Способ утилизации промышленных отходов

 

Изобретение относится к утилизации промышленных отходов (ПО), которые после обезвреживания используют при возведении различных сооружений. ПО в пределах емкости разделяют на твердую фазу и жидкую фазу с последующим их обезвреживанием. Разделение ПО на твердую и жидкую фазы и обезвреживание до 40% жидкой фазы осуществляют послойным вымораживанием с образованием ледяного блока (ЛБ) и выделением рассола. Емкость выполняют с возможностью поворота, при этом ПО помещают в емкость при отрицательной температуре наружного воздуха не выше -5^oС. На днище емкости поддерживают температуру не ниже +0,1^oС, причем после осаждения твердой фазы, образования ЛБ и выделения рассола при повороте емкости в одну сторону производят сброс ЛБ, а при повороте в противоположную сторону - слив рассола. Оставшуюся в емкости твердую фазу собирают, обезвреживают и при необходимости отверждают в процессе последующей термической обработки. Для отверждения твердой фазы в ПО вводят органические вещества (ОВ) свыше 7% от массы и производят вторичную термическую обработку смеси. В качестве ОВ используют, например, нефтезагрязненные грунты, органические отходы в виде кубовых остатков, донный ил, сапропель, гудрон или битум. Изобретение позволяет осуществлять утилизацию (захоронение или повторное использование) жидких и твердых промышленных отходов в соответствии с санитарно-гигиеническими и экологическими требованиями, снизить затраты на подготовку, обезвреживание или повторное использование отходов при возведении различных сооружений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к утилизации промышленных отходов и может быть использовано для снижения затрат при их обезвреживании, ликвидации или повторном использовании, технической рекультивации нефтезагрязненных земель.

Известен способ утилизации промышленных отходов, который с целью обеспечения экологической безопасности, сокращения объемов захоронения на полигоне предусматривает частичное обезвоживание, обезвреживание и сжигание отходов при температуре около 1000^oС (СНиП 2.01.28-85. Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов. Основные положения по проектированию. Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. - 16 с.).

Практическая реализация данного способа выявила следующие недостатки: - для разделения отходов на твердую и жидкую фазы применяются фильтры и центрифуги, которые в ходе эксплуатации требуют значительных затрат на энергообеспечение, их очистку и капремонт; - необходимость проведения химического обезвреживания больших объемов жидкой фазы отходов до показателей, приемлемых для сброса на рельеф местности; - значительные энергозатраты на сжигание твердой фазы отходов, применение фильтров для очистки выделяемых в процессе сжигания газов и улавливания твердых частиц.

Близким к заявляемому решению является способ изготовления строительных изделий (RU 2081082 С1, кл. 6 С 04 В 26/10), по которому промышленные отходы (кубовые остатки химических производств) с суммарным содержанием смоляных и жирных кислот в количестве не менее 20% от массы кубовых остатков нагревают, перемешивают с наполнителем, формуют и подвергают термической обработке.

Однако и этот способ имеет ряд существенных недостатков - значительные затраты на удаление воды из отходов и наполнителя, введение органических вяжущих, перемешивание и нагрев смеси.

Наиболее близким к заявляемому решению относится способ возведения ледяного сооружения (SU 1635621 А1, кл. 5 Е 02 В 17/00), в котором рассол из морской воды при возведении объекта удаляется за счет промораживания при отрицательных температурах воздуха слоев жидкости толщиной 0,05-0,2 м и создания блоков льда в пределах 25-40% от исходной толщины наливаемых слоев. Выделяющийся при этом рассол удаляют из зоны льдообразования и замещают морской водой.

Недостатком способа являются затраты на устройство опалубки по периметру всей площади, отводимой под устройство ледяного сооружения, а также на удаление рассола и заполнение образовавшейся при этом полости водой.

Целью изобретения является снижение затрат при подготовке промышленных отходов к утилизации и повторном использовании твердой фазы отходов.

Сущность заявляемого решения заключается в послойном вымораживании и разделении промышленного отхода на твердую и жидкую фазы при одновременном (частичном, до 40%) обезвреживании жидкой фазы. Нейтрализацию оставшейся твердой фазы отходов производят в процессе последующей термической обработки. Для повторного использования в обезвреженную твердую фазу отходов при необходимости вводят органические вещества свыше 7% от массы смеси, осуществляют вторичную термическую обработку смеси и после охлаждения получают отвержденный материал.

