СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ШЛАМОВ
METHOD OF PREPARING SLIMES

Предполагаемое изобретение относится к технологическим процессам и может быть использовано для обработки отстоя сточных вод, преимущественно промышленных предприятий и очистных сооружений населенных пунктов.
В ходе очистки сточных вод, например - использующих жиры производств, углеводородное сырье и материалы, образуется отстой (далее по тексту - шлам). Шлам складируют и хранят в специальных хранилищах. Хранилища часто переполняются, бывают изношены и создают экологическую угрозу. Переработка и обезвреживание шламов осложнены ввиду их специфического состава, а именно - одновременного высокого содержания воды, минеральных частиц и токсичных компонентов, например - углеводородов. Структура шламов, в сочетании с их составом, высоким уровнем их загрязнения и токсичности, в большинстве случаев исключает возможность их непосредственного обезвреживания.
Известен способ очистки нефтешлама от нефти и нефтепродуктов [1]. По способу шлам подвергают двухстадийной биологической обработке. Первоначально шлам разбавляют опилками, укладывают в водонепроницаемой емкости послойно с песком и почвой, вносят удобрения, белковый стимулятор и биопрепарат, содержащий микроорганизмы-деструкторы. Во время процесса обезвреживания шлам рыхлят, поливают водой и продувают воздухом. Атмосферу от загрязнения летучими компонентами шлама при этом защищают путем укрытия шлама полиэтиленовой пленкой. На втором этапе частично обезвреженную смесь доочищают, выращивания на шламе растения-фитомелиоранты.
Недостатками способа [1] являются сложность осуществления, существенная продолжительность (минимально - два сезона) процесса, высокая стоимость работ. Недостатки обусловлены необходимостью предварительного разбавления шлама опилками, сложностью системы полива шлама, укрытого пленкой, сохранения целостности пленочного покрытия, энергозатратами на продувку шлама воздухом, а также затратами на приобретение и транспортировку почвы, песка, биопрепарата и белкового стимулятора. Кроме того, воздух, продуваемый через шлам, уносит летучие компоненты шлама, накапливается под пленкой и неочищенным поступает в атмосферу, загрязняя ее летучими компонентами шлама.
Известен способ биоремедиации почв и грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами [2]. По [2] до стадии биологической переработки проводят подготовку шлама путем разбавления (шлама) незагрязненной почвой и органическим разрыхлителем, например - древесной щепой. Далее подготовленный шлам перерабатывают, используя культуру разлагающих компоненты шлама микроорганизмов-деструкторов и растения.
Недостатками способа [2] являются сложность его осуществления, обусловленная необходимостью выполнения работ по транспортировке почвы и органического разрыхлителя, разбавления шлама почвой и разрыхлителем, приготовления используемой культуры микроорганизмов. Выполняемые работы характеризуются низкой производительностью труда и высокой стоимостью. Кроме того, при применении способа происходит загрязнение атмосферы летучими компонентами шлама из-за открытого размещения шлама.
Наиболее близким по существу к предполагаемому изобретению является способ переработки шламов очистных сооружений нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств [3]. По способу подготовку шлама к биологическому обезвреживанию осуществляют за счет его (шлама) подсушивания. Частично обезвоженный шлам смешивают с почвой, скошенной травой и выдерживают до готовности к биологическому обезвреживанию. Затем обезвреживание шлама продолжают путем выращивания на шламе растений-фитомелиорантов и их последующего запахивания.
Недостатком способа [3] является загрязнение атмосферы летучими компонентами шлама вследствие их (компонентов) испарения при открытом размещении, рыхлении и переработке шлама. Это наносит ущерб окружающей природной среде и здоровью людей, поскольку для летучих компонентов шлама характерна высокая токсичность, мутагенность и канцерогенность [4]. Кроме того, разбавление (более чем 6 кратное) шлама почвой и скошенной травой сопровождается затратами труда и средств на приобретение и транспортировку почвы, осуществление смешивания. Другим недостатком способа является необходимость предварительного подсушивания шлама. Шлам представляет собой стойкую водно-углеводородную эмульсию, хорошо удерживает воду от испарения и подсыхает за весьма продолжительное время. Это снижает результативность обезвреживания. Процесс осуществляется с применением ручного труда и характеризуется низкой производительностью.
