смесь для рекультивации шламохранилищ

Формула изобретения

1. Смесь для рекультивации шламохранилищ, включающая шлам-осадок очистки бытовых и промышленных стоков, добавку и мелкозернистый заполнитель, отличающаяся тем, что в качестве добавки она содержит золу-унос и дополнительно алюмосиликатную породу при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Указанный шлам-осадок 100

Зола-унос 15 20

Мелкозернистый заполнитель 15 30

Алюмосиликатная порода 15 30

2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве мелкозернистого заполнителя она содержит высевки шлака с Мо более 1 или горелую формовочную землю.

3. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве алюмосиликатной породы она содержит глину или суглинок.

4. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит известь или портландцемент в количестве 2 5 мас.ч. или известь и портландцемент в количестве 1 2 мас.ч. каждого.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства искусственных грунтовых смесей на основе шлама -осадка (активного ила) после очистки бытовых и промышленных сточных вод, для рекультивации шламохранилищ.

После механической и биологической очистки канализационных стоков на очистных сооружениях накапливаются в большом количестве шлам-активный ил, который вывозится в шламохранилище. Заполненные активным илом котлованы шламохранилища представляют собой непосредственную угрозу окружающей среде, в особенности в зоне избыточного увлажнения. Указанное усугубляется тем, что активный ил представляет собой предельно увлажненную коллоидно-дисперстную систему, содержащую более 80-90% воды.

Остальная часть шлама-осадка (10-15% по весу) является сложной гетерогенной смесью органических, органоминеральных и минеральных коллоидов, отличающихся высокой гидрофильностью и структурной устойчивостью. В связи с этим, в шламохранилищах происходит крайне замедленное седиментационное осаждение твердой фазы, а вязкотекучая жидкая масса шлама практически не изменяет своей исходной консистенции, поскольку испаряющаяся часть воды систематически возмещается с избытком выпадающими атмосферными осадками. Это ведет к переполнению котлованов-отстойников шламохранилищ и создает угрозу окружающей среде в результате возможности залповой миграции загрязняющих вещества (в виде тяжелых металлов, ароматических и биохимически вредных соединений, а также болезнетворных микроорганизмов и т.п.) в случае размыва и прорыва обваловок котлованов из-за возрастающей во времени фильтрации загрязненных вод.

В связи с указанным значительные площади территории, занятые шламохранилищами, не подлежат рекультивации и тем самым увеличивается размер ущерба народному хозяйству. Кроме того, сами по себе котлованы шламохранилищ представляют непосредственную физическую опасность для людей, животных и птиц, независимо от применяемых мер безопасности: ограждений, предупредительных объявлений и т.д.

Известны зарубежные способы термической ликвидации шлама- активного ила в специально оборудованных печах. Однако это требует больших затрат топлива и применения дорогостоящих современных систем газоочистки, исключающих загрязнение атмосферы.

Известен также зарубежный и отечественный опыт [1, 2] по использованию шлама- активного ила для производства удобрений или его перемещения на поля орошения. Однако, эти способы не могут быть признаны удовлетворительными. В активном иле находится патогенные микроорганизмы, яйца гельминтов и т.п. а также тяжелые металлы, избыточное содержание которых в почвах недопустимо по причине их последующего круговорота в биосфере и дальнейшем их попадании в организмы животных и человека.

Известна смесь для рекультивации шламохранилищ, включающая шлам-осадок бытовых и промышленных стоков, фильтровальное вспомогательное вещество - известняк или различные шлаки и негашеную известь с содержанием CaO 82% в количестве 60-80% по массе. Получаемые при этом окатыши могут быть использованы в шахте ваграночных печей, как заполнитель для железобетонных изделий или храниться в отвалах, как искусственно полученная техногенная порода [3]

Недостатком этого наиболее близкого аналога является: сложная технология сгущения и обезвоживания шлама-осадка; необходимость наличия ленточных фильтров, а также постоянно обновляемого слоя ФВВ специфического состава и, кроме того, требуется большой расход молотой негашеной извести (60-80% по массе).

