Хемо- и биогенные отходы

Био- и хемогенные отходы часто имеют сходные технологические характеристики, связанные с образованием тонкодисперсной, с высокой водоудерживающей способностью, структуры. Эффективность использования этих высокоактивных материалов существенно снижается из-за значительных структурных изменений, связанных, в основном, с переходом от коагуляционно-тиксотропных структур к конденсационно-кристаллизационным. Этот переход при синтезе, например, строительных композитов может сопровождаться значительными усадками, резким ухудшением физико-механических характеристик готовой продукции. Поэтому для био- и хемогенных продуктов в ряде случаев необходимы специальные приемы переработки, например, гидротермальная либо термическая обработка, или использование их как активной добавки в традиционные технологии при строгом соблюдении дозировки. В последнем случае оптимальными являются гидротермальный синтез (силикатные бетоны) или обжиговые технологии (например, портландцементный клинкер, керамические изделия).

В процессе промышленного производства, что особенно характерно для химических биологических переделов, образуется целый ряд техногенных отходов, характерной особенностью которых является наличие аморфных составляющих. Эти отходы отличаются чрезвычайным разнообразием по составу, свойствам, и поэтому для каждого конкретного вида суспензий рекомендуется изыскивать свои приемы обработки и утилизации. Наиболее часто для их утилизации применяют термические способы обезвреживания и захоронение, что неэффективно для столь крупнотоннажных отходов и, кроме того, создает значительные трудности экологического характера. Более эффективным для переработки шламовых отходов может быть использование их в производстве строительных материалов. Однако при этом следует выделить ряд общих свойств шламов:

— высокая водоудерживающая способность,

— наличие коагуляционных структур, ухудшающих их осаждение и уплотнение,

— нетехнологичность осадков (высокая вязкость) после фильтрационного обезвоживания,

— снижение качества ряда композиционных материалов при введении в их состав тонкодисперсных шламов.

Микроскопическое исследование таких шламов показало, что чаще всего они представляют собой аморфно-кристаллические конгломераты. Аморфная составляющая (отличающаяся высокой водоудерживающей способностью) имеет различную природу. Например, в асбестите (отход производства асбестоцементных изделий) это, чаще всего, гидрооксиды кальция, хрома, тонкодисперсные коллоидные частицы цемента и асбеста. В шламах, отходах керамических производств это – гидрооксиды кальция, железа или алюминия, которые используются в качестве коагулянтов, полимерные композиции (флокулянты) и т.д.

На рис. 4 показаны микрофотографии шламов керамических производств, получаемых на участке водоподготовки в объединении строительных материалов и бытовой техники (г. Старый Оскол, ОСМиБТ). Снимки сделаны в проходящем и отраженном свете. В отраженном свете отчетливо видны более светлые кристаллические вкрапления и тусклая аморфная составляющая.

Установлено, что подобные структуры обеспечивают высокую реакционную способность материала, но очень часто при их использовании для производства строительных материалов имеет место резкое снижение прочности. Рост физико-механических показателей композитов может быть обеспечен только при использовании гидротермальной обработки, обжига, то есть в тех случаях, когда формирование строительного материала идет через создание в аморфной составляющей вторичной активированной структуры, что непосредственно связанно с потерей физической и кристаллизационной воды.

1 2

Рис. 4. Микрофотографии аморфно-кристаллического конгломерата шлама участка водоподготовки ОСМиБТ в проходящем (1) и отраженном (2) свете.

Таким образом, можно предположить, что при изменении технологии первичной переработки тонкодисперсных шламов можно, в принципе, получать на их основе высококачественные строительные материалы и изделия. При этом могут быть реализованы два наиболее эффективных направления переработки шламовых отходов:

1. Использование структурной неустойчивости и высокой реакционной способности тонкодисперсных шламовых отходов непосредственно при производстве строительных материалов. Однако эффективное применение шламов возможно лишь в технологиях, включающих автоклавную обработку или обжиг. Ограниченным должно быть и количество шламов, применяемых как добавки.

2. Предварительная термическая или гидротермальная стабилизация шламов резко расширяет сферу их применения. В этом случае они могут быть использованы и в бетонах, твердеющих в нормальных условиях. Существенно выше может быть общее содержание шламов и в композиционных материалах. С учетом высокой влажности этого отхода наиболее эффективной является предварительная гидротермальная обработка.

Особенно важным при решении вопроса использования шламовых отходов в производстве строительных материалов является выбор технологии первичной переработки отхода. Неверное решение может сделать нерентабельным весь производственный процесс.

Изучение технологий кондиционирования и переработки отходов, а также наши исследования позволили предложить ряд наиболее простых и эффективных технологических операций:

1. Концентрирование стоков с использованием отстойников (иногда с использованием коагулянтов и флокулянтов),

2. Прямое использование концентрированных шламов в технологических процессах производства строительных материалов (в составе керамических шликеров, шламов для производства портландцементного клинкера с влажностью около 40%, в пластичных и полусухих технологиях формовки глиняного или силикатного кирпича с влажностью 8-20%). Водосодержание шламов выбирают таким, чтобы обеспечить достаточную их текучесть и стабильность суспензии – 50-90%. При этом влага шламовых отходов заменяет обычно применяющуюся технологическую воду.

Общая технологическая схема утилизации шламовых отходов показана на рис. 5. Отдельные технологические переделы этой схемы могут быть исключены, например, автоклавирование для большей части минеральных шламов, реагентная обработка и осаждение для грубодисперсных суспензий и т.д.

