СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОЧВОГРУНТА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF REMOVING CONTAMINANTS FROM SOIL AND APPARATUS THEREFOR

Изобретение предназначено для комплексной очистки почвогрунтов, загрязненных ртутью (амальгамой) или/и радионуклидами. Изобретение обеспечивает разделение почвогрунтов на чистые грубо- и среднедисперсные (песковые) фракции, а также тонкодисперсные фракции, содержащие водонерастворимые формы ртути или/и радионуклидов, а также выделение металлической ртути или ее амальгамы.
Техногенные аварии различного характера, вывод из эксплуатации и демонтаж объектов ядерного топливного цикла и других отраслей промышленности привели к появлению территорий, почвогрунты которых оказались загрязнены тяжелыми металлами, в частности радионуклидами и ртутью. Попадая в окружающую среду, радионуклиды, участвуют в процессах миграции, оказывая длительное негативное влияние на экосистемы. Почвогрунты, загрязненные металлической ртутью, представляют не меньшую опасность: токсичность паров, высокая вероятность их конвективного переноса и, как следствие, последующее осаждение и распространение загрязнения на прилегающие и удаленные территории. В связи с этим очевидна необходимость разработки надежных высокоэффективных методов очистки почвогрунтов и последующей рекультивации загрязненных территорий.
Известен патент РФ №2160165 «Поточная линия переработки металлоносных песков с гравитационным концентратором» МПК В03В 9/00, С22В 11/10, опубл. 10.12.2000, для обогащения труднообогатимых золотосодержащих руд и россыпей с попутным выделением металлической ртути.
Поточная линия переработки металлоносных песков включает дезинтегрирующий классификатор, устройство первичного обогащения, гравитационный концентратор, накопители, насосную систему, концентратор, устройство для возгонки ртути в замкнутом цикле, устройство для плавки золота с абсорбером. Накопитель первичной стадии обогащения снабжен кассетами амальгамации и устройством переустановки кассет. Насосная система обеспечивает возможностью подачи тяжелых минералов первичной стадии обогащения после их амальгамации в распределитель потоков пульпы гравитационного концентратора, выполненного с многорадиусной в несколько рядов потокообразующей поверхностью с рифлями, со смещением потоков на выходе в шахматном порядке, снабженного магнитами, установленными до участка смещения потоков на выходе, накопителем минеральных включений, сорбировавших ртуть, и накопителем магнитной фракции, имеющим кассеты амальгамации с автоматическим устройством управления кассетами.
Недостатки изобретения - предложенный способ и устройство не позволяют производить чистку почвогрунтов от тяжелых металлов, таких как радионуклиды и ртуть.
Известен мобильный комплекс для переработки и утилизации техногенных отходов предприятий по получению драгоценных металлов, углеобогатительных фабрик (хвостов, шламохранилищ) и т.п., которые наряду с драгоценными металлами могут содержать радионуклиды, ртуть (амальгаму) и другие тяжелые металлы (Горная промышленность, 2009, №4, С. 42-49), включающий следующие операции:
- выделение крупнокусковой фракции (больше 50 мм);
- выделение фракции размером от 2 до 50 мм и приготовление пульпы из оставшейся части материала путем смешения его с оборотной водой;
- дезинтеграция почвенных агрегатов, диспергирование пульпы;
- гидроклассификация пульпы с получением тонкодисперсной фракции и песковых фракций, представляющих смесь минералов, драгоценных металлов, металлической ртути, в том числе амальгамы, а также других тяжелых металлов;
- концентрированно песковых фракций и выделение из них драгоценных металлов, металлической ртути, в том числе амальгамы, и других тяжелых металлов;
- отстаивание, флокуляция и сгущение тонкодисперсной фракции, полученной на стадиях гидроклассификации и концентрирования путем добавления флокулянта;
- очистка оборотной воды от механических взвесей и растворимых форм тяжелых металлов.
Полученную в результате переработки сгущенную тонкодисперсную фракцию направляют в отвал. Выделенные на стадии очистки оборотной воды загрязняющие вещества направляют на хранение и утилизацию РАО или токсических веществ.
Недостатки изобретения:
- выделение металлической ртути (амальгамы) проводится после гидроклассификации пульпы, что может приводить к попаданию их в чистые фракции;
- применение химических реагентов для сгущения тонкодисперсной фракции увеличивает объем промывных вод и, соответственно, материальные затраты;
- способ непригоден для очистки почвогрунтов вследствие значительных различий их минералогического и гранулометрического составов от составов отходов обогатительных производств.
