HUT75350A - Method for binding waste materials - Google Patents

Description

A találmány olyan eljárásra vonatkozik, amellyel mérgező és nemmérgező hulladékanyagokat egyaránt meg lehet kötni olyan módon, hogy a hulladékanyagokat szerves abszorbensekben abszorbeálhatjuk, majd a hulladékanyagokat tartalmazó abszorbenseket összekeverjük hidraulikus kötőanyagokkal és megszilárdulást elősegítő aktivátorokkal, hogy a keverékből szilárd auyag keletkezzék.

Ilyen tipusu megoldást ismertetnek a 8 901 240. sz. holland szabadalmi bejelentésben, amely szerint szerves hulladékot abszorbeálhatnak valamilyen módosított agyagféleséggel, majd az igy kapott anyagot összekeverik Portland-cementtel és pernyével. Ilyen módon olyan szilárd végterméket kapnak, amelynek tulajdonságai a megszilárdult betonéihoz hasonlítanak.»

76498-4792-PT

Ezzel a módszerrel jó eredményeket lehet elérni abban az esetben, ba a szervesanyag-tartalom legfeljebb 4 m%. A tapasztalatok azt mutatják, hogy a nagyobb százalékos mennyiségben jelenlevő szerves anyag jelenléte káros, minthogy hátrányosan befolyásolja a cement részvételével végbemenő reakciókat, és ennek eredményeként a keletkezett végtermék szilárdsága kisebb lesz, a megkötött anyag gyorsabban kilugozódik.

Ezen túlmenően azt is észrevették, hogy a cementálódás során az agyag lebomolbat, mert a cementtel alkotott lúgos közegben kilugozódbatnak az agyag alumíniumot tartalmazó komponensei.

Egy másik nehézség annak tulajdonítható, hogy a hulladékanyagokban rendszerint nemcsak szerves anyagok vannak jelen, hanem szervetlenek is, például nehézfémek. Az agyagok azonban nem kötnek meg minden szervetlen anyagot. Ennek a nehézségnek a legyőzése céljából - az egyik ismert megoldás szerint - az adott szervetlen anyaghoz megfelelő adalékot alkalmaznak, amelynek hatására a szervetlen anyag kicsapódik, és igy beépíthető az előállításra kerülő cementanyagba.

Ezzel kapcsolatban azonban meg kell említeni, hogy mivel a végtermék megszilárdult betonhoz hasonlóan viselkedik, az idő múlásával erodoálódik és széttörodeződik. Mint ismeretes, betonok esetében számolni kell azzal, hogy a fagyás/olvadás ciklusok idő/ vei felaprózódáshoz vezetnek, ezért \hát^x figyelmet kell fordítani arra is, hogy a fagy és az olvadás ne fejthesse ki hatását: például le kell fedni a megszilárdult anyagot egy lombtrágyarétéggel. Ezt a megoldást alkalmazzák .a már leirt módon előállított, betonszerü végtermék esetében is. Ezt a technika állásához tartozó végterméket ennélfogva nem is lehet például hidpillérként vagy hasonló rendeltetésű szerkezeti elemként alkalmazni, hanem el kell temetni, vagy alapozóanyagként lehet felhasználni.

Uj eljárást dolgoztunk ki, amellyel teljes mértékben ki lehet küszöbölni az említett nehézségeket, és olyan terméket lehet előállítani, amelyből még abban az esetben sem lugozódik ki a megkötött anyag, ha erózió vagy mechanikai hatások következtében megrepedezik, és amely alkalmazható bármely szennyezett hulladékanyagtipus esetén.

A találmány szerinti eljárást következésképpen az jellemzi, hogy a hulladékanyagot tartalmazó abszorbenst valamilyen bevonóanyaggal kezeljük, mielőtt hozzáadnánk a hidraulikus kötőanyagot és a megszilárdulást elősegítő aktivátort.

