смесь для обработки отходов

Формула изобретения

1. Смесь, пригодная для обработки отходов, содержащая (А) по меньшей мере одну соль цинка насыщенной или ненасыщенной алифатической или ароматической карбоновой кислоты, (В) по меньшей мере одну соль кальция насыщенной или ненасыщенной алифатической или ароматической карбоновой кислоты, (С) по меньшей мере одно вещество, придающее водоотталкивающие свойства, (D) по меньшей мере один аминоспирт и (Е) NH₃.

2. Смесь по п.1, в которой компонентом (А) является по меньшей мере одна соль цинка насыщенной или ненасыщенной кислоты жирного ряда.

3. Смесь по п.2, в которой кислота жирного ряда выбрана из группы, куда входят насыщенные кислоты жирного ряда, содержащие от 1 до 30 атомов углерода.

4. Смесь по п.3, в которой кислотой жирного ряда является стеариновая кислота.

5. Смесь по одному из пп.1-4, в которой компонентом (В) является по меньшей мере одна соль кальция насыщенной или ненасыщенной кислоты жирного ряда.

6. Смесь по п.5, в которой кислота жирного ряда выбрана из группы, куда относятся насыщенные кислоты жирного ряда, содержащие от 1 до 30 атомов углерода.

7. Смесь по п.6, в которой кислотой жирного ряда является стеариновая кислота.

8. Смесь по одному из пп.1-7, в котором компонентом (С) является инвертное мыло.

9. Смесь по одному из пп.1-8, в которой компонент (D) выбран из группы, куда относятся моно-, ди-, триэтаноламин, диметиламиноэтанол, диэтиламиноэтанол, N-метилдиэтаноламин, моно-, ди- и триизопропаноламин.

10. Смесь по одному из пп.1-9, которая содержит 50-90 вес.% компонента (А), 0,1-10 вес.% компонента (В), 5-20 вес.% компонента (С), 0,1-10 вес.% компонента (D) и 0,01-5 вес.% компонента (Е).

11. Смесь по одному из пп.1-10, которая содержит дополнительно воду.

12. Смесь по одному из пп.1-11, которая содержит дополнительно средство для осаждения тяжелых металлов, восстановители, комплексообразователи, связывающие вещества или средства, действующие как пуццоланы.

13. Способ обработки отходов, включающий в себя стадию (а) добавления в отходы смеси по одному из пп.1-12 и (b) смешивание компонентов.

14. Способ по п.13, в котором перед стадией (а) определяют состав отходов.

15. Способ по п.13 или 14, при котором добавляют от 0,05 до 0,15% смеси в пересчете на вес отходов.

16. Способ по одному из пп.13-15, который включает в себя стадию (с), когда добавляют гидравлическое связующее вещество.

17. Способ по п.16, в котором гидравлическое связующее вещество выбрано из группы, куда входят цемент, глинозем и портландцемент.

18. Способ по п.16 или 17, при котором добавляют от 2 до 30% гидравлического связующего материала в пересчете на вес отходов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к смеси и способу для обработки отходов, а также к применению смеси при обработке отходов.

Обычно отходы остаются либо необработанными, либо их помещают в хранилища после сжигания в установке для сжигания мусора. При этом важно, чтобы отходы сохраняли приемлемые показатели, допустимые для ядов в элюате, который вымывается водой. Ядами могут быть тяжелые металлы, например Сd, Сr, Нg, Сu, Ni или Рb, и/или органические отравляющие вещества. Для этого отходы обрабатывают при помощи цемента и/или других материалов, действующих как пуццоланы.

В другом подобном способе отходы, например летучую золу, промывают в нейтральной среде, причем растворимые в воде соли в промывной воде растворяются и тем самым вымываются. Затем происходит обезвоживание суспензии, и обезвоженный материал смешивают со связывающими веществами, например цементом. Пастообразную смесь выливают в блоки для отверждения или сразу подвергают захоронению. В качестве альтернативы летучую золу или уплотненный осадок на фильтре после сжигания мусора можно сразу смешать с добавками из глины и связывающими веществами.

Недостатком данного способа является относительно большой расход цемента, связанное с этим большое увеличение объема и значительные финансовые расходы. Кроме того, традиционные способы с точки зрения выхода из обрабатываемых отходов веществ, вредных для окружающей среды, являются недостаточно надежными.

