СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ФИЛЬТРАТА ПОЛИГОНА ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ И ЗОЛЫ
METHOD TO RECYCLE FILTRATE OF SOLID DOMESTIC WASTE AND ASH LANDFILL

Изобретение относится к области обезвреживания отходов и их утилизации и может быть использовано при производстве строительных материалов.
В настоящее время переработка твердых бытовых отходов (ТБО) осуществляется различными способами, например, существуют 1) мусоросортировочные предприятия, позволяющие выделять из сухих отходов продукты, которые можно использовать для последующей переработки (полиэтилен, пластик, цветные и черные металлы, гофрокартон, бумага и т.д.), 2) различные варианты мусоросжигающих заводов, 3) захоронения ТБО на полигонах.
Просачивание дождевой и талой воды в местах захоронения твердых отходов через их слой приводит к экстрагированию химических веществ, входящих в состав отходов или образующихся при их разложении. В настоящее время жидкие стоки концентрируют, что приводит к образованию фильтрата с высоким содержанием растворимых азото- и фосфорсодержащих соединений аэробного разложения отходов (табл.1) и тяжелых металлов (табл.2). Состав фильтрата исключает его сброс, а его накопление ограничено значительным объемом, а также химической и биологической активностью примесей.
С другой стороны, проблемой является утилизация различных видов золы, включая золу, образующуюся при сжигании твердых бытовых отходов, и золу-унос сжигания топлива тепловых станций. Отмеченные виды золы представляют собой высокодисперсные частицы близкого химического состава (табл.3).
Из уровня техники известны различные способы очистки фильтрата полигона ТБО и утилизации золы.
2
4
Из RU 2400437 C1, кл. C02F 9/06, 27.09.2010, известен способ очистки фильтрата полигона твердых бытовых отходов, включающий стадии усреднения фильтрата, щелочной обработки фильтрата известью с последующей реагентной нормализацией pH фильтрата с помощью водных отработанных травильных растворов металлообрабатывающих предприятий, содержащих FeCl или FeSO, с концентрацией 17-25 мас.% при удельном расходе 1,0-5,0 миллиграмм на 1 литр фильтрата, барботаж фильтрата, отдувку аммиака и биогенных соединений и электрофлотокоагуляцию фильтрата, после которой очищенный фильтрат направляют в пруд-испаритель.
Из RU 2325240 C2, кл. B09B 1/00, 27.05.2008, известен способ сбора, очистки и отвода фильтрата и биогаза на полигоне твердых бытовых и промышленных отходов, который включает сооружение многослойного противофильтрационного экрана с дренажным прослоем, сбор, очистку и отвод фильтрата. На поверхности нижнего водоупорного слоя экрана размещают слой отходов, поверх которого укладывают дренажный прослой с расположенными в нем дренами и верхний фильтрующий слой экрана с проницаемостью, обеспечивающей пропуск среднегодового слоя фильтрата при напорах 2-2,5 м, на который укладывают отходы. Сбор и очистку фильтрата осуществляют в двух накопительных емкостях, образованных в поровом пространстве слоев отходов, расположенных выше и ниже верхнего слоя экрана. Накапливающийся в нижнем слое отходов фильтрат и биогаз отводят через дрены в дренажном прослое. Дрены в дренажном прослое оборудуют компенсаторами угловых и линейных перемещений.
2
2
3
2
Из RU 2294905 C2, кл. C04B 20/04, 10.03.2007, известен способ утилизации золы, при котором смешивают 40-60 мас.% золы, 10-20 мас.% компонента на основе оксида кремния состава SiO - 50-75%, AlO - 5-30%, NaO - 5-20%, CaO - 1-10%, 20-40 мас.% кислотного компонента, из полученной смеси формируют гранулы, опудривают их дисперсным огнеупорным материалом, подсушивают и проводят термообработку гранул в две стадии: в течение 10-30 мин при температуре 400-600°С и в течение 1-20 мин при температуре 870-950°С. Полученные нетоксичные гранулы могут быть захоронены без ущерба для окружающей среды или использованы в качестве заполнителя для строительных материалов.
Известные способы утилизации сложны и не предусматривают одновременную утилизацию фильтрата ТБО и золы.
Задачей заявленного изобретения является повышение экологической безопасности за счет одновременной утилизации фильтрата ТБО и золы и получение устойчивого к внешним воздействиям экологически безопасного продукта.
Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения, заключается упрощении процесса утилизации и снижении загрязнения окружающей среды.
Для достижения заявленного технического результата предлагается способ утилизации фильтрата полигона твердых бытовых отходов и золы, заключающийся в том, что смешивают фильтрат и золу, при этом на 100 массовых частей фильтрата вводят более 150 массовых частей золы, а затем после окончания газовыделения связывают их составом для капсулирования, включающим цемент в количестве 50-100 массовых частей и дополнительно песок в количестве 3-30 массовых частей на 100 массовых частей фильтрата.
В состав для капсулирования может быть дополнительно включена гуминовая кислота в количестве 15-30 массовых частей на 100 массовых частей фильтрата.
В качестве золы используют золу сжигания твердых отходов или золу-унос сжигания топлива.
Предпочтительное содержание золы от 180 до 250 массовых частей.
При капсулировании может быть использован цемент марки М-200.
Для решения поставленной задачи производят комплексную переработку образующегося на месте захоронения твердых отходов фильтрата и золы различного происхождения, включая золу сжигания твердых бытовых отходов и золу-унос сжигания топлива тепловых станций. Для исключения недостатков существующих способов переработки фильтрата предлагается способ, связанный с его обработкой золой. Снижение содержание растворимых примесей фильтрата достигается при его смешении с золой. Состав частиц золы обеспечивает протекание на их поверхности химических реакций нейтрализации входящих в состав фильтрата азото- и фосфорсодержащих продуктов аэробного разложения отходов. Высокая пористость частиц золы приводит к сорбции растворимых продуктов реакции нейтрализации и других растворимых примесей фильтрата. Очищенный фильтрат и частицы золы, содержащие сорбированные различные примеси фильтрата, обрабатывают цементом и песком с получением бетона. Вымывание из частиц золы сорбированных тяжелых металлов исключили введением в состав бетона гуминовой кислоты. Способ переработки фильтрата и золы обеспечивает получение монолита для захоронения или материала строительного назначения.
Химический состав золы обеспечивает протекание реакция нейтрализации азото- и фосфорсодержащих соединений фильтрата. Продуктом нейтрализации азотосодержащих соединений является летучий аммиак и растворимые соединения. Химические примеси на поверхности частиц золы играют роль катализатора, что обеспечивает высокую скорость реакция нейтрализации азото- и фосфорсодержащих соединений фильтрата. Растворимые продукта реакции разложения азото- и фосфорсодержащих соединений и присутствующие в фильтрате растворимые примеси различной химической природы, которые не участвуют в реакции нейтрализации, адсорбируются высокопористыми частицами золы.
Очищенный фильтрат и частицы золы, содержащие сорбированные продукты реакции нейтрализации и растворимые примеси фильтрата, обрабатываются смесью цемента и песка, что обеспечивает их капсулирование бетоном. При этом достигается получение порошка или монолитного образования, которые складируются или используются при строительстве дорог и других сооружений. Исключение экстрагирования из частиц золы тяжелых металлов при действии на бетон воды достигается введением в состав бетона гуминовой кислоты, которая сорбируется на поверхности частиц золы с образованием монолитного покрытия, исключающего диффузию тяжелых металлов из объема частиц.
Заявленный способ поясняется приведенными ниже примерами. При этом примеры 1-3 не включают операцию капсулирования.
Пример 1.
В 100 мас. частей фильтрата вводилось 150 мас. частей золы сжигания твердых бытовых отходов. Определение состава выделяющихся газов показало, что процесс смешения сопровождается интенсивным образованием аммиака. Аммиак собирали в отдельном сосуде, заполненном водой, и определяли его содержание согласно требованию ГОСТ 29237-91. Определение содержания аммиака. Титрометрический метод. Установлено 82% снижение содержание азота в фильтрате. Содержание фосфорсодержащих соединений в фильтрате выполняли по ГОСТ Р 51023-97. Группа У29. Методы определения фосфорсодержащих соединений. Было установлено 68% снижение таких соединений в обработанном фильтрате. Образуется осадок из частиц золы сжигания твердых бытовых отходов, насыщенных растворимыми продуктами реакции нейтрализации и растворимыми примесями фильтрата. Частицы имеют низкую способность удерживать в своем объеме поглощенные вещества.