Целью предполагаемого изобретения является повышение качества обезвреживания шлама, повышение производительности труда при удешевлении работ и снижении ущерба окружающей природной среде.
Цели достигают тем, что шлам распределяют на прочном водонепроницаемом основании при температуре окружающей среды ниже точки замерзания шлама. Прочностью основания обеспечивают возможность использования технических средств при манипуляциях со шламом. Распределенный шлам выдерживают до полного замораживания, его поверхность укрывают слоем растительных отходов, выдерживают шлам до оттаивания и достаточного изменения его структуры, вносят удобрения поверх слоя растительных отходов, перемешивают шлам с удобрениями и растительными отходами, укрывавшими шлам. Полученную смесь повторно укрывают слоем растительных отходов, выдерживают до приемлемого уровня контрольного параметра, например - токсичности, вторично перемешивают смесь с укрывавшим слоем растительных отходов и при необходимости продолжают ее переработку. Способ применяют для подготовки шлама к биологической переработке. Способ применяют для подготовки шлама к термическому обезвреживанию. Способ применяют для подготовки шлама к экстракции его компонентов. Способ применяют для подготовки шлама к дальнейшему хранению. Способ применяют для подготовки шлама как сырья для изготовления строительных материалов, например - дорожных покрытий.
Способ осуществляют, например, следующим путем.
Пусть для дальнейшей биологической переработки необходимо подготовить шлам, извлеченный из шламового накопителя очистного сооружения химического производства. Шлам характеризуется неоднородным по объему и высоким уровнем загрязнения органическими компонентами, например - до 600 г/кг в расчете на сухое вещество. Органические компоненты шлама представлены углеводородами, содержание хлороформ-экстрагируемых токсичных веществ - до 500 г/кг. Влажность шлама до 90%, специфическое состояние - вязкая масса.
Шлам, например - складированный в накопителе под открытым небом, извлекают (например - экскаватором) при температуре окружающей среды ниже точки замерзания шлама, например - поздней осенью, и перемещают к месту обработки - открытой прочной водонепроницаемой площадке с уклоном, оборудованной дренажной системой. В качестве площадки используют, например, бетонированное дно свободного шламового накопителя. Извлеченный шлам при температуре окружающей среды ниже точки замерзания шлама, например - поздней осенью, распределяют на площадке, например - слоем толщиной 0,4 м. Под открытым небом шлам выдерживают до замораживания. После промораживания всего слоя шлама его поверхность укрывают растительными отходами, например - древесными опилками слоем толщиной 0,1 м и оставляют на площадке на весь период года (сезон) с отрицательными температурами природной среды. После наступления периода года (сезона) с положительными температурами шлам выдерживают до оттаивания. При этом отводят снеговую и поступающую из масс шлама воду, перекачивают ее (воду) в систему очистки сточных вод предприятия. Оттаявший шлам выдерживают, например - до 80 суток, до достаточного изменения его состава и структуры, определяемых лабораторными анализами и зависимых от свойств конкретного шлама. Затем в шлам вносят удобрения, например - азотные и фосфорные, перемешивают шлам с удобрениями и слоем растительных отходов, укрывавших шлам. Полученную после перемешивания смесь повторно укрывают растительными отходами, например - древесными опилками слоем 0,1 м. Затем выдерживают смесь шлама с растительными отходами и удобрениями, поливами поддерживая ее влажность, например - на уровне не менее 30%, до готовности для дальнейших манипуляций, например - биологической доочистки. Лабораторными анализами проб отслеживают во времени снижение контролируемого параметра, например - токсичности, до допустимых пределов. Тип и допустимый уровень контролируемого параметра определяют, исходя из требований дальнейшей обработки, например - жизнестойкостью растений, используемых в дальнейшем для обезвреживания шлама. По достижении приемлемой токсичности шламовую смесь перемешивают с укрывающим слоем растительных отходов, завершая процесс подготовки шлама по предлагаемому способу, например - для дальнейшей переработки.