Заявляемым способом целесообразно осуществлять обезвреживание или повторное использование следующих видов промышленных отходов: - вновь образующиеся промышленные отходы, в том числе содержащие смоляные, жирные кислоты; - шламы из резервуаров, емкостей, трубопроводов, предназначенных для сбора, хранения, транспортировки, переработки нефти, нефтепродуктов и других веществ; - загрязненные грунты из зон утечек и разливов нефти, нефтепродуктов и других веществ.

Промышленные отходы характеризуются наличием жидкой и твердой фазы, которые, как правило, обладают токсичностью ко всем компонентам окружающей среды и согласно нормативным требованиям подлежат утилизации, включающей сбор, очистку (обезвреживание), ликвидацию или повторное использование обезвреженных отходов.

Реализация заявляемого способа утилизации промышленных отходов с учетом снижения затрат на обезвреживание и повторное использование заключается в следующем.

В зимние периоды года (при отрицательной температуре наружного воздуха не выше минус 5^oС) промышленный отход помещают в специальную емкость (1, см. чертеж). На днище (2) емкости (1) поддерживают температуру не ниже 0,1^oС. Под воздействием гравитационных сил в емкости (1) происходит осаждение твердой фазы отходов (3), а в верхней ее части под воздействием отрицательной температуры наружного воздуха проходит образование ледяного блока (4). При этом из жидкой фазы выделяется и отторгается от фронта льдообразования рассол (5). Особенности процесса послойного вымораживания заключаются в том, что при температуре ниже температуры замерзания из жидкой фазы отходов выделяются кристаллы опресненного льда, а твердая фаза и рассол, содержащие различные химические элементы, отторгаются от зоны кристаллообразования. В результате происходит одновременное разделение промышленных отходов на жидкую (ледяной блок 4), твердую (3) фазы и рассол (5), а также обезвреживание ледяного блока (4) от механических и химических загрязняющих веществ. При промерзании до 40% жидкой фазы отходов процесс вымораживания прекращают, поскольку в условиях повышенной минерализации в оставшейся части жидкости развивается процесс обратного засоления (загрязнения) опресненного льда. Сброс ледяного блока (4) на рельеф местности осуществляют за счет вращения емкости (1) вокруг оси (6), а слив рассола (5) в дополнительные емкости производят поворотом емкости (1) в противоположную сторону. Из них рассол (5) после обезвреживания известными способами также удаляется на рельеф местности. Оставшуюся в емкости (1) твердую фазу (3) собирают, обезвреживают, а в случаях необходимости отверждают или повторно используют в строительных целях.

Частичное обезвреживание твердой фазы промышленных отходов производят в процессе первичной термической обработки при температурах от 100^oС до температуры их воспламенения. При наличии в твердой фазе отходов органических веществ менее 7% от массы после обработки получают смесь, подлежащую захоронению (ликвидации) на специально оборудованном полигоне. Эти смеси не могут быть повторно использованы в строительных целях (возведение дорог, отсыпок, гидроизоляционных экранов и т.п.).

Для повторного использования или отверждения отходов в обезвоженную, частично обезвреженную твердую фазу (3) при необходимости вводят органические вещества до содержания свыше 7% от массы смеси. При этом в органических веществах содержание жирных смол и кислот, являющихся активными вяжущими компонентами, должно быть не менее 20 мас.%. В качестве органических веществ можно использовать нефтезагрязненные грунты, органические отходы (кубовые остатки), добавки органических соединений природного происхождения (донный ил - сапропель) или товарные органические соединения (гудрон, битум).

Отверждение твердой фазы отходов, содержащих органические вещества свыше 7% от массы, происходит после вторичной термической обработки при температурах, близких к температуре их воспламенения. С минимальными затратами их ликвидируют или повторно используют, например, при: - устройстве гидроизоляционных слоев на полигонах для захоронения промышленных отходов; - строительстве временных дорог и автомобильных дорог местного значения; - возведении насыпей и укреплении откосов земляных сооружений из пылеватых грунтов и др.

Практическая реализация данного технического решения обезвреживания и утилизации промышленных отходов была осуществлена на нефтегазовом месторождении "Южная-Хальчейю" в Ненецком автономном округе.

В ходе разработки и эксплуатации указанного месторождения накапливались значительные объемы промышленных отходов (буровые растворы и нефтесодержащие воды, отработанные масла и т.д.), которые подлежали утилизации (обезвреживанию и захоронению или повторному использованию). Для сбора отходов в зонах бурящихся и законченных скважин устраивались временные площадки (амбары-накопители). Окончательное захоронение отходов со скважин производилось на центральном полигоне. Анализ физикохимических характеристик загрязненных отходов, поступающих в амбары-накопители, приведен в табл. 1.

