Материал для рекультивации полигонов твердых бытовых отходов и карьеров
Владельцы патента RU 2536062:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к области охраны окружающей среды. Материал для рекультивации полигонов твердых бытовых отходов и карьеров содержит природный грунт и промышленные отходы. В качестве промышленных отходов он содержит конечный шлак, образующийся при производстве феррованадия алюминосиликотермическим способом, при массовом отношении природного грунта к промышленным отходам, равном 1:1. Изобретение обеспечивает расширение арсенала технических средств. 2 ил.,1 табл.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для рекультивации полигонов твердых бытовых отходов и карьеров.
Известен состав для рекультивации нарушенных земель, содержащий, мас.%: торф - 20-50, глауконитовый песок - 22-68, фосфоритную руду - 8-16, диктионемовый сланец - 4-16 (авт. свид. СССР №1247388, опубл. 30.07.86).
Недостатком известного состава является повышенный расход качественного песка и торфа - 72-88% (по массе), а также введение дорогостоящих и дефицитных добавок - фосфоритной руды и диктионемового сланца.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению по технической сущности является материал для рекультивации карьеров, состоящий из смеси природного грунта, в виде вскрышных пород от горного дела, включающий слой почвы и горных пород, и отходы от цементного производства - пыли электрофильтров, или производства лимонной кислоты - цитрогипса (патент RU №2479721 от 20.04.13). Данный материал принят в качестве прототипа.
Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, - природный грунт, промышленные отходы.
Недостатком известного материала, принятого за прототип, является сложность технологии получения рекультивационного материала.
Задачей изобретения является получение материала, позволяющего рекультивировать полигоны ТБО и карьеры, с минимальным использованием природных материалов при упрощении технологии, расширение сырьевых ресурсов.
Поставленная задача решается за счет того, что известный материал, содержащий природный грунт и промышленные отходы, в качестве промышленных отходов содержит конечный шлак, образующийся при производстве феррованадия алюминосиликотермическим способом, при массовом отношении природного грунта к промышленным отходам, равном 1:1.
Отличительными признаками заявляемого материала от материала по прототипу является использование в качестве промышленных отходов конечного шлака, образующегося при производстве феррованадия алюминосиликотермическим способом; массовое отношение природного грунта к промышленным отходам составляет 1 к 1.
Конечный шлак, образующийся при производстве феррованадия алюминосиликотермическим способом, представляет собой мелкодисперсный порошок.
Гранулометрический состав конечного шлака: фракции не более 2 мм - 95,0%, крупностью до 300 мм - не более 5,0%, наличие влаги - не более 10,0%.
Имеет цвет от белого, голубоватого, оливкового до серого.
Содержание феррованадия, ферросилиция в металлической форме не более 1% по массе. Укрупненный химический состав представлен в таблице.
| Химический состав шлака | ||||
| Массовая доля оксидов, %, не более | ||||
| SiO2 | Аl2O3 | MgO | CaO | V2O5 |
| 35,0 | 15,0 | 9,0 | 65,0 | 1,0 |
Основными составляющими минералогического состава шлака являются мервинит и двукальцевый силикат. Также присутствуют, мелит, периклаз и феррованадий металлический. В настоящее время шлак размещается на промышленных площадках в виде отвалов, которые часто расположены в поймах рек и в непосредственной близости от населенных пунктов, что приводит к загрязнению водных объектов и почвы на значительном расстоянии от места размещения отходов, задалживанию территорий. С предприятия взимаются платежи за размещение отходов.
Согласно паспорту на отход производства, шлак производства феррованадия - это промышленный отход IV класса опасности, характеризующийся содержанием в водной вытяжке (1 л воды на 1 кг отходов) токсичных веществ на уровне ниже фильтрата из твердых бытовых отходов, а по интегральным показателям - биохимической потребности в кислороде (БПК20) и химической потребности в кислороде (ХПК) - не выше 300 мг/л. Сочетание в нем оксидов кальция, кремния и магния обеспечивает создание щелочной среды, что также благоприятно влияет на консервацию бытовых отходов и подавление патогенной микрофлоры полигона.
В качестве природного грунта возможно использование почвы, песка, глины, вскрышных пород или смеси данных материалов.