Отходы, кроме того, зачастую используют повторно. Различные отходы, например известковые шламы или шламы, оставшиеся от водоподготовки, содержат ценные ингредиенты, например СаО, Аl₂O₃ и силикаты. Тем самым они, например, могут использоваться для получения клинкера. Клинкер является промэжуточным продуктом при получении цементов, его получают, как правило, из природной сырьевой муки, состоящей по существу из СаО, Al₂O₃, SiO₂ и Fе₂O₃. Часть природной сырьевой муки можно заменить, таким образом, в зависимости от ее состава, отходами.

Также и в случае повторного использования необходимо, чтобы повторно используемые отходы не превышали определенных предельных значений в отношении выхода ядов, таких как тяжелые металлы.

Таким образом задачей изобретения является смесь и способ для обработки отходов, с помощью которых решаются вышеназванные проблемы.

Эта задача решается при помощи смеси, которая подходит для обработки отходов и содержит (А) по меньшей мере одну соль цинка насыщенной или ненасыщенной алифатической или ароматической карбоновой кислоты, (В) по меньшей мере одну соль кальция насыщенной или ненасыщенной алифатической или ароматической карбоновой кислоты, (С) по меньшей мере одно средство, придающее водоотталкивающие свойства, (D) по меньшей мере один аминоспирт и (Е) NН₃.

Компонентом (А) является по меньшей мере одна соль цинка насыщенной или ненасыщенной алифатической или ароматической карбоновой кислоты. Предпочтительно компонентом (А) является цинковая соль насыщенной или ненасыщенной кислоты жирного ряда, в частности насыщенной или ненасыщенной кислоты жирного ряда, имеющей от 1 до 30 атомов углерода, например пальмитолеиновой, олеиновой, эруковой, пальмитиновой, маргариновой, стеариновой, арахиновой или бегеновой кислот или их смесей. Предпочтительным компонентом (А) является, в частности, цинковая соль стеариновой кислоты.

Компонент (А) может включать в себя при необходимости и две цинковые соли. По меньшей мере в одной из солей цинка предпочтительно содержится по меньшей мере 15%, в частности 17% активных веществ. Содержание активных веществ в цинковой соли дает стехиометрическое количество цинковой соли в водном растворе.

Компонентом (В) является по меньшей мере одна соль кальция насыщенной или ненасыщенной алифатической или ароматической карбоновой кислоты. Предпочтительным компонентом (В) является по меньшей мере одна соль кальция насыщенной или ненасыщенной кислоты жирного ряда. Определение кислоты жирного ряда дано выше для компонента (А).

Компонентом (С) является по меньшей мере одно вещество, придающее водоотталкивающие свойства. Вещества, придающие водоотталкивающие свойства штукатурке и бетону, известны. Их можно использовать для придания водоотталкивающих свойств строительным материалам, содержащим известь и/или цемент. Вещества, придающие водоотталкивакщие свойства, могут вступать в реакцию с основными компонентами связывающих веществ согласно следующему уравнению:

2 R-COO-A+Са(ОН)₂-->(R-COO)₂Са+2 А-ОН

причем радикал R-COO- является радикалом насыщенной или ненасыщенной алифатической или ароматической карбоновой кислоты, а радикал А является радикалом амина. Радикалом насыщенной или ненасыщенно алифатической или ароматической карбоновой кислоты является предпочтительно радикал кислоты жирного ряда. Определение кислоты жирного ряда приведено выше для компонента (А). Примером получаемого для продажи вещества, придающего водоотталкивающие свойства, является реактив, имеющийся в продаже под торговой маркой "LIGA MS" фирмы Peter Greven Fett-Chemie GmbH & Co. KG. Другим примером являются инвертные (катионные) мыла, например алкиламмониевые соли, причем радикал алкила может быть насыщенным или ненасыщенным и содержать предпочтительно от 1 до 30 атомов углерода. При необходимости компонент (С) можно добавить в смесь спирта с водой.

Компонентом (D) является по меньшей мере один аминоспирт. Компонент (D) выбирают предпочтительно из группы, куда входят моно-, ди-, триэтаноламин, диметиламиноэтанол, диэтиламиноэтанол, N-мэтилдиэта-ноламин, моно-, ди- и триизопропаноламин, в частности триэтаноламин.

Кроме того, смесь содержит в качестве компонента (Е) NН₃.