Отходы с этими показателями относились к средней степени загрязненности и подлежали разделению на фазы, очистке и ликвидации. Обезвреживание и повторное использование очищенных буровых отходов по данному способу были осуществлены следующим образом.

В установке (см. чертеж), размещенной на центральном полигоне, в ноябре-декабре 1998 года осуществляли разделение буровых отходов в процессе вымораживания на жидкую (ледяной блок 4), твердую (3) фазы и рассол (5), а также удаление из льда (4) механических и химических примесей. По физико-химическим показателям лед (4), в основном, соответствовал экологическим требованиям к сбросу сточных промышленных вод (см. табл.2) и поэтому сбрасывался на рельеф местности, прилегающей к установке. Рассол (5) из емкости (1) сливался в дополнительные емкости, где известными способами производилась его химическая обработка до показателей, приемлемых для сброса на рельеф местности. Оставшаяся, частично обводненная твердая фаза (3) отходов из емкости (1) направлялась на термическую обработку в асфальто-бетонную установку серийного изготовления.

При наличии в твердой фазе (3) отходов нефти и нефтепродуктов порядка 3-4 мас.% (соответственном содержании в нефти смоляных и жирных кислот 10-12 мас. %) в процессе термической обработки в пределах от 100^oС до температуры воспламенения отходов получали обезвоженную и частично обезвреженную смесь, которая после охлаждения превращалась в слабо отвержденный (комковатый) материал, пригодный для захоронения (ликвидации) на центральном полигоне.

Для повторного использования в частично обезвреженную твердую фазу (3) буровых отходов добавляли нефтезагрязненные грунты, взятые на месторождении в зонах утечек и разливов углеводородов. Грунты содержали до 60% нефти от массы. После их перемешивания с твердой фазой буровых отходов получали смесь с содержанием нефти порядка 8 мас.% (при наличии смоляных и жирных кислот более 20% от массы нефти). Смесь подвергали вторичной термической обработке при температурах 150-180^oС и получали после ее уплотнения и охлаждения отвержденный материал с показателями прочности при сжатии 1,8-2,5, изгибе 0,5-0,8 МПа и низкой степенью водонасыщения, порядка 1,6-2,3% от массы материала. Эта смесь была успешно использована при устройстве гидроизоляционного покрытия толщиной 0,15 м на днище, стенках и кровле заглубленного на 2,4 м котлована (центрального полигона), предназначенного для захоронения отходов в количестве 12 тыс. тонн. Результаты наблюдений за двухлетней эксплуатацией гидроизоляционного покрытия на полигоне подтвердили соблюдение требований СНиП 2.01.28-85, предъявляемых к объектам захоронения отходов.

Реализация предлагаемого способа на Южно-Хальчейюском месторождении позволила: повторно использовать нефтезагрязненные грунты и твердую фазу отходов при строительстве центрального полигона; снизить затраты на обезвреживание жидких и захоронение твердых промышленных отходов; снизить объемы технической рекультивации нефтезагрязненных грунтов.

Формула изобретения

1. Способ утилизации промышленных отходов, включающий разделение их в пределах емкости на твердую и жидкую фазы и обезвреживание, при этом разделение и обезвреживание до 40% жидкой фазы осуществляют послойным вымораживанием с образованием ледяного блока и выделением рассола, отличающийся тем, что емкость выполняют с возможностью поворота, при этом промышленные отходы помещают в емкость при отрицательной температуре наружного воздуха не выше - 5°С, на днище емкости поддерживают температуру не ниже +0,1°С, причем после осаждения твердой фазы отходов под воздействием гравитационных сил, образования ледяного блока под воздействием отрицательной температуры наружного воздуха и выделения рассола при повороте емкости в одну сторону производят сброс ледяного блока, а при повороте емкости в противоположную сторону - слив рассола, оставшуюся в емкости твердую фазу собирают, обезвреживают и при необходимости отверждают в процессе последующей термической обработки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в твердую фазу отходов вводят органические вещества свыше 7% от массы и осуществляют вторичную термическую обработку смеси, при этом в качестве органических веществ используют, например, нефтезагрязненные грунты, органические отходы в виде кубовых остатков, донный ил, сапропель, гудрон или битум.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3