Спосіб обробки донних мулистих відкладень

1. Спосіб обробки донних мулистих відкладень, що послідовно включає в себе стадію, на якій спінюють донні мулисті відкладення за контрольованих умов для одержання піни, що має густину меншу, ніж 90% від густини донних мулистих відкладень, і подальше сушіння піни. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відносна густина піни є меншою, ніж 85% від густини донних мулистих відкладень. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що відносна густина піни знаходиться у межах між 55 і 65%. C2 2 (19) 1 3 79996 лами або небезпечним органічним матеріалом (що, як правило, являє собою випадок осадів від очищення водних шляхів), ці засоби є, очевидно, неприйнятними. До того, як вони зможуть зберігатися, насправді, донні мулисті відклади повинні оброблятися, щоб відповідати тестам на відсутність токсичності. У цьому відношенні, для полегшення маніпуляцій з донними мулистими відкладами та їх зберігання, важливо мати можливість для їх ефективного та економічного сушіння. Для обробки великих кількостей донних мулистих відкладів, відоме їх змішування з фосфорною кислотою і вплив на суміш кальцинування, щоб зробити інертними важкі метали, що містяться в донних мулистих відкладах, і зруйнувати органічний матеріал SOLVAY [FR 2815338]. Однак використання цього відомого способу має той недолік, що він відносно дорого коштує, зокрема, через споживання енергії, яке він включає для сушіння донних мулистих відкладів під час їх кальцинування. Крім того, рідкий стан фосфатованих донних мулистих відкладів виявляється як складність під час різних типів маніпуляцій. Задачею даного винаходу є створення способу обробки донних мулистих відкладів, який є більш економічним, ніж вказаний відомий спосіб, і який швидко перетворює донні мулисті відклади у продукти, що мають механічну міцність, достатню для простого здійснення маніпуляцій, наприклад, за допомогою будівельних механізмів (механічних копачів, бульдозерів і тому подібне). Отже, даний винахід відноситься до способу обробки донних мулистих відкладів, який послідовно включає в себе стадію спінення донних мулистих відкладів за контрольованих умов, що робить можливим одержання піни, яка має густину, меншу, ніж 90%, від густини донних мулистих відкладів, і стадію сушіння піни. Термін "донні мулисті відклади" означає будьяку водну речовину, що містить твердий матеріал у суспензії. Вони можуть бути природного походження або можуть одержуватися внаслідок додавання води до порошкоподібної твердої речовини, що одержується, наприклад, за допомогою подрібнення. Коли донні мулисті відклади природного походження, вони переважно містять мул, грязь і мінеральний матеріал у суспензії (пісок або навіть великий гравій). Донні мулисті відклади, одержані від очищення водних шля хів або із забруднених грунтів, складають приклади донних мулисти х відкладів природного походження, до яких застосовується даний винахід. Крім того, донні мулисті відклади, одержані від додавання води до попелу від спалювання сміття або до залишків від подрібнення засобів пересування, являють собою приклади штучни х донних мулистих відкладів, до яких застосовується даний винахід. Ширина розподілу розмірів частинок у суспензії, в донних мулистих відкладах, може бути дуже високою, наприклад, від менше ніж 1 мікрона до декількох сотень мікронів, або навіть декількох міліметрів. Донні мулисті відклади часто мають високий вміст дуже дрібнодисперсних частинок. Часто, 10% маси сухих донних мулистих відкладів складається з частинок, що мають діаметр менший, ніж 5 мікронів, у той 4 час як вміст частинок, що мають діаметр, більший, ніж 500 мікронів, може складати до декількох відсотків. Крім того, гістограми розмірів частинок у деяких донних мулистих відкладах мають характерні особливості мультимодальності, тобто, так би мовити, вони мають декілька піків. Для способу за даним винаходом, донні мулисті відклади, що мають, під час спінення, вміст сухого матеріалу, менший, ніж 70%, є особливо придатними, вміст сухого матеріалу визначається як відсоток масовий сухого матеріалу, що міститься у донних мулисти х відкладах. У