технический результат данного изобретения состоит в превращении шлама-осадка в экологически безопасный грунт, который пригоден для компактного складирования, не требующего устройства шламохранилищ или специально оборудованных полигонов для экологически вредных веществ, а также может быть использован в качестве местного строительного материала при постройке автомобильных дорог, аэродромов и т.д.

Поставленная цель достигается тем, что смесь для рекультивации шламохранилищ, включающая шлам -осадок очистки бытовых и промышленных стоков, добавку и мелкозернистый заполнитель, содержит в качестве добавки золу-унос и дополнительно алюмосиликатную породу при следующем соотношении компонентов (в вес. ч): указанный шлам-осадок 100, зола-унос 15-20, мелкозернистый заполнитель 15-30, алюмосиликатная порода 15-30. Причем в качестве мелкого заполнителя смесь содержит высевки шлака с Mo более 1 или горелую формовочную землю. В качестве алюмосиликатной породы она содержит глину или суглинок. Также смесь может содержать дополнительно известь или портландцемент в количестве 2-5 вес.ч. или известь и портландцемент в количестве 1-2 вес.ч. каждого.

Предлагаемый состав обеспечивает обезвреживание шлама за счет хемосорбции содержащихся в нем тяжелых металлов с помощью дисперсных алюмосиликатов, претерпевающих гидролиз в условиях резкощелочной среды (pH 9,0). Указанное способствует также стерилизации смеси. При этом происходит также разрушение до мономерного состояния сложных высокомолекулярных органических соединений и омыление жирных кислот органической части активного ила. По мере развития указанных процессов во взаимодействующей смеси происходит синтез органоминерального вяжущего вещества, способного к отверждению и обеспечивающего литификацию формирующейся техногенной породы, т.е. процессы ее цементации.

Технологически поставленная цель достигается тем, что в шлам- активный ил при непрерывном перемешивании последовательно вносят: вначале водосвязывающие добавки (глину, золу уноса), затем в полученную смесь вносят гидролизующие добавки (известь молотую негашеную или цемент). При этом могут вноситься и одно, и другое, и третье. После этого вносят структурирующие скелетные добавки: мелкозернистый шлак (высевки), горелую формовочную землю.

Приготовленная вязкопластичная масса увеличивает свою вязкость во времени, благодаря протекающим в ней процессам синтеза органоминеральных вяжущих композиций в условиях щелочной среды (pH>9).

В связи с тем, что полученная техногенная порода интенсивно упрочняется во времени, ее можно транспортировать на выделенные площадки для хранения (выдерживая до достижения необходимых прочностных свойств), либо непосредственно применяя в дело при производстве земляных планировочных работ (заполнение неровностей, рвов, котлованов и т.п.). Могут быть рекомендованы и другие варианты практического использования полученной техногенной породы.

Примеры экспериментальной реализации предполагаемого изобретения.

Для получения техногенной породы применялся шлам- активный ил центральных очистных сооружений г. Санкт-Петербурга, расположенных на острове Белом. В исходном состоянии указанный шлам представляет собой вязкотекучую серую массу, отличающуюся скверным запахом, содержащую в своем составе около 83% воды, остальное коллоидно-дисперсная органоминеральная фаза.

В качестве компонентов-добавок использованы:

1. Глина кембрийская Санкт-Петербургского месторождения, по минеральному составу гидрослюдистая, с числом пластичности 22,9, содержащая физической глины 63,2% глинистых частиц (<0,001 мм) 33,5% По данным сокращенного силикатного анализа в глине содержатся, вес. SiO₂ 64,3; Al₂O₃ 17,02; Fe₂O₃ 4,37; CaO 1,85; MgO - 2,21; SO₃ 0,09; Na₂O 0,71; K₂O 3,6; п.п.п. 4,5. Содержание карбонатов <2% Предварительно глина подсушивалась и измельчалась до порошкового состояния.

2. Зола уноса сухого удаления (циклонного типа), модуль основности M₀>1, Прибалтийской ТЭЦ.

