способ обезвреживания токсичных отходов

Формула изобретения

Способ обезвреживания токсичных отходов при их захоронении на свалке или специальном полигоне, включающий размещение твердых и жидких отходов органического и неорганического происхождений в ограниченном пространстве свалки или полигона, оборудованном системой отвода газа и дренажной воды, анаэробную обработку, отличающийся тем, что органические и неорганические отходы размещают в виде чередующихся слоев или смеси отходов с соотношением масс органических и неорганических отходов (2:1) - (10:1), вводят метаногенные микроорганизмы и поддерживают содержание воды в массе отходов не менее 0,55%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано при захоронении промышленных и бытовых отходов на свалках.

Известен способ обезвреживания опасных токсических отходов [1], согласно которому требуемую часть отходов размещают в ограниченном пространстве, перемешивают и вводят перегретый водяной пар, отводят смесь воздуха, пара, токсичных паров из ограниченного пространства со скоростью, достаточной для поддерживания отрицательного давления в этом пространстве, поток токсичных отходов освобождают от токсических компонентов и пара и рециркулируют в требуемую часть, при наличии неприятно пахнущих органических веществ или водорастворимых солей токсических металлов вводят туда окислитель, а затем обезвоживающий агент, чтобы преобразовать требуемую часть в водонерастворимую массу, причем поток токсичных отходов (согласно п.9 формулы изобретения) периодически охлаждают до температуры, обеспечивающей выделение пара из этого токсичного потока в виде конденсата, а токсичных газов и испарений - в виде токсичных жидкостей и согласно п. 11 (формулы) отбирают образующийся конденсат пара и токсичные жидкости в закрытый контейнер, где подвергают их бактериальной обработке для превращения в нетоксичные.

Данный способ весьма трудоемок и сложен в осуществлении и для его осуществления необходимы дорогостоящие оборудование и обслуживание.

Известен способ обработки твердых отходов по заявке [2], согласно которому токсичные отходы обезвреживают путем анаэробной микробиологической обработки отдельно твердых отходов и жидкой фазы. Однако и этот способ трудоемок, т. к. требует извлечения жидкой фракции для отдельной микробиологической обработки.

Наиболее близким является способ [3], согласно которому токсичные отходы складируют на специальном полигоне промышленных отходов и производят их групповое или индивидуальное обезвреживание на специальных сооружениях, при этом обезвреживание их можно осуществлять путем биологической обработки (анаэробное разложение [3, с. 295].

Предлагаемый способ обезвреживания токсичных отходов путем микробиологической обработки сводится к тому, что обезвреживаемые отходы размещают в ограниченном пространстве в виде последовательных слоев неорганических и органических отходов или в виде смеси (компоста) с соотношением массы неорганических и органических компонентов 1 : 10 - 1 : 2, вводят анаэробные микроорганизмы и герметизируют, получая в результате метаболизма из соединений неорганических элементов с белковыми соединениями экологически менее опасные водонерастворимые химические компоненты и биогаз.

Использование изобретения позволяет путем простейших манипуляций получить надежное обезвреживание токсичных и весьма токсичных отходов без использования сложного оборудования за счет естественных превращений органических и неорганических веществ в нетоксичные водонерастворимые белковые соединения.

Указанное соотношение масс слоев (органических и неорганических отходов) является оптимальным с точки зрения получения требуемого эффекта. За счет биохимических превращений 1 - 2,5% (по массе) органические токсичные отходы превращаются в углекислый газ (в аэробных) или в метан (в анаэробных) условиях, а остальная часть трансформируется в соединения белкового и аминокислотного типа (подвижные формы). Использование анаэробных условий позволяет получать дополнительный положительный эффект, так как образующийся горючий газ (метан) может использоваться в качестве топлива.

Таким образом, основная часть токсичных органических соединений превращается в существенно менее токсичные. Косвенным индикатором завершенности процесса превращения органических компонентов может служить содержание целлюлозоразрушающих бактерий или целлюлозоразрушающая активность компонентов в исследуемом компосте (смесь исходных и промежуточных продуктов превращения органических компонентов). По мере роста активности этих бактерий возрастает скорость превращения органических компонентов, а после достижения определенной концентрации неразложившихся органических компонентов наблюдается замедление процесса и снижение содержания (активности) целлюлозоразрушающих бактерий.

В естественных условиях основная часть (70 - 90%) органических компонентов превращается в белковые соединения и аминокислоты за 5 - 7 лет, но при добавлении к органическим компонентам штаммов микроорганизмов (типа Eubacterium, Streptococcus, Peptococcus и других) в количествах миллиона - миллиарда бактерий на 1 г органических соединений происходит резкое ускорение процесса и его завершение может произойти через 2 - 3 мес.