Наиболее близкими по технической сущности и результату, достигаемому при его использовании, являются способ и установка очистки радиоактивно загрязненных грунтов (Атомная энергия, 2007, т. 103, вып. 6, с. 381-387), включающий следующие операции:
- отбор почвогрунтов с загрязненной территории;
- выделение фракции больше 100 мм;
- дезинтеграция (разрушение) почвенных агрегатов и приготовление пульпы;
- выделение фракции от 3 до 100 мм и фракции меньше 3 мм;
- гидроклассификация (водно-гравитационная сепарация) пульпы на песковую и тонкодисперсную фракции с размером частиц больше 0,1 мм и меньше 0,1 мм соответственно;
- флокуляция с участием химических реагентов, сгущение, обезвоживание тонкодисперсной фракции;
- очистка оборотной воды;
- захоронение обезвоженной тонкодисперсной фракции, содержащей радионуклиды.
Песковая и крупнокусковые (больше 3 мм) фракции могут быть возвращены на место отбора почвогрунтов.
Установка выполнена в виде модулей:
- модуль дезинтеграции, обеспечивающий выделение фракции больше 100 мм, разрушение почвенных агрегатов, приготовление пульпы, выделение фракции от 3 до 100 мм и фракции меньше 3 мм;
- модуль гидроклассификации, обеспечивающий разделение пульпы на песковую и тонкодисперсную фракции с размером частиц больше 0,1 мм и меньше 0,1 мм соответственно;
- модуль сгущения, обеспечивающий сгущение тонкодисперсной фракции за счет добавления к ней соответствующего реагента;
- модуль обезвоживания (по тексту прототипа - фильтрации), обеспечивающий удаление излишней влаги из тонкодисперсной фракции фильтр-прессом;
- модуль очистки оборотной воды, обеспечивающий выделение из последней тонкодисперсных органо-минеральных взвесей, и радионуклидов.
Недостатками изобретения являются:
- применение химических реагентов для сгущения тонкодисперсной фракции увеличивает объем промывных вод и, соответственно, материальные затраты;
- попадание в песковую фракцию ртути в виде мелких капель при очистке ртутьсодержащих почвогрунтов.
Технический эффект предлагаемого изобретения заключается в:
- создании и реализации малоотходной безреагентной технологии очистки почвогрунтов от ртути, ее водонерастворимых форм, амальгамы или/и радионуклидов в едином технологическом процессе без переналадки оборудования;
- сокращении объема фракций почвогрунтов, подлежащих захоронению или утилизации;
- возможности возвращения чистых фракций в хозяйственный оборот;
- минимизации количества вторичных отходов за счет организации непрерывного замкнутого цикла работы установки;
- повышении эффективности очистки почвогрунтов за счет выделения из них металлической ртути (амальгамы) на начальном этапе переработки, а также концентрировании водонерастворимых форм ртути в тонкодисперсной фракции;
- создании экологически безопасной технологии, исключающей попадание ртути и ее соединений в чистые фракции, шламоотстойники, отвалы и т.п. и, соответственно, в окружающую среду;
- возможности использовать выделенную металлическую ртуть и амальгаму в качестве сырья для получения товарного продукта.
Для этого предложен способ очистки почвогрунта от загрязнений, включающий приготовление пульпы путем перемешивания почвогрунта с водой, выделение фракции с размером фрагментов более 100 мм и фракции с размером фрагментов более 10 мм, дезинтеграцию почвенных агрегатов, гидроклассификацию пульпы на песковую и тонкодисперсную фракции с выделением песковой фракции, сгущение и обезвоживание тонкодисперсной фракции с последующим ее захоронением и очистку оборотной воды, при этом приготавливают пульпу путем перемешивания загрязненного почвогрунта с водой на месте отбора почвогрунта с отделением фракции с размером фрагментов более 100 мм, после отделения фракции с размером фрагментов более 10 мм в процессе дезинтеграции, проводят дополнительное сгущение пульпы, при этом на стадии выделения фракции с размером фрагментов более 10 мм выделяют растительные остатки, а сгущение и обезвоживание тонкодисперсной фракции проводят в одну стадию путем ее концентрирования.
Кроме того:
- при дополнительном сгущении пульпы выделяют металлическую ртуть и амальгамы;
- захоронению подвергают тонкодисперсную фракцию, содержащую водорастворимые формы ртути и/или радионуклиды.
Также для достижения указанных результатов предложена установка для очистки почвогрунта от загрязнений, состоящая из объединенных в единый технологический процесс модулей дезинтеграции, гидроклассификации, обезвоживания тонкодисперсной фракции, очистки оборотной воды, при этом установка дополнительно содержит модуль приготовления пульпы с функцией отделения фракции с размером фрагментов более 100 мм и модуль сгущения, расположенный перед модулем гидроклассификации, модуль дезинтеграции дополнительно оснащен средством отделения растительных остатков, а модуль обезвоживания тонкодисперсной фракции выполнен в виде концентратора.