Перспективность именно такой универсальной технологии, отказ от интенсивных приемов обезвоживания осадков подтверждается не только нашими исследованиями, но и рядом работ, проводимых в различных отраслях промышленности. Рассмотрим возможности ее применения на асбестите ОАО Белгородасбестоцемент и шламовых отходах керамических производств ОСМиБТ.

Известны разнообразные исследования по возможности утилизации асбестита – использование в производстве керамики, портландцементного клинкера, бетонов различного состава и назначения и т.д. Однако проблема утилизации этого отхода остается, поскольку остаются технологические проблемы, свойственные шламовым отходам в целом. Наиболее перспективным, по нашему мнению, является направление возврата рециркуляционной воды с частицами асбестита в производственный цикл. В этом случае суспензия из первичных цеховых отстойников (рекуператоров) с введением соответствующих корректирующих добавок возвращается в производство.

Рис. 5. Общая технологическая схема кондиционирования и переработки шламовых отходов

Проведенные на сырье и оборотной воде ОАО Белгородасбестоцемент лабораторные исследования подтвердили, что с рециркуляционной водой может быть возвращен в технологический цикл почти весь образующийся асбестит. При этом введение до 1,5 % асбестита (от веса сухих сырьевых материалов) незначительно меняет качество готовой продукции. Однако, как и следовало ожидать, даже такое небольшое введение шлама в изделие, твердеющее в условиях пропарки, вызывает, пусть и небольшое, но ухудшение прочностных характеристик.

Остаточное количество асбестита, а также асбестит в отвалах может быть использован для производства гранулированного заполнителя и последующего выпуска на его основе конструкционно-теплоизоляционных бетонов. Промышленные испытания, проведенные в ОАО «Белгородасбестоцемент», показали возможность производства асбеститоцементнопесчаных пустотелых бетонных стеновых блоков с плотностью 900-1600 кг/м³. Причем, основой гранул служит обезвоженный асбестит из отвалов, а доведение массы до технологической влажности производят сконцентрированной суспензией асбестита с влажностью около 80%. Технологическим приемом, снижающим влияние структурной неустойчивости асбестита, является предварительная пропарка (обработка паром при температурах до 80-90⁰С) или запарка (обработка насыщенным паром при повышенном давлении и температуре до 180⁰С) гранул. Разработана технология производства стеновых асбеститоцементнопесчаных бетонных камней.

Достаточно эффективным является использование асбестита для производства силикатных бетонов. Причем, и в этом случае асбестит лучше вводить с использованием предлагаемой технологии в виде суспензии на стадии гашения извести. Лабораторные исследования, проведенные на сырье и в технологических условиях ОАО «Стройматериалы», показали возможность повышения прочности бетона при снижении его плотности. На рис. 6 показана зависимость физико-механических свойств силикатного бетона от содержания асбестита (содержание гашеной извести в образцах постоянно – 10% от массы песка, испытания проводились на образцах – цилиндрах диаметром и высотой 30 мм, давление прессования 20 МПа, запарка изделий проводилась при давлении 1,0 МПа в течение 6 часов).

С использованием технологических приемов, исключающих глубокое обезвоживание шламовых отходов, решались соответствующие проблемы в объединении строительных материалов и бытовой техники (ОСМиБТ), где производят изделия санитарно-технической керамики, плитку, а также кирпич и черепицу [10]. Было предложено для предварительного разделения суспензий использовать цеховые накопители. При этом подвергается быстрому осаждению наиболее крупнодисперсная фракция. Верхние слои воды, в которых присутствуют самые тонкодисперсные примеси, сбрасываются на участок водоподготовки, где с использованием реагентов очищаются в отстойнике-осветлителе и шламоуплотнителе. Дополнительное обезвоживание шламов, например, с помощью фильтр-прессов, оказывается нетехнологичным, так как обезвоженные шламы с влажностью 50-60% трудно транспортировать и дозировать для последующего использования в производстве. Это, в принципе, свойственно для всех шламовых отходов. Поэтому шламы после шламоуплотнителя с влажностью около 80% направляются в цех подготовки материалов. Туда же направляют остаток вод из цеховых отстойников-накопителей (после барботирования воздухом) с концентрацией дисперсной фазы

около 20%, а также другие высококонцентрированные стоки.

Рис. 6. Зависимость плотности (1) и прочности на сжатие (2)
силикатного бетона от содержания вводимого асбестита.

Как показали исследования, наиболее эффективным является использование шламов и концентрированных суспензий при производстве керамической плитки для полов. Рецептура приготовления шликера подобрана таким образом, что содержание высокоактивных аморфно-кристаллических структур составляло около 3-4%, что не влияло на текучесть и стабильность получаемых шликеров, а качество получаемых изделий даже увеличилось.

В результате проведенных работ на ОСМиБТ снизилась нагрузка на очистные сооружения, и отпала необходимость в строительстве и монтаже дополнительного водоочистного оборудования. Существенно сократился объем потребления свежей воды, уменьшился сброс сточных вод и расход реагентов на ее очистку. Прекращен вывоз шламов в отвалы, обеспечена существенная экономия ценного минерального сырья. Экологический эффект от сокращения объемов шламов, вывозимых в отвал, составил более 2 млрд. руб в год (в ценах 1997 года). Экономический эффект только от сокращения расхода сырьевых компонентов составил около одного млн. руб.

Таким образом, отказ от интенсивных технологий обезвоживания шламовых отходов позволяет без серьезных капитальных вложений решать вопросы утилизации и переработки отходов с использованием их в мокрых и полусухих технологиях производства строительных материалов.

Дата добавления: 2014-11-07