Неорганические токсичные отходы за счет процессов растворения в воде (импрегнированной самими отходами) переходят в ионное состояние, становятся существенно более подвижными и могут мигрировать в воде до встречи с ионогенными группами аминокислот или белков. Общее количество соединений тяжелых металлов (ТМ) в фазе свалки характеризуется содержанием их кислоторастворимых форм (КР). В процессе растворения КР форм ТМ происходит сорбция ионов по механизму ионного обмена или комплексообразования с образованием нерастворимых в воде химически прочных соединений, так называемых подвижных форм тяжелых металлов (ПФ). В результате токсичные неорганические - главным образом соединения тяжелых металлов превращаются в нерастворимые в воде (следовательно, и в существенно менее токсичные) соединения.

Для увеличения степени детоксикации неорганических соединений за счет ионообменной сорбции и образования комплексов с белками или аминокислотами необходимо увеличивать долю органических составляющих в содержимом свалки. Оптимальными должны быть условия, обеспечивающие близкие к эквивалентным соотношения ионогенных групп в аминокислотах и белках с количеством растворенных ионов. На практике это достигается варьированием соотношения органических и неорганических компонентов в отходах в интервале 10 : 1 - 2 : 1.

Способ осуществляют следующим образом.

На полигон (свалку), оборудованный гидроизоляционным слоем и дренажной системой для сбора просачивающейся через массу полигона воды или органических жидкостей, помещают последовательным чередованием слои толщиной 0,2 - 1,0 м из органических (бытовых или промышленных) и неорганических компонентов или смесь указанных компонентов в соотношении 10 : 1 - 2 : 1. В случае складирования сухих отходов проводят увлажнение слоев, чтобы общее содержание воды в слое было не менее 0,55%. Примеры соотношения органических и неорганических компонентов приведены в таблице. Для ускорения процесса биодеградации в каждый слой органических отходов добавляют штаммы микроорганизмов (миллион - миллиард бактерий на г суммарных отходов). После достижения толщины суммарного слоя 5 - 8 м отходы накрывают полимерной пленкой с системой отбора газовой фазы. Дренажные воды собирают в систему накопителей с последующим химическим анализом и очистке по технологии, определяемой составом примесей.

Содержание органических (О), неорганических (Н) компонентов, КР форм тяжелых металлов является случайными величинами для каждой свалки, для предмета заявки важное значение имеет соотношение О:Н и ПФ:КР. Соотношение подвижных форм (ПФ) и кислоторастворимых форм (КР) характеризуют степень детоксикации тяжелых металлов за счет их связывания в комплексные соединения с белками. Доля ПФ относительно КР в примерах 2 и 3 составляет всего 22 и 25%, а в примерах 1,4 и 5 - 44, 39 и 36%. Это означает, что 44,39 и 36% тяжелых металлов перешли в комплексы с белками и за счет нерастворимости в воде потеряли способность к миграции с водой и прекратились в нетоксичные формы для окружающей среды. В примере 6 из-за низкого содержания воды все процессы на свалке замедляются и доля ПФ составляет всего 14% относительно КР форм.

Увеличение соотношения О: Н от 2:1 до 18:1 не оказывает существенного влияния на долю ПФ тяжелых металлов относительно КР (примеры 7, 8 и 10). В то же время снижение содержания воды менее 0,55% (примеры 6 и 9) приводит к снижению степени детоксикации тяжелых металлов, вероятно вследствие замедления кинетики процесса растворения трудно растворимых соединений металлов в оставшейся воде.

В примерах 1 - 10 соотношение органические : неорганические компоненты : вода в исходном полигоне отходов составляло соответственно 1 : 0,30 : 0,017; 1 : 0,896 : 0,028; 1 : 2,068 : 0,037; 1 : 0,501 : 0,012; 1 : 0,101 : 0,009; 1 : 0,418 : 0,005; 1 : 0,097 : 0,061; 1 : 0,074 : 0,011; 1 : 0,067 : 0,033; 1 : 0,055 : 0,008 относительная доля подвижных форм металлов (которые связаны за счет ионного обмена и комплексообразования с белковыми составляющими свалки и не вымываются водой) в примерах 1 - 10 составляет 45, 23, 25, 39, 36, 14, 53, 48, 12 и 57%.

Из приведенных примеров следует, что увеличение доли неорганических компонентов до 0,9 (примеры 2 и 3) и уменьшение доли воды до 0,005 (пример 6) сопровождается резким уменьшением доли подвижных форм.

Следовательно, соотношение органических и неорганических компонентов в содержимом свалки должно быть выше 2 : 1, а оптимальное количество импрегнированной воды - не менее 0,55%.