Кроме того, модуль сгущения снабжен средством отвода металлической ртути и амальгамы,
а концентратор снабжен средством отвода тонкодисперсной фракции, содержащей водорастворимые формы ртути и/или радионуклиды.
На фигуре приведена принципиальная схема установки очистки почвогрунтов для случая очистки смешанных загрязнений, включающая
1 - модуль приготовления пульпы,
2 - модуль дезинтеграции,
3 - модуль сгущения,
4 - модуль гидроклассификации,
5 - модуль обезвоживания,
6 - модуль очистки оборотной воды.
Установка представляет собой соединенные по ходу технологического процесса модули 1-6, связанные между собой трубопроводами с установленными на них запорно-регулирующей и контрольно-измерительной аппаратурой, насосами (на рисунке не показаны).
Установка работает следующим образом.
Загрязненный почвогрунт смешивают с водой и выделяют крупнокусковые фракции (>100 мм): строительный мусор, кирпичи, бетон и т.п. на месте отбора почвогрунта в модуле приготовления пульпы 1. Крупнокусковые фракции (>100 мм) оставляют на месте отбора почвогрунта.
Далее пульпу подают в модуль дезинтеграции 2, где выделяют фракции больше 10 мм и растительные остатки, например, с помощью скруббер-бутары. Выделенные фракции направляют в отвал. В модуле также проводят диспергирование пульпы путем ее интенсивного перемешивания.
Далее пульпа поступает в модуль сгущения 3. При очистке почвогрунтов с ртутным или смешанным загрязнением (ртуть и радионуклиды) модуль может быть выполнен, например, в виде концентратора и снабжен средством отвода металлической ртути (амальгамы). Выделенную металлическую ртуть и амальгаму собирают в герметичные емкости и отправляют на переработку. При очистке почвогрунтов, загрязненных радионуклидами, в модуле 3 проводят сгущение пульпы.
Пульпу из модуля 3 подают в модуль гидроклассификации 4, где ее разделяют на песковую фракцию и тонкодисперсную фракцию, обогащенную водонерастворимыми формами ртути или/и радионуклидов. Модуль гидроклассификации 4 может быть выполнен, например, в виде механического классификатора (спирального, центробежного и т.п.). Песковую фракцию направляют в отвал, а тонкодисперсную - в модуль обезвоживания 5, выполненный в виде концентратора. Обезвоженную тонкодисперсную фракцию, загрязненную водонерастворимыми формами ртути или/и радионуклидов, собирают в герметичные емкости и направляют на утилизацию, а осветленную оборотную воду - в модуль очистки оборотной воды 6. Очищенную оборотную воду возвращают в цикл.
Пример 1 (по схеме прототипа)
Загрязненный почвогрунт с влажностью 12,5% и концентрацией ртути 300 мг/кг был собран и отправлен к месту очистки.
Ртутьсодержащий почвогрунт (1000 кг) загружают в модуль дезинтеграции, перемешивают с водой, после чего из пульпы выделяют последовательно фракции больше 100 мм и больше 10 мм. Содержание ртути в выделенных фракциях не превышает 2,1 мг/кг - ПДК для почв. Далее пульпу подают в модуль гидроклассификации, где разделяют на песковую фракцию (>0,04 мм) и тонкодисперсную фракцию (0,04 мм). Тонкодисперсную фракцию с концентрацией ртути ~450 мг/кг после обезвоживания собирают в герметичные емкости для последующей отправки на утилизацию. Песковую фракцию с концентрацией ртути ~360 мг/кг направляют на повторную очистку.
В ходе очистки ртутьсодержащего почвогрунта выделяют фракции (содержание воды - 12,5% масс.):
крупнокусковые (>10 мм и >100 мм)
10,5% масс.
песковую (>0,04 мм)
52% масс.
тонкодисперсную (<0,04 мм)
25% масс.
Согласно результатам очистки почвогрунтов по схеме прототипа песковая фракция, содержание которой наибольшее, подлежит повторной очистке из-за высокого содержания в ней ртути. Следует отметить, что процесс разделения пульпы не позволяет выделять растительные остатки.