Пример 2.
В отличие от примера 1 использовали золу-унос сжигания топлива тепловых станций. Получено 87% снижение содержания в фильтрате азотосодержащих соединений и 92% снижение содержания фосфорсодержащих соединений. Образуется осадок из частиц золы-уноса сжигания топлива тепловых станций, насыщенных растворимыми продуктами нейтрализации и растворимыми примесями фильтрата. Частицы имеют низкую способность удерживать в своем объеме поглощенные вещества.
Пример 3.
В 100 мас. частей фильтрата вводилось 170 мас. частей золы сжигания твердых бытовых отходов или золы-уноса сжигания топлива тепловых станций. При таком отношении компонентов достигается 100% уменьшение содержания азотосодержащих и фосфорсодержащих соединений. Образуется осадок из частиц золы сжигания твердых бытовых отходов или золы-уноса сжигания тепловых станций, насыщенных растворимыми продуктами нейтрализации и растворимыми примесями фильтрата. Частицы имеют низкую способность удерживать в своем объеме поглощенные вещества.
Пример 4.
То же, что в примерах 1-3, но после окончания выделения газообразных продуктов добавляли цемент марки М-200. Содержание цемента 25 мас. частей на 100 мас. частей фильтрата. Наблюдение - выпадение осадка в виде порошка. Введение цемента приводит к формированию оболочки цемента на поверхности частиц золы сжигания бытовых отходов или золы-уноса сжигания топлива тепловых станций, насыщенных продуктами нейтрализации и примесями фильтрации. Формирование оболочки цемента на поверхности частиц приводит к капсулированию поглощенных веществ. Образуется порошок, который используется при строительстве дорог и сооружений, отсыпки откосов дорог и мест захоронения промышленных и бытовых отходов.
Пример 5.
То же, что в примерах 1-3, но для обработки фильтрата и золы использовали смесь цемента марки М-200 и песка в пропорции на 100 мас. частей цемента 50 мас. частей песка. Формируется монолит, в объеме которого находятся частицы золы сжигания твердых бытовых отходов или золы-уноса сжигания топлива тепловых станций, насыщенных продуктами нейтрализации и примесями фильтрата. Капсулирование частиц золы сжигания или золы-уноса исключает выделение поглощенных веществ. Монолит используется для засыпки рвов, отсыпки откосов дорог.
Пример 6.
То же, что в примерах 1-3, но для обработки фильтрата и частиц золы использовали смесь цемента марки М-200 и гуминовую кислоту в количестве 17 мас. частей на 100 мас. частей фильтрата. Формируется монолит, в объеме которого находятся частицы золы сжигания твердых бытовых отходов или золы-уноса сжигания топлива тепловых станций, насыщенных продуктами нейтрализации и примесями фильтрата. Степень капсулирования частиц золы или частиц золы-уноса подтверждается следующим экспериментом. Полученный монолит, монолит без использования гуминовой кислоты и частицы золы после их смешения с фильтратом согласно примерам 1-3 подвергли действию кипящей воды в течение 3 месяцев. Для золы различного происхождения наблюдалась 100% экстрагирование тяжелых металлов. Для монолита без использования гуминовой кислоты экстрагирование составило 72%. При использовании в составе бетона гуминовой кислоты исключили экстрагирование тяжелых металлов.
Таблица 1
Основные компоненты фильтрата
№
Вещества
Количество, мг/л
1
Азот аммонийный
5250
2
Аммоний-ион
6760
3
Азот общий
5250
4
Кальций
412
5
Магний
521
6
Фосфат-ион
204
Таблица 2
Содержание тяжелых металлов в фильтрате
№
Вещества
Количество, мг/л
1
Ванадий
173,4
2
Железо
17,4
3
Кадмий
3,77
4
Кобальт
29,2
5
Марганец
405,5
6
Медь
35,9
7
Мышьяк
38,4
8
Свинец
51,0
9
Сурьма
18,9
10
Хром
69,3
11
Цинк
415,0
12
Стронций
172,8
13
Олово
4,3
14
Селен
1,1
Таблица 3
Характеристики золы сжигания БТО и золы-уноса
Наименование показателя
Единица измерения
Значение
Внешний вид
Пылеобразная масса
Насыпная плотность
г/куб. см
1,1-1,2
Влажность
%
1,14
рН
12,2