даному описі, вміст сухого матеріалу зразка визначається за допомогою обчислення відношення маси зразка до і після 4 годин перебування у печі, що підтримується при 100°С. Вміст сухого матеріалу, менший, ніж 30%, або, у деяких випадках 40%, переважно, повинен виключатися. Відповідно до даного винаходу, здійснюється спінення донних мулистих відкладів, після чого донні мулисті відклади знаходяться у вигляді піни (піна означає для даного вихідного матеріалу стан цього матеріалу, що має густину, меншу, ніж у вихідного матеріалу). Ця головна характеристика даного винаходу робить можливим полегшення подальших маніпуляцій з донними мулистими відкладами. Насправді, було помічено, що після періоду зберігання, що змінюється, як правило, від 2 до 7 днів, переважно, від 4 до 6 днів, протягом якого донним мулистим відкладам, спочатку у стані піни, дається можливість постояти при звичайних зовнішніх температурах (але виключаючи заморожування), їх консистенція близька до консистенції твердої речовини. У цей момент, донними мулистими відкладами легко маніпулювати за допомогою будівельних машин, таких як механічні копачі або бульдозери, в той час коли вони як і раніше містять досить багато води (як правило, до 40% масових). Піни низької густини, видимо, дають кращі консистенції. Густина піни повинна бути меншою, ніж 90% від густини донних мулистих відкладів перед обробкою. Значення, менші, ніж 85%, наприклад, менші, ніж 80%, переважно, менші, ніж 75%, є переважними. Є переважним, щоб густина не падала нижче 50%. Значення у межах між 55 і 65% є особливо придатними для використання. Спінення донних мулистих відкладів може здійснюватися за допомогою будь-якої відомої технології спінення, придатної для донних мулистих відкладів, які повинні оброблятися. Спінення може одержуватися, зокрема, хімічним способом, за допомогою додавання реагентів, які спричиняють виділення газу по місцю. У переважному варіанті здійснення, для одержання виділення газів використовується взаємодія кислоти, такої як хлористоводнева, сірчана або фосфорна кислота, наприклад, з карбонатом. Спостерігається, що виділення газоподібного H2S під час фосфатизації покращує спінення донних мулистих відкладів. Додавання або присутність поверхнево-активних речовин, які стабілізують піну, також є сприятливим. У зв'язку з цим, спостерігається, що ряд гумінових кислот, присутніх у донних мулисти х відкладах, одержаних від очищення водних шляхів, 5 79996 сприятливо впливають на спінення, ймовірно, через їх поверхнево-активні властивості. В залежності від донних мулистих відкладів, що обробляються, буде доречним необов'язкове додавання ряду поверхнево-активних речовин, для одержання піни, що має густину відповідно до даного винаходу. Вибір найбільш відповідної поверхневоактивної речовини і такої її кількості, яка повинна використовува тися, буде здійснюватися на основі прецедентів, способом, який сам по собі відомий. Крім того, є переважним, щоб донні мулисті відклади зазнавали механічного перемішування для полегшення спінення. Інтенсивність перемішування вибирається відповідно до конкретних умов для використання способу за даним винаходом. Для механічного перемішування переважним є, щоб воно не було надто інтенсивним. Використання шнеків для перемішування повинно, загалом, виключатися, оскільки вони частіше за все перешкоджають утворенню піни. Використання трубчастих реакторів, які являють собою сегменти труб, забезпечені статичними змішувачами, або без них, є рекомендованим. Вони переважно повинні бути виконані таким чином, щоб час перебування в них знаходився у межах між 2 і 10 секундами. У кожному випадку, механічне перемішування встановлюється таким чином, щоб сприяти спіненню відповідно до даного винаходу. У деяких випадках, переважним є додавання реагенту, що викликає спінення, у донні мулисті відклади перед їх проходженням через насос, причому цей насос буде викликати бажане механічне перемішування. Використання статичних змішувачів також може бути переважним для одержання оптимальної інтенсивності механічного перемішування. Відповідно до переважного варіанту здійснення даного винаходу, спосіб