Ezzel a kezeléssel a hulladékanyagot tartalmazó abszorbensen bevonat alakul ki a bevonóanyagból, és ennek eredményeként a kész végtermékben levő hulladékanyagot - amely bele van ágyazva a cementbe - nemcsak a be ágyazóanyag’veszi körül, hanem a bevonóanyag is. Ilyen módon tehát egy további gát keletkezik, és igy a kilugzódás gyakorlatilag lehetetlen. Természetesen előnyös, ha a hulladékanyagot tartalmazó abszorbenst részecskék formájában kezeljük a bevonóanyaggal, hogy a hulladékanyagot tartalmazó abszorbensen elég nagy felületet lefedjen a bevonóanyag.

Kimutattuk, hogy az abszorbensben a szerves komponensek például agyagban a szerves vegyületek - nemcsak az abszorbens belső üregeiben képesek megtapadni, hanem megtapadnak a külső felületen is. így az is lehetséges - az adott molekulák méretétől függően -, hogy egyes molekulák az abszorbens belső üregeiben helyezkednek el, ugyanakkor a többi molekula legalább részben mint• · · egy befedi kívülről az abszorbenst, amelyen igy tulajdonképpen egy vékony filmréteg alakul ki.

Bár vékony film formájában az anyagok nem képesek olyan mértékben tapadni, mint abban az esetben, ha az abszorbens belső üregeiben abszórbe álódnak, az abszorbeálódó anyag és az abszorbens közötti kötéserősség kevésbé lényeges, mert a találmány szerinti, hulladékanyagot tartalmazó abszorbenst valamilyen bevonóanyag borítja.

A bevonóanyagos kezelésnek az Í3 nagy előnye, hogy a megkötendő szerves vegyületet úgy lehet abszőrbe áltatni egy organikus agyagkompozicióban, hogy nem kell számolni azzal, hogy a későbbiek folyamán az alkalmazott agyagkompoziciót a felhasznált hidraulikus kötőanyag tönkreteszi. A létrejött közeg pH-ját is csak a későbbi cement ál áshoz kell beállítani.

A bevonóanyagból kialakult réteg előnyös esetben valóban áthatolhatatlan a hidraulikus kötőanyag számára, de a bevonóanyagnak olyannak kell lennie, hogy az általa bevont részecskék számára biztosított legyen a cement anyagába való beépülés, természetesen anélkül, hogy a bevonóanyag vegyi szempontból támadásnak lenne kitéve.

Sziliciumvegyületként célszerű szilícium-polimereket, szilikagélt vagy vizüveget alkalmazni. Ez a felsorolás természetesen nem korlátozó jellegű: más sziliciumvegyületek is felhasználhatók, például szilánok és szilikonok.

A találmány szerinti eljárás egyik igen előnyös megvalósítási módja szerint a szilícium-polimert in situ képezzük, elsősorban olyan módon, hogy granulált nagyolvasztósalakokat erős savval - például kénsavval - reagáltatunk. A reakcióelegy pH-ját « ·· célszerű 3-hál nagyobb értékre - előnyösen 5 körüli értékre beállítani, hogy az ezekben a salakokban jelenlevő kalcium-aluminium-szilikát gyorsan polimerizálódjék.

Felhívjuk a figyelmet arra, hogy önmagában ismert megoldás a vizüveg adagolásával végzett megszilárdítás, illetve a szilícium-polimerek in situ képzése. Ilyen esetekben azonban a kezelendő hulladékanyag kémiailag vagy fizikailag kötött állapotban van jelen a szilíciumot tartalmazó közegben. Az ilyen tipusu üvegesedési” folyamatokban az abszorbensre semmi sem abszorbeálódik, noha a jelenlevő komponensek bensőségesen keverednek egymással. A találmány szerinti eljárás alkalmazásakor ellenben a sziliciumvegyület csak egy bevonatréteget alakit ki a hulladékanyagot tartalmazó abszorbens körül.

Az ismert üvegesedési folyamatok értelmezése megtalálható az 1 51θ 024. sz. EK-beli szabadalmi leírásban, valamint az annak megfelelő, 4 404 105. sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban.