На фиг.1 изображена технологическая схема рекультивации полигонов ТБО. На схеме (фиг.1) показаны:
1 - тело полигона ТБО,
2 - слой рекультивационного материала,
3 - потенциально плодородный слой почвы,
4 - биологический этап рекультивации,
5 - рекреационные, сельскохозяйственное, лесохозяйственное направления рекультивации.
На фиг.2 изображена технологическая схема рекультивации карьеров. На схеме (фиг.2) показаны:
2 - слой рекультивационного материала;
3 - потенциально плодородный слой почвы.
Способ получения материала для рекультивации полигона.
При производстве феррованадия алюминосиликотермическим способом образуется конечный шлак. Шлак после окончания плавки сливают в шлаковоз и вывозят на технологическую площадку завода, выгружают в виде массивного тела. Шлак медленно охлаждают на площадке при температуре окружающей среды (+40 - -30°C). При этом происходит самораспад шлака с образованием частиц от 0,01 до 2 мм. Далее производят грохочение шлака, при этом удаляется фракция шлака более 250 мм, которая направляется на дробление на щековой дробилке до размеров менее 250 мм. Данный размер регламентируется как наиболее крупная фракция материала, допускаемая для использования в качестве рекультивационного материала на полигонах ТБО и карьеров. В общей массе исходного сырья фракция, которая должна пройти дробление, составляет не более 3%. Материал, полностью удовлетворяющий гранулометрическому составу, проходит магнитную сепарацию, при которой удаляются металлические включения феррованадия и ферросилиция. Механическое воздействие не изменяет химический состав шлака. Отобранный шлак смешивают с природным грунтом в соотношении 1:1.
Для полученного материала были исследованы его физико-химические и токсикологические характеристики, определен класс опасности по методике Роспотребнадзора. Дана оценка соответствия пересыпного материала гигиеническим и природоохранным требованиям, предъявляемым к размещению отходов производства и потребления на полигонах захоронения твердых бытовых отходов (ТБО). А также проведен анализ на бактерицидность материала.
Проведенные исследования показали, что полученный материал на основе конечного шлака, образующегося при производстве феррованадия алюминосиликотермическим способом, может быть использован в качестве рекультивационного материала для пересыпки ТБО. Эту возможность подтверждают заключения, выданные лабораториями Роспотребнадзора, по отнесению полученного материала к материалам четвертого класса опасности. Кроме того, полученный материал по механическим и физико-химическим свойствам соответствует требованиям, предъявляемым к материалам для рекультивации полигонов ТБО и карьеров, в соответствии с инструкцией «Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов».
Технологическая схема рекультивации полигона ТБО включает: засыпка тела полигона ТБО слоем рекультивационного материала, представляющего собой смесь конечного шлака, образующегося при производстве феррованадия алюминосиликотермическим способом, и природного грунта, в соотношении 1:1. Далее биологический этап рекультивации с укладкой слоя потенциально плодородного слоя почвы и высадкой насаждений (фиг. 1).
Технологическая схема рекультивации карьеров: засыпка карьера смесью конечного шлака, образующегося при производстве феррованадия алюминосиликотермическим способом, и природного грунта, образованного при разработке карьера, в соотношении 1:1. Далее биологический этап рекультивации с укладкой слоя потенциально плодородного слоя почвы и высадкой насаждений (фиг. 2).
Таким образом, конечный шлак, образующийся при производстве феррованадия алюминосиликотермическим способом, не требует сложных технологических переделов, объем материала, требующего дополнительное дробление, не превышает 3% от общей массы, и может быть использован в смеси с природным грунтом для рекультивации полигонов ТБО и карьеров.
Следовательно, заявляемое изобретение позволяет получить материал для рекультивации полигона ТБО и карьеров с минимальным использованием природных материалов по простой технологии с малыми экономическими затратами и расширить сырьевые ресурсы.
Материал для рекультивации полигонов твердых бытовых отходов и карьеров, содержащий природный грунт и промышленные отходы, отличающийся тем, что в качестве промышленных отходов он содержит конечный шлак, образующийся при производстве феррованадия алюминосиликотермическим способом, при массовом отношении природного грунта к промышленным отходам, равном 1:1.
