуют всевозможные экологически безопасные комплексные соединения, лишающие загрязнители миграционной способности и токсического действия. Из смесителя 3 обработанная масса поступает в экструдер 6.

Экструдер 6, шнековый агрегатный типа СМК 482А, имеет цилиндрический корпус с размещенным в нем шнеком. Выходная часть экструдера представляет собой конический конфузор с насадками различного выходного сечения. Обработанная масса подается шнеком в конфузор, при этом дополнительно перемешивается и нагревается в процессе уплотнения до заданной плотности. Полученный уплотненный материал представляет собой ленту, которую затем нарезают на отдельные брикеты заданных размеров. Брикеты расфасовывают в полиэтиленовые мешки в блоке 7 упаковки брикетов. Расфасованные брикеты приобретают требуемую прочность через 5-7 дней, после чего могут быть использованы в качестве строительного материала при сооружении оснований различных конструкций или могут быть уложены в тело техногенного массива.

Оборудование, используемое для реализации заявленного способа, может быть размещено стационарно в заводских условиях или установлено на нескольких передвижных платформах, которые образуют единый мобильный технологический комплекс.

Реализация способа иллюстрируется следующими ниже примерами. Во всех примерах обезвреживанию подвергались твердые отходы Южной свалки вблизи Волхонского шоссе на территории Ленинградской области. Применялась описанная выше технология при различных соотношениях компонентов.

Пример 1. Водная паста содержала следующие компоненты, мас.%, в соотношении с водой 1:2: Дисперсные алюмосиликаты - 75 Портландцемент - 5
Известь негашеную молотую - 10
Гипс полуводный - 8
Хлорид кальция - 1,5
Хлорид железа - 0,5
Пример 2. Водная паста содержала следующие компоненты, мас.%, в соотношении с водой 1:1,5:
Дисперсные алюмосиликаты - 70
Портландцемент - 5
Известь негашеную молотую - 15
Фосфогипс - 8,8
Хлорид магния - 1
Хлорид железа - 0,2
В смеситель дополнительно подавали активный ил в соотношении 0,25:1 к общей массе указанных выше сухих компонентов водной пасты.

Пример 3. Водная паста содержала следующие компоненты, мас.%, в соотношении с водой 1:1:
Дисперсные алюмосиликаты - 47
Портландцемент - 25
Известь негашеную молотую - 10
Фосфогипс - 15
Хлорид кальция - 2
Хлорид железа - 1
В смеситель дополнительно подавали активный ил в соотношении 0,5:1 к общей массе указанных выше сухих компонентов водной пасты.

Результаты реализации способа согласно примерам 1, 2, 3 приведены соответственно в табл. 1, 2, 3.

Для реализации способа использованы доступные химические реагенты и обычное оборудование, что обусловливает соответствие изобретения критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Способ обезвреживания твердых отходов, включающий их измельчение и обработку в смесителе, в который также подают раствор вяжущего, отличающийся тем, что в качестве вяжущего используют водную пасту, содержащую в соотношении 1: 1-2 с водой следующие компоненты, мас. %:
Дисперсные алюмосиликаты - 40-75
Портландцемент - 5-25
Известь негашеную молотую - 5-15
Гипс полуводный или фосфогипс - 5-15
Хлорид щелочноземельного металла - 1-2
Хлорид железа - 0,2-1
а обработанную в смесителе массу нагревают и уплотняют, пропуская ее через экструдер.

2. Способ обезвреживания твердых отходов по п. 1, отличающийся тем, что в смеситель дополнительно подают активный ил в соотношении 0,2-0,5: 1 к общей массе сухих компонентов водной пасты.

3. Способ обезвреживания твердых отходов по п. 1 или 2, отличающийся тем, что измельчение отходов осуществляют до уровня содержания частиц с размерами свыше 10-15 мм не более 10% от общей массы измельчаемых отходов.

4. Способ обезвреживания твердых отходов по любому из пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что после экструзии полученную массу расфасовывают в герметичную тару.

5. Способ обезвреживания твердых отходов по п. 4, отличающийся тем, что в качестве герметичной тары используют полиэтиленовые мешки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4