A leírásban a hulladékanyag kifejezés olyan anyagokra vonatkozik, amelyek valamilyen ipari eljárás melléktermékeiként keletkeznek, és káros hatással lehetnek a környezetre, amennyiben kezelés nélkül kerülnek ki a természetbe.

A találmány szerinti eljárást célszerűen a környezet hőmérsékletén valósítjuk meg. így tág mozgástér áll rendelkezésünkre az eljárás megvalósításához: a hulladékanyagokat keletkezésük helyén is kezelhetjük, és igy megtakaríthatjuk a szállítási költségeket .

Annak ellenére, hogy az eddigiek során természetes vagy módosított agyagokat említettünk mindig alkalmazható abszorbens* «· ·*· ként, a találmány szerinti eljárást célszerűen úgy is megvalósíthatjuk, hogy a szerves agyagkompoziciót részben vagy teljes mértékben helyettesítjük cellulózzal.

Minthogy az abszorbens által abszorbeált, megkötésre kerülő hulladékanyag a cementes közegbe való beágyazása előtt valamilyen bevonóanyagból álló fedőréteget kap, a szakemberek számára magától értetődik, hogy elvileg nagyszámú abszorbens felhasználható: a találmány szerinti eljárást nem kell agyagkompoziciók és/vagy cellulóz alkalmazására korlátozni.

Rámutatunk arra is, hogy mivel az ipari hulladékok kezelésére vonatkozó előírások egyre szigorúbbak, a legteljesebb elsőbbséget érdemel minden olyan megoldás, amely teljes védelmet garantál a hulladékanyag tárolás közbeni kilugozódásával szemben.

A szennyezett ipari hulladékanyagokat jelenleg kezeletlen állapotban halmozzák fel úgynevezett C2~es hulladéktárolókban, de ez drága megoldás. Abban az esetben, ha olyan kezelt hulladékokról van szó, amelyek kilugozódási szempontból kielégítik a speciális előírások követelményeit, C^-as hulladéktárolóban is el lehet helyezni a hulladékokat, és ez a tárolási mód jelenleg négyszer olcsóbb, mint a C2-ös megoldás. Ezzel kapcsolatban azonban meg kell jegyezni, hogy a C2~os hulladéktárolókban való elhelyezés engedélyezéséhez további követelményeknek is eleget kell tenni: a kezelt hulladéknak nem szabad porlania, védettnek kell lennie a pont korrózióval szemben, ugyanakkor mindezeken túlmenően tilos ilyen módon az összes cseppfolyós hulladék tárolása.

Ezt a nehézséget teljes mértékben ki lehet küszöbölni a találmány szerinti eljárás alkalmazásával, sőt, a találmány szerin♦··· ···· ti eljárással előállított termékeket fel lehet használni cement részleges vagy teljes helyettesítésére, mert a termékek - mind a cement beágyazóanyag, mind a bevonóanyag jelenlétének köszönhetően - kettős védelemmel rendelkeznek a kilúgozással szemben.

Végül megemlítjük, hogy a találmány tárgyát képezik azok a mérgező vagy nemmérgező, részecskékből álló vagy cseppfolyós hulladékanyagok megkötésére különösen alkalmas, valamilyen abszorbenst és valamilyen hidraulikus kötőanyagot tartalmazó kompozíciók is, amelyeket az jellemez, hogy egyik komponensük valamilyen bevonóanyag·

A bevonóanyag célszerűen valamilyen sziliciumvegyület, elsősorban valamilyen szilícium-polimer, szilikagél vagy vizüveg. Szilíciumtartalmú anyagként, jó eredménnyel lehet felhasználni a nagyolvasztókból kikerült, granulált salakokat.

A találmányt részletesebben a következő példákkal ismertetjük.