включає в себе фосфатизацію донних мулисти х відкладів, переважно, перед спіненням. Спостерігається, що фосфа тизація донних мулистих відкладів, у поєднанні з їх спіненням, робить можливим одержання відходів, в яких токсичні сполуки, присутні у донних мулистих відкладах, стають інертними, і в результаті, коли відходи зберігаються, ці токсичні сполуки не забруднюють навколишнє середовище місця зберігання. Цей варіант здійснення є особливо переважним, коли оброблені донні мулисті відклади містять важкі метали. Під висловом "важкі метали" розуміються метали, в яких густина дорівнює, щонайменше, 5 г/см 3, а також берилій, миш'як, селен і сурма, відповідно до загальноприйнятого визначення [Heavy Metals in Wastewater and Sludge Treatment Processes; Vol I, CRC Press Inc; 1987; page 2]. Свинець являє собою їх особливо важливий приклад, через його шкідливий вплив на організм людини. У цьому варіанті здійснення донні мулисті відклади, переведені в інертну форму, можуть також містити металевий алюміній. Переважно, фосфатизація здійснюється за допомогою додавання фосфорної кислоти до донних мулистих відкладів. У цьому випадку, спінення і переведення в інертну форму можуть здійснюватися одночасно, зокрема, для донних мулистих відкладів, одержаних при заглибленні дна водних шляхів, і для донних мулистих відкладів, одержаних при 6 додаванні води до залишків від подрібнення моторизованих засобів пересування. Кількість фосфорної кислоти, яка повинна використовуватися, залежить від конкретної композиції донних мулистих відкладів, які повинні оброблятися, і, зокрема, від вмісту важких металів. На практиці, повинна використовуватися кількість, у відношенні до маси сухого матеріалу, що дорівнює, щонайменше, 1% масовий (переважно, 2%). Є переважним, щоб кількість фосфорної кислоти була меншою, ніж 15% масових. Як правило, придатними для використання є кількості, що знаходяться у межах між 2 і 6%. Відповідно до переважного варіанту даного винаходу, донні мулисті відклади сушать за допомогою технологій, пов'язаних з компостуванням. Далі, у даному описі, "висушені донні мулисті відклади" означає продукт, одержаний від сушіння піни. Цей продукт більше не повинен обов'язково знаходитися у стані піни, оскільки під час її сушіння, піна намагається ущільнитися. Компостування являє собою добре відому технологію для обробки відходів, що ферментуються (здатних до ферментування), таких як рослинні відходи. Воно в основному полягає у зберіганні відходів протягом тривалого періоду, у контакті з повітрям, при температурі навколишнього середовища, зовні, щоб зробити можливим деградування органічного матеріалу, що міститься у відходах, і видалення з них, за допомогою перколяції рідини, яку вони містять. Використання, відповідно до цього варіанту здійснення даного винаходу, технологій, пов'язаних з компостуванням, для сушіння спінених донних мулисти х відкладів, що містять органічний матеріал - навіть такий, що не ферментується - і важкі метали, робить можливим несподіване одержання високого вмісту сухого матеріалу дуже економним способом. При цьому зменшується споживання енергії протягом необов'язкового подальшого кальцинування донних мулисти х відкладів. Сушіння спінених донних мулистих відкладів за допомогою технологій, пов'язаних з компостуванням, навіть робить можливим усунення стадії кальцинування, коли деградація органічного матеріалу, який одержується, є достатньою. У частині опису, що залишилася, вислів "сушіння" завжди буде розумітися як позначення сушіння за допомогою технологій, пов'язаних з компостуванням. Протягом сушіння, донні мулисті відклади зберігаються протягом періоду, досить тривалого для спонтанного вивільнення води під дією сили тяжіння. Необхідним є період сушіння, більший ніж 24 години. Є переважним, щоб сушіння тривало, щонайменше, 48 годин. Сушіння протягом більш ніж одного місяця, видимо, не є необхідним. На практиці, придатними для використання є періоди сушіння, що знаходяться у межах між одним і двома тижнями. Як пояснювалося вище, коли, відповідно до даного винаходу, донні мулисті відклади існують у вигляді піни, сушіння донних мулистих