Предпочтительно смесь содержит от 50 до 90, в частности от 70 до 80 весовых процентов компонента (А). Если компонент (А) содержит две цинковые соли, то первая цинковая соль может присутствовать в количестве 60-70, в частности 65-68 весовых процентов, а вторая - в количестве 5-15, в частности 8-10 весовых процентов с содержанием активных веществ по меньшей мере 15%, в частности по меньшей мере 17%. Кроме того, смесь содержит предпочтительно от 0,1 до 10, в частности от 2 до 5 весовых процентов компонента (В), от 5 до 20, в частности от 12 до 15 весовых процентов компонента (С), от 0,1 до 10, в частности от 2 до 5 весовых процентов компонента (D) и от 0,01 до 5, в частности от 0,1 до 0,7 весовых процентов компонента (Е).

Смесь можно разбавить растворителем. Растворитель можно выбрать из группы, куда входит вода, спирт и их смеси. Спирт можно выбрать из группы, куда входит этанол, изопропанол, бутиловый спирт. Предпочтительным растворителем является смесь воды со спиртом, в которой воды содержится предпочтительно 85 весовых процентов, а спирта 15 весовых процентов. Предпочтительно добавляют от 80 до 99, в частности от 90 до 98 весовых процентов растворителя в пересчете на общий вес смеси.

Кроме того, смесь может содержать дополнительные присадки, которые предпочтительно выбирают из группы, куда входят средства для осаждения тяжелых металлов, например сульфид натрия, восстановители, например FeSO₄, комплексообразующие вещества, например меркаптановые соединения, связывающие вещества, например портландцемент, или средства, действующие как пуццоланы, например зола, полученная от сжигания. Примерами других используемых присадок являются FеСl₃, NаНSО₃, мочевина и жидкое стекло. Количество и тип присадок можно выбрать согласно типу и концентрации ядов в отходах.

Заявленную смесь можно использовать, в частности, при обработке таких отходов, как зараженные радиоактивными веществами почвы, отходы горно-металлургической, металлообрабатывающей и химической промышленности, шламы при очистке промышленных и бытовых сточных вод, отходы бумажного производства или остатки от промывки почвы, сжигания мусора и особого мусора.

Заявленная смесь подходит для обработки твердых и жидких отходов, содержащих неорганические и органические яды, например тяжелые металлы, растворимые в воде соли и органические соединения.

На первой стадии (а) заявленного способа заявленную смесь добавляют в отходы. Предпочтительно добавляют от 0,01 до 5, предпочтительно от 0,05 до 0,15, в частности 0,12 весовых процентов смеси в пересчете на вес отходов. В зависимости от количества ядов, присутствующих в отходах, заявленную смесь можно добавлять в отходы в неразбавленном виде или можно разбавить водой. Если количество вредных веществ составляет <5000 мг на тонну отходов, то заявленную смесь добавляют предпочтительно в разбавленном водой виде, причем соотношение заявленной смеси и воды составляет предпочтительно от 1:20 до 1: 10. Если яды присутствуют в количестве от >5000 мг до <50000 мг на тонну отходов, заявленную смесь следует предпочтительно разбавить водой, причем соотношение заявленной смеси и воды составляет предпочтительно от 1:10 до 1: 5. Если количество вредных веществ составляет >50000 мг на тонну отходов, то заявленную смесь следует предпочтительно разбавить водой, причем соотношение заявленной смеси и воды составляет предпочтительно от 1:5 до 1:2,5.

При необходимости перед первым этапам (а) заявленного способа можно определить состав отходов. Предпочтительно определяют от 95 до 100%, в частности от 95 до 98% компонентов отходов. Отдельные отходы исследуют с точки зрения критических для последующего использования концентраций тяжелых металлов, СаО, Al₂О₃, Fe₂O₃, P₂O₅, SiO₂, микроэлементов, таких как марганец, фтор или фосфор, и анионов, таких как хлорид, цианид или сульфат. Если состав уже известен, то в таком анализе нет необходимости.

Концентрацию требуемых при необходимости дополнительных присадок, таких как восстановители или комплексообразователи, можно рассчитать и привести в соответствие в зависимости от содержания ядов в отходах.

Благодаря добавке заявленной смеси яды, например тяжелые металлы, прочно фиксируются в отходах. С помощью химических или физических способов яды модифицируются так, что не могут больше выйти из отходов. Яды можно, например, прочно фиксировать путем комплексообразования, солеобразования и осаждения или путем изменения показателя рН или плотности отходов.