1. példa

Montmorillonitot tartalmazó bentonit agyagot mintegy 200 mesh finomságura őröltünk, vagyis az őrleményben levő részecskék körülbelül 0,127 mm átmérőjüek voltak. Ezt a finomra őrölt bentonitot ezután olyan ipari hulladékiszappal kezeltük, amely főtömegében szervetlen komponenseket, elsősorban nehézfémeket, igy arzént, antimont, ónt, rezet, ólmot és higanyt, továbbá - csupán kis mennyiségben - szerves anyagokat, főleg fenolt tartalmazott.

A felhasználásra került agyag mennyiségét előzetesen laboratóriumi kísérlettel állapítottuk meg: annyi agyagot alkalmaztunk, hogy az gyakorlatilag az összes szennyezőanyagot képes volt ···« ♦ ·· ···· • · · abszorbeálni vagy magába zárni. Ha szükség volt rá, az ipari hulladékiszapban jelenlevő viz mennyiségét beállítottuk, hogy az abszorpciós művelet után lényegében granulált terméket kapjunk.

Az ilyen módon kapott, szennyezőanyagokat tartalmazó abszorbenst ezután összekevertük mintegy 2 m% nátrium-szilikáttal, amelyet oldat formájában alkalmaztunk.

Ezt követően vizes zagyot állítottunk elő olyan módon, hogy a leirt módon előállított granulátumból 20 kg-ot összekevertünk 40 kg portlandcementtel és 40 liter vízzel, majd az igy kapott zagyhoz hozzáadtunk 10 kg pernyét.

Az igy keletkezett elegyet 28 napon át magára hagytuk, hogy megszilárduljon.

Az igy kapott szilárd anyagból nem tudtunk kivonni sem nehézfémeket, sem fenolt.

Az eddig ismertetett kísérletet megismételtük azzal a különb séggel, hogy nem alkalmaztunk nátrium-szilikát-oldatot. Az igy kapott anyagból 28 napos szilárdítás után a különböző kilugzási módszerekkel elfogadhatatlanul nagy mennyiségben lehetett mind nehézfémeket, mind szerves anyagokat eltávolítani.

2. példa

Kvaterner ammóniumvegyületekkel módosított agyagokat előszeretettel alkalmaznak olyan ipari hulladékanyagok kezeléséhez, ame lyek 4 m%-nál nagyobb mennyiségben tartalmaznak szerves anyagokat. A példánkhoz felhasznált hulladék mintegy 7 m%-ban tartalmazott szerves anyagokat, főleg fenolt és klór-naftalint.

Az 1. példában ismertetett módon jártunk el: nátrium-szilikátos kezelés után a szennyezőanyagokat tartalmazó abszorbenst • · *··· ···· * · · · · · • · * · · · · · • · · · összekevertük portlandcementtel és pernyével, majd az igy kapott keveréket megszilárdítottuk. A szilárd anyagból nem tudtunk kivonni sem fenolt, sem klór-naftalint.

Ez a szilárd anyag ennélfogva különösen, jól alkalmazható a talajfelszín megemelésénél és elegyengetésénél, illetve gödrök feltöltésénél, hiszen nem áll fenn az a veszély, hogy egy későbbi időpontban kilugzódik.

Ezt a kísérletet megismételtük a nátrium-szilikát-oldat elhagyásával.: Az igy kapott szilárd anyagból a jelenleg elfogadható értéknél nagyobb mennyiségben lehetett kilúgozni szerves anyagokat .

5. példa

Az 1. példa szerint jártunk el azzal a különbséggel, hogy nátrium-szilikát helyett nagyolvasztósalakokat használtunk, amelyekből szilícium-polimert állítottunk elő olyan módon, hogy addig adagoltunk hozzá erős savat - például kénsavat -, amíg a pH körülbelül ^-tq nem csökkent.

Az igy kapott anyaghoz - az 1, példában leírtaknak megfelelően - Portland-cementet és pernyét kevertünk, majd a keveréket megszilárdítottuk. A kapott szilárd anyag kielégíti a C^-as hulladéktárolásra vonatkozó