відкладів є більш простим і більш ефективним. Насправді, покращення консистенції донних мулистих відкладів робить можливим маніпуляції з їх масою за допомогою звичайних будівельних машин і робить 7 79996 можливим, зокрема, перевертати їх протягом компостування. Це робить можливим більш швидке одержання бажаного вмісту сухого матеріалу. Відповідно до рекомендованого варіанту цього варіанту здійснення, сушіння здійснюється за таких умов, що після 12 днів сушіння, висушені донні мулисті відклади досягають вмісту сухого матеріалу, що перевищує 65%, переважно, 70%. Сушіння здійснюється безпосередньо на грунті. Однак, у переважному варіанті здійснення способу за даним винаходом, піна розташовується на шарі піску. Відповідно до рекомендованого варіанту цього варіанту здійснення, сам шар піску розташовується на мембрані, непроникній для води, для запобігання забрудненню грунту важкими металами, і щоб зробити можливим добування води, що надходить від фосфатованих донних мулистих відкладів, під час компостування. Придатними для використання є мембрани, виготовлені з пластику, наприклад, поліетилену або ПВХ. Сушіння може здійснюватися на відкритому повітрі, зовні, без заходів захисту противпливу дощу і значних змін температури, за умови, що остання залишається вищою 0°С. Проте, переважним є використання обмеженої системи сушіння, такої як траншея для компостування. Такі траншеї для компостування добре відомі у галузі промислової обробки органічних відходів, здатних до ферментування. Траншея для компостування переважно має системи для циркуляції повітря і системи для збирання і обробки газів, що виділяються, таких як сірководень. Сірководень переважно добувається і обробляється, наприклад, на біологічному фільтрі, або повторно інжектується під час необов'язкового кальцинування. Переважним є, щоб траншея для компостування містила шар піску, розташований на мембрані, непроникній для води. Відповідно до переважного варіанту здійснення даного винаходу, зокрема, коли донні мулисті відклади містять велику кількість органічного матеріалу, або коли останній не розкладається у достатній мірі під час сушіння, висушені донні мулисті відклади кальцинують. У донних мулистих відкладах органічний матеріал може бути у рідкому стані або у твердому стані. Він може містити, наприклад, неполярні вуглеводні, (моно- або поліциклічні) аліфатичні або ароматичні вуглеводні і галогеновані розчинники. Кальцинування призначене для руйнування цього органічного матеріалу. Як правило, кальцинування здійснюється при температурі, більшій, ніж 450°С, так що органічний матеріал руйнується до достатньої міри. Бажаним є виключення надмірно високої температури, яка призвела б до випаровування деяких важких металів. На практиці, температура кальцинування є меншою, ніж 1000°С. У переважному варіанті способу за даним винаходом, температура кальцинування є більшою, ніж 500°С і меншою, ніж 800°С. Для особливо гарного руйнування органічного матеріалу і для випаровування важких металів, настільки малого, наскільки це можливо, особливо переважним є, щоб температура кальцинування знаходилася у межах між 550°С і 750°С. 8 Спостерігається, що переважним є здійснення кальцинування в атмосфері, що контролюється. Для здійснення цього, у конкретному варіанті здійснення способу за даним винаходом, ця атмосфера є окиснювальною. Цей варіант сприяє осадженню, надалі, необов'язкового цементу, як описано нижче. У цьому випадку, є можливим використання, наприклад, навколишнього повітря. Необхідно забезпечити наявність у печі достатньої кількості повітря. В іншому конкретному варіанті здійснення, ця атмосфера є відновною. Цей варіант здійснення є особливо переважним у тому, що він інгібує утворення хрому VI. Тривалість кальцинування залежить від композиції донних мулистих відкладів, які повинні оброблятися, і від розташування матеріалу у печі для кальцинування. Вона також повинна бути достатньою для руйнування органічного матеріалу і, коли донні мулисті відклади є фосфатованими, для виробництва достатньої кількості пірофосфату. У конкретному варіанті здійснення способу за даним винаходом, продукт, одержаний на стадії