После добавки заявленной смеси и при необходимости других присадок компоненты смешивают на стадии (b). Для смешивания можно использовать стандартные или модифицированные смесительные установки. Если смесительную установку модифицируют, то известным образом можно изменять энергонагрузку, т.е. смешивать с более высокой скоростью, время смешивания, процедуру смешивания и контроль за температурой реакции. При более высокой энергонагрузке достигают лучшей однородности массы, энергонагрузка составляет предпочтительно по меньшей мере около 60 Ампер, в частности около 75 Ампер. Время смешивания составляет предпочтительно по меньшей мере 3,5 минуты, в частности от 4 до 10 минут, а реакция протекает предпочтительно при температуре по меньшей мере около 20^oС, в частности по меньшей мере около 35^oС.

Заявленная смесь и при необходимости дополнительные присадки можно добавлять в отходы либо одновременно, либо поэтапно. Если нужно управлять процессом реакции, смесь и при необходимости дополнительные присадки добавляют друг за другом поэтапно с целью получения определенных промежуточных продуктов. Когда заявленную смесь во время смешивания добавляют в несколько этапов, то между отдельными этапами можно, кроме того, контролировать температуру и показатель рН получающейся смеси. Таким образом можно гарантировать, что реакция обмена между ядами является близкой к полной.

С помощью заявленного способа можно свести к минимуму материальные затраты для иммобилизации отходов. Кроме того, рост объема отходов значительно меньше, чем при использовании способа, при котором не применяют заявленную смесь. Предпочтительно объем возрастает в 1,15-1,35 раза. В общей сложности имеют место более скромные расходы на материал, обработку, транспортировку и хранение отходов. Кроме того, обработанные отходы отличаются тем, что предписанные предельные значения для элюата, также и при применении тестов для проверки долговременных свойств, надежно сохраняются. Другой выгодой заявленного способа является то, что таким образом отходы, например летучую золу, можно обрабатывать, предварительно не промывая ее.

Обработанные отходы можно смешать на стадии (с) с гидравлическим связывающим веществом. Гидравлическое связывающее вещество можно выбрать из группы, к которой относятся цемент, глинозем и портландцемент. Отходы, смешанные с гидравлическим связывающим веществом в пропорции от 2 до 30 весовых процентов в пересчете на вес отходов, предпочтительно подвергают захоронению.

Отходы, обработанные с помощью заявленного способа, можно использовать также для получения вторичного сырья для строительства хранилищ, в качестве заменителей для цементной сырьевой муки или при получении окатышей растительного субстрата. При строительстве хранилищ обработанные заявленным способом отходы можно использовать как профилированные материалы, известные опорные слои или опорное зерно для пополнения в уплотнениях из остаточных веществ. Кроме того, обработанные при помощи заявленного способа отходы можно использовать в зависимости от их состава в качестве заменителей Al₂О₃, Fе₂O₃ и/или SiO₂ для корректировки недостатка в Al₂О₃, СаО, Fе₂О₃ и SiO₂ при появлении природных каменных карьеров, для сбалансирования слишком высоких концентраций ядов в сырьевой муке, такой как сера, или для сбалансирования слишком высоких концентраций СаО. Обработанные заявленным способом отходы можно использовать также для получения окатышей растительного субстрата с определенным содержанием азота.

Для получения вторичного сырья можно использовать, в частности, остатки от промывки, которые появляются в промышленности основных материалов и установках для промывки почвы, твердые материалы, оставшиеся от производства в горно-металлургической, металлообрабатывающей, химической и бумажной промышленности, шламы, появляющиеся после очистки промышленных и бытовых сточных вод, колосниковую золу и золу фильтров, оставшуюся от сжигания бумажного и отстойного шлама, а также от сжигания в топке древесины и каменного угля. Отходы, обработанные заявленным способом, можно после обработки окомковывать или гранулировать, причем окомковывание применяют, в частности, для таких отходов, как пыль фильтров, грязь и остатки промышленного производства, а гранулирование - для обработанной зараженной радиоактивными веществами почвы. Таким образом можно значительно расширить область применения обработанных отходов.

Далее предложенное изобретение поясняется примерами.

Пример 1

В колбу Эрленмейера емкостью 1 л поместили 67 г стеарата цинка, 9,5 г стеарата цинка с содержанием активных веществ в количестве 15%, 4,7 г стеарата кальция, 14,3 г пальмитинаммониевого хлорида, 4 г триэтаноламина и 0,5 г NH₃. Полученную таким образом смесь перемешивали по меньшей мере в течение 30 минут при температуре примерно 20^oС.