Повышения (по сравнению с аналогами и прототипом) качества подготовки шлама к обезвреживанию, повышения производительности труда, удешевления работ достигают за счет использования особенностей процессов промораживания с последующим оттаиванием, происходящих без затрат энергии, путем использования климатических факторов. Особенностью процессов промораживания с последующим оттаиванием является существенно повышенная (по сравнению с прототипом) интенсивность обезвоживания шлама. Укрытие шлама слоем растительных отходов, поглощающих летучие компоненты шлама, проведение манипуляций со шламом на открытой площадке при температурах ниже точки его замерзания существенно уменьшают выделение токсичных летучих компонентов шлама в атмосферу. В итоге снижают ущерб окружающей природной среде.
Приведенным примером осуществление способа не ограничивается. Способ с учетом специфики производства применяют также для подготовки шламов водно-химического хозяйства тепловых электростанций, предприятий нефтедобычи, нефтепереработки, нефтехимии, органического синтеза, черной и цветной металлургии, расположенных в климатических поясах с перемежающимися посезонно отрицательными и положительными температурами окружающей среды.
Способ применяют для подготовки шлама к биологической переработке, обеспечивая ускоренное снижение влажности и токсичности шлама. Способ применяют для подготовки шлама к термическому обезвреживанию, обеспечивая снижение влажности шлама до пределов горючести. При этом достигают уменьшения энергоемкости процесса и расхода топлива на огневое обезвреживание. Способ применяют для подготовки шлама к экстракции его компонентов, обеспечивая снижение его влажности и расхода реагентов, используемых для экстракции. Способ применяют для подготовки шлама к дальнейшему хранению, обеспечивая снижение его объема, влажности и риска миграции загрязнений. Способ применяют для подготовки шлама как сырья для изготовления строительных материалов, например - используемых в качестве покрытия автомобильных дорог, обеспечивая утилизацию и нейтрализацию шламов.
Предполагаемое изобретение соответствует критериям патентоспособности «новизна», так как по сравнению с прототипом оно обладает рядом существенных отличительных признаков.
Изобретение имеет «изобретательский уровень», так как в аналогичных технических решениях отсутствует стадия подготовки шлама к переработке, основанная на использовании явлений, сопровождающих промораживание с последующим оттаиванием, при дренировании массы шлама. Такое воздействие обеспечивает разрушение шлама, его разделение на фазы и снижение его влажности. Вследствие этого происходит формирование из шлама почвоподобной структуры с высокой пористостью, через поры обеспечивающей поступление воздуха в шлам. Это способствует активизации жизнедеятельности микрофлоры шлама, которая разрушает загрязнения и снижает токсичность шлама.
Предлагаемый способ позволяет обезвредить шламы, освободить шламовые хранилища от содержимого, улучшить состояние окружающей природной среды.
Источники информации
1. Патент РФ "Способ очистки нефтешлама от нефти и нефтепродуктов". RU №2332362, 7МПК C02F 3/34, C12S 1/00, C12N 1/26, приоритет от 15.02.2005. Бюл. 24, 2008.
2. Патент РФ "Способ биоремедиации почв и грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами". RU №2193464, 7МПК В09С 1/10, C12N 1/26. C12N 1/26, C12R1:01, приоритет от 14.11.2001. Описание изобретения.
3. Патент РФ "Способ переработки шламов очистных сооружений нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств". RU №2329200, 7МПК C02F 11/00, В09В 3/00, В09С 1/00, приоритет от 06.05.2006. Бюл. 20, 2008.
4. Ramzi F. Hejazi, Tahir Husain, Faisal I. Khan / Landfarming operation of oily sludge in arid region-human health risk assessment // Joumal of Hazardous Materials, Vol.99, Number 3, pp.287-302, 2003.