кальцинування, змішують з водою, а потім піддають осіданню і отвердінню. У цьому варіанті здійснення, відновлювальну домішку переважно включають у воду для змішування. Як приклад, ця домішка може вибиратися зі сполук заліза, марганцю, заліза (II), сполук марганцю (II) і відновлювальних солей лужних металів. Переважним є сульфіт натрію. Відновлювальний агент переважно додається у кількості, по масі, що знаходиться у межах між 0,1 і 1% масовим, від маси сухого матеріалу, що міститься у донних мулисти х відкладах. Під час стадії кальцинування, деякі донні мулисті відклади, зокрема, такі, які багаті кальцитом, утворюють пуцоланові матеріали. У цьому випадку, для здійснення осідання і отвердіння, додавання гідравлічного зв'язуючого не є необхідним. Коли гідравлічне зв'язуюче є необхідним для здійснення осідання і отвердіння, його точна композиція є не дуже критичною. Воно звичайно складається із портландцементу. Пуцоланові матеріали, такі як зола від спалювання деревного вугілля, також можуть бути придатними для використання. Під час змішування гідравлічного зв'язуючого з продуктом, що кальцинує і призначений для формування цементу, є необхідним додавання кількості води для змішування, достатньої для одержання пластичної пасти. Кількість гідравлічного зв'язуючого, яка повинна використовуватися, залежить від різних параметрів, зокрема, від вибраного гідравлічного зв'язуючого, від композиції донних мулистих відкладів і від бажаних властивостей кінцевого продукту способу обробки відповідно до даного винаходу, зокрема, йогомеханічної міцності. На практиці, часто рекомендується використання кількості зв'язуючого, по масі, більшої, ніж 1% масовий, від маси золи, що кальцинує. Відповідно до даного винаходу, є бажаним, щоб маса гідравлічного зв'язуючого була меншою, ніж 50%, а переважно, не перевищувала 30%. У переважному варіанті способу за даним винаходом, використовується кількість, по масі, гід 9 79996 равлічного зв'язуючого більша, ніж 2%, і менша, ніж 20%, від продукту, що кальцинує. Форма твердої маси, одержаної після отвердіння, яке може продовжуватися протягом декількох днів, є такою, якої набуває цемент. Вона може включати в себе, наприклад, брикети, або сферичні або призматичні блоки. Вона є компактною, по суті не містить включень газів, і тому виявляє хороші механічні властивості, зокрема, твердість і ударостійкість, які є достатніми, щоб зробити можливим їх зберігання і маніпуляції з ними без якихнебудь складностей. Тверда і компактна маса, одержана після отвердіння, відповідає стандартам токсичності відносно продуктів вилуговування, що добуваються, відповідно до суворих процедур, таких як ті, які визначаються стандартами "TL" або "NEN". Французьке дослідження на потрійне вилуговування "TL" описується у стандарті Франції ХРХ 31-210. Протокол для дослідження полягає у подрібненні матеріалу таким чином, щоб він був здатний проходити через 4мм сито. Цей подрібнений матеріал піддають потрійному вилуговуванню за допомогою демінералізованої води, при відношенні рідина/твердий матеріал, рівному 10, при постійному перемішуванні. Після кожного вилуговування, вимірюють вміст важких металів у промивальній рідині для порошку, що піддається дослідженню. Голландське дослідження "NEN" полягає, у частині його, у дрібнодисперсному подрібненні зразка (менше 125мкм) і у додаванні до нього води при відношенні вода: твердий матеріал 50. Потім його витримують протягом трьох годин при рН 7, а потім, також протягом трьох годин, при рН 4 (який являє собою мінімальний рН дощової води). рН безперервно встановлюється за допомогою 1 н розчину азотної кислоти (некомплексотвірна кислота). Потім вміст важких металів у рідкій фазі визначається за допомогою аналізу. Відповідно до Американського дослідження TCLP [Toxicity Characteristic Leaching Procedure процедура характеризації токсичності при вилуговуванні], відбирають 100г твердого матеріалу, що проходить через 9,5мм сито, і зразок приводиться у контакт, протягом 18 годин, з 2000мл розчину, що містить 6г/л СН 3СООН + 2,57г/л NaOH (рН 4,9). Потім матеріал фільтрують на скловолокні, 0,60,8мкм. Спосіб за даним винаходом