Пример 2

К 59,45 кг золы с электрофильтра MVA установки для сжигания мусора в Цюрихе добавили 0,12 кг смеси из примера 1 и перемешивали в течение 1 минуты. Затем добавили 15, 85 кг портландцемента и перемешивали в течение 4-х минут, после чего добавили 24,58 кг воды и перемешивали полторы минуты. Температура во время перемешивания составляла 36,5^oС. Получили обработанные отходы с показателем рН 11,6 после обработки и рН 10,9 через 28 дней.

Пример 3

50,26 кг промытой золы с электрофильтра MVA и 14,52 кг очистного шлама сточных вод из установки для сжигания мусора в Цюрихе перемешивали в течение 2-х минут. Затем добавили 0,12 кг смеси из примера 1 и перемешивали 1 минуту, после чего добавили 15,96 кг портландцемента и перемешивали в течение 4-х минут. Затем добавили 19,14 кг воды и перемешивали еще полторы минуты. Температура во время перемешивания составляла 42,1^oС. Получили обработанные отходы с показателем рН 11,6 после обработки и рН 10,8 через 28 дней.

Пример 4

49,94 кг промытой золы с электрофильтра, 14,43 кг очистного шлама сточных вод и 3,96 кг золы, полученной от сжигания бумажного шлама в установке для сжигания мусора в Цюрихе, перемешивали в течение 3-х минут. После этого добавили 0,12 ко смеси из примера 1 и перемешивали в течение 1 минуты. Затем добавили 1,51 кг FеСl₃ и 1,51 кг жидкого стекла и после каждой добавки мешали 2 минуты. После этого добавили 9,9 кг портландцемента и перемешивали в течение 4-х минут, а затем добавили 18,63 кг воды и перемешивали в течение еще полутора минут. Температура во время перемешивания составляла 39,5^oС. Получили обработанные отходы с показателем рН 11,5 после обработки и рН 10,7 через 28 дней.

Пример 5

К 63,16 кг золы с электрофильтра установки для сжигания мусора в Горгене добавили 0,12 кг состава, содержащего 1 часть смеси из примера 1 и 5 частей воды, и перемешивали в течение 1 минуты. Затем добавили 2,05 кг мочевины и 1,50 кг FeSО₄ и после каждой добавки перемешивали в течение 2-х минут. После этого добавили 14,17 кг портландцемента и перемешивали 4 минуты, а затем добавили 19,00 кг воды и мешали полторы минуты. Температура во время перемешивания составляла 68,8^oС. Получили обработанные отходы с показателем рН 10,6 после обработки и рН 10,4 через 28 дней.

Пример 6

В течение 2-х минут перемешивали 33,55 кг промытой золы с электрофильтра и 40,00 кг очистного шлама сточных вод. Затем добавили 0,12 кг состава, указанного в примере 5, и перемешивали в течение 1 минуты. После этого добавили 14,12 кг портландцемента и мешали 4 минуты, затем добавили 12,21 кг воды и мешали полторы минуты. Температура во время перемешивания составляла 39^oС. Получили обработанные отходы с показателем рН 11,4 после обработки и рН 10,7 через 28 дней.

Пример 7

59,06 кг промытой золы с электрофильтра и 6,21 кг золы, полученной от сжигания бумажного шлама в установке для сжигания мусора в Горгене, перемешивали в течение 3-х минут. Затем добавили 0,12 кг состава, указанного в примере 5, и мешали 1 минуту. После этого добавили 1,33 кг жидкого стекла и 1,57 кг NаНSО₃ и после каждой добавки перемешивали в течение 2-х минут. Затем добавили 10,35 кг портландцемента и перемешивали в течение 4-х минут, после чего добавили 21,36 кг воды и мешали полторы минуты. Температура во время перемешивания составляла 56^oС. Получили обработанные отходы с показателем рН=10,8 после обработки и рН 10,2 через 28 дней.

Пример 8

82,60 кг зараженной почвы, взятой из местности, в которой расположен газовый завод, перемешивали с 0,12 кг смеси из примера 1 в течение 2 минут. Затем добавили 6,60 кг цемента и мешали 2 минуты. После этого добавили 10,68 кг воды и мешали полторы минуты. Температура во время перемешивания составляла 25^oС. Получили обработанные отходы с показателем рН 11,3 после обработки и рН 10,2 через 28 дней.