3. Мелкозернистый отсев сталелитейного шлака завода "Большевик", M₀>1.

4. Горелая формовочная земля завода им. Лепсе.

5. Известь молотая негашеная Волосовского завода (пос. Волосово) Лен. обл. магнезиальная (из доломитизированного известняка), III сорта.

6. Портландцемент низкомарочный (М=250), длительного срока хранения (Т>2 лет), Пикалевского цементного завода (Лен. обл.).

Методика приготовления и испытания смесей.

Вначале взвешивалась навеска шлама-осадка, взятые в заданном количестве (% от веса шлама) в соответствии с программой опытов. Очередность внесения в шлам компонентов-добавок принималась следующей: вначале вносилась добавка порошка глины и смесь тщательно перемешивалась, затем добавка золы-уноса и снова смесь перемешивалась. Далее аналогично вносились мелкозернистый шлак или горелая формовочная земля, затем известь и (или) цемент. После внесения заданного количества компонентов-добавок определялось pH смеси и ее вязкость с помощью конуса Бойченко (4, 5), затем образцы со смесью помещали в эксикатор (для исключения испарения влаги из образцов), где они выдерживались 1,7 и 10 суток. Определение pH и вязкости производилось после каждого срока хранения.

Изготовленные образцы 6 относились к двум группам. Образцы II группы отличались от I тем, что в смеси образцов II группы в качестве гидролизующих добавок дополнительно применялись известь и цемент.

Результаты испытаний образцов, относящихся к I группе, приведены в табл. 1, а результаты испытаний образцов II группы в табл. 2.

Исходя из результатов испытаний образцов I группы можно сделать следующие выводы.

1. Величина коэффициента структурного упрочнения техногенной породы зависит в большой степени от совокупного влияния добавки глины, золы-уноса, шлака и формовочной земли, чем от величин добавок компонентов, взятых в отдельности.

2. Структурное упрочнение техногенной породы возрастает по мере ее выдерживания.

3. Совместное взаимодействие добавок глины, золы и шлака со шламом обеспечивают повышенные значения коэффициента структурного упрочнения техногенной породы.

Результаты испытаний образцов II группы, приведенных в табл. 2, позволяют сделать следующие выводы.

1. Небольшие гидролизующие водосвязывающие и структурирующие добавки извести и цемента существенно интенсифицируют процессы структурного упрочнения техногенной породы (см. 1, 2, 5, 7, 9, 11).

2. Совместное использование добавок извести и цемента обеспечивает более интенсивное структурное упрочнение техногенной породы, чем при их раздельном использовании.

3. Лучшими соотношениями добавок к шламу характеризуются смеси N 5, 7, 9, 11.

4. Наблюдается стабильная закономерность стуктурного упрочнения техногенной породы по мере ее выдерживания для образцов всех серий, что подтверждает наличие процессов литификации породы благодаря синтезировавшемуся в ней органоминеральному вяжущему веществу.

Технико-экономическая эффективность предложенного изобретения заключается в предельной экономии материальных и энергетических ресурсов при переработке шлама-активного ила в техногенную породу, что достигается применением местных материалов в виде глины (глинистых грунтов) и промышленных отходов (золы уноса, горелой формовочной земли, шлаковых высевок) и малых добавок (2-7,5% ) некондиционных вяжущих материалов извести и низкомарочного цемента (или вообще без них) благодаря осуществлению процессов синтеза органоминерального вяжущего вещества, литифицирующего техногенную породу. Экономия энергоресурсов по сравнению с прототипом происходит вследствие исключения ряда технологических операций и радикального упрощения тем самым всего процесса переработки шлама. Важным преимуществом получаемой техногенной породы является так же и то, что при ее производстве утилизируется не только активный ил, но и твердые промышленные отходы (зола уноса, мелкий шлак, горелая формовочная земля). Кроме того, в процессе формирования техногенной породы достигается обезвреживание опасных для окружающей среды компонентов активного ила тяжелых металлов и патогенных микроорганизмов, яйцев гельминтов и т.д.