може застосовуватися, наприклад: - до донних мулистих відкладів, одержаних при відстоюванні стічних вод промислового або міського походження; - до донних мулистих відкладів, одержаних при очищенні грунтів, таких як фунти певних промислових майданчиків; - до донних мулистих відкладів, одержаних при додаванні води до залишків після подрібнення моторизованих засобів пересування або золи після спалювання сміття; - до осадів, одержаних при заглибленні дна або очищенні рік, ставків, відстійників або колекторів, і 10 - до осадів, одержаних при очищенні водних шляхів (наприклад, портів, озер, рік, каналів). Даний винахід є особливо придатним для донних мулисти х відкладів, які складаються з осадів, що одержуються при очищенні водних шляхів. Суть винаходу пояснюється на кресленні, на якому: на Фіг.1 представлені порівняльні зміни вмісту сухого матеріалу донних мулисти х відкладів під час зберігання при 25°С, відповідно до того, зазнавав він спінення відповідно до даного винаходу, чи ні. Приклади, опис яких наводиться далі, показують важливість даного винаходу. Приклад 1 (відповідно до даного винаходу) У прикладі 1 обробляють зразки донних мулистих відкладів від заглиблення дна водних шляхів. Композиція, по масі, головних забруднюючих домішок у донних мулистих відкладах представлена у наведеній далі таблиці 1: Таблиця 1 Складові Cd Co Cr Си Fe Pb Zn Органічні матеріали Вода Вміст, по масі (від маси сухого матеріалу) 9мг/кг 40мг/кг 92мг/кг 88мг/кг 25200мг/кг 112мг/кг 428мг/кг 48г/кг 417г/кг Донні мулисті відклади мають густин у 1,54кг/дм 3. До донних мулистих відкладів додають 5% (від маси сухого матеріалу) фосфорної кислоти, 85%. Одержану суміш вводять у тр убчастий реактор, на виході з якого суміш знаходиться у вигляді піни, що має відносну густину у межах між 0,8 і 0,9. Потім піну поміщають у циліндричні контейнери, що мають діаметр 10см і глибину приблизно 1см. Контейнери поміщають у потік повітря, що має температуру 25°С і швидкість 1,5м/сек, протягом 100 годин, протягом цього періоду зразки безперервно зважують. Значення вмісту сухого матеріалу обчислюють за результатами зважування. Результати представлені на Фіг.1. Приклад 2 (не відповідає даному винаходу) У прикладі 2 здійснюють процедуру, як у прикладі 1, за винятком того, що до донних мулистих відкладів не додають фосфорну кислоту. Значення вмісту сухого матеріалу у різні моменти часу представлені на Фіг.1. Порівняння результатів прикладів 1 і 2 ілюструє вплив спінення відповідно до даного винаходу на зміну згодом вмісту сухого матеріалу донних мулистих відкладів, що обробляються. Приклад 3 (відповідно до даного винаходу) У прикладі 3 обробляють зразки донних мулистих відкладів, зібрані з місця для розподілу донних мулисти х відкладів після заглиблення дна. Композиція головних забруднюючих домішок, по 11 79996 12 масі, у донних мулисти х відкладах представлена у наведеній далі таблиці 2: Таблиця 2 Складові Cd Co Cr, таблиця 1 Си Ni Pb Zn Органічний матеріал Вода Вміст, по масі (від маси сухого матеріалу) 1,9мг/кг 14мг/кг 95мг/кг 100мг/кг 22мг/кг 78мг/кг 385мг/кг 31г/кг 420г/кг Донні мулисті відклади мають густин у 1,67кг/дм 3. До донних мулистих відкладів додають 2,5% (від маси вмісту сухого матеріалу) фосфорної кислоти. Потім фосфатовані донні мулисті відклади відкачують за допомогою перистальтичного насоса і вводять у прозорі колони, що мають висоту 1220мм і діаметр 100мм. Колони закупорюються на їх нижній основі дротяною сіткою, що має 1мм отвори, покриті текстилем. Сам текстиль покривають шаром піску (товщина приблизно 1см). Густину донних мулистих відкладів, які знаходяться у вигляді піни, потім обчислюють за вимірюваннями висоти піни у колоні та її маси. Одержують значення 1,4кг/дм 3. У цей момент, вміст сухого матеріалу дорівнює 50%. Після 4 днів зберігання у колоні, при температурі 30°С, густина збільшується до 1,7кг/дм 3, і вміст сухого матеріалу становить 52,9%. У кінці зберігання, зразки піддають дослідженню вилуговування "TCLP", визначеному вище. Результати досліджень представлені у таблиці 3 (у мг/л): Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін Таблиця 3 рH 4,9 Cd