Пример 2
Загрязненный почвогрунт (1000 кг), описанный в примере 1, на месте отбора смешивают с водой и выделяют фракции больше 100 мм в модуле приготовления пульпы 1. Далее пульпу подают в модуль дезинтеграции 2. Здесь выделяют фракцию больше 10 мм. Содержание ртути во фракциях с размером элементов больше 10 и больше 100 мм - не превышает 2,1 мг/кг. В модуле дезинтеграции 2 выделяют также растительные остатки с концентрацией ртути не более 2,1 мг/кг. Далее пульпа из модуля дезинтеграции поступает в модуль сгущения 3, где пульпу сгущают и выделяют из нее металлическую ртуть (амальгаму). Количество выделенной ртути в этом модуле составляет ~220 г. Далее сгущенную пульпу разделяют на песковую фракцию с размером частиц больше 0,04 мм и тонкодисперсную фракцию с размером частиц меньше 0,04 мм в модуле гидроклассификации 4. Концентрация ртути в песковой фракции, направляемой в отвал, не превышает 2,1 мг/кг. Тонкодисперсную фракцию с содержанием ртути в 300 мг/кг обезвоживают в модуле 5, затаривают в герметичные емкости и отправляют на утилизацию. Воду направляют в модуль очистки оборотной воды 6 и возвращают в цикл.
В результате очистки ртутьсодержащего почвогрунта выделяют фракции:
крупнокусковые (>10 мм и >100 мм)
9% масс.
растительные остатки
1,5% масс.
песковую (>0,04 мм)
52% масс.
тонкодисперсную (<0,04 мм)
25% масс.
Концентрация ртути в оборотной воде, циркулирующей в схеме, не превышает значений ПДК для водных объектов хозяйственно-питьевого водопользования (0,0005 мг/л).
Пример 3
уд
137
Очищают почвогрунт (1000 кг) с удельной активностью (А) по Cs 8,0 кБк/кг, влажностью - 14%. В модуле приготовления пульпы 1 почвогрунт смешивают с водой и выделяют фракцию больше 100 мм, которую оставляют на месте отбора почвогрунта. Приготовленную пульпу подают в модуль дезинтеграции 2 для выделения фракции больше 10 мм, растительных остатков, диспергирования. Далее пульпа поступает в модуль сгущения 3. Сгущенную пульпу очищают аналогично примеру 2. По результатам очистки выделяют фракции:
крупнокусковые (>10 мм и >100 мм)
7% масс.
растительные остатки
1% масс.
песковую (>0,04 мм)
58% масс.
тонкодисперсную (<0,04 мм)
20% масс.
Удельная активность крупнокусковых фракций составляет 0,12 кБк/кг, растительных остатков - 0,1 кБк/кг, песковой фракции - 0,87 кБк/кг. Тонкодисперсную фракцию с удельной активностью ~37,4 кБк/кг направляют на утилизацию.
Пример 4
уд
137
Очищают почвогрунт (1000 кг), загрязненный радионуклидами и ртутью (смешанное загрязнение). Влажность почвогрунта составляет 12,5%, концентрация ртути - 300 мг/кг, удельная активность (А) по Cs 3,0 кБк/кг. После приготовления пульпы и отделения фракции больше 100 мм пульпу подают в модуль дезинтеграции. Пульпу очищают аналогично примеру 2. В результате очистки выделяют фракции:
крупнокусковые (>10 мм и >100 мм)
9% масс.
растительные остатки
1,5% масс.
песковую (>0,04 мм)
52% масс.
тонкодисперсную (<0,04 мм)
25% масс.
уд
Содержание ртути в крупнокусковых, песковой фракциях, а также в растительных остатках не превышает 2,1 мг/кг. Удельная активность крупнокусковых фракций - 0,16 кБк/кг; растительных остатков - 0,1 кБк/кг; песковой фракции - 0,3 кБк/кг. Количество ртути в модуле сгущения составляет ~220 г. В глинистой фракции концентрация ртути составляет 300 мг/кг, а удельная активность А ~11,3 кБк/кг.
Содержание ртути и радионуклидов в оборотной воде, циркулирующей в установке, не превышает нормативных значений.
Заявляемое изобретение за счет определенной последовательности операций и компоновки блоков позволит без перенастройки технологического процесса выделять ртуть (амальгамы), или радионуклиды, или смешанное загрязнение (ртуть и радионуклиды) из почвогрунтов. Изобретение позволяет выделить чистые фракции (песковые, крупнокусковые) и растительные остатки, которые могут быть возвращены в хозяйственный оборот. При этом наиболее загрязненная тонкодисперсная фракция подлежит утилизации. Выделение элементной ртути (амальгаму) из почвогрунтов с ртутным или смешанным загрязнением в модуле сгущения позволяет избежать попадания металла в песковые фракции и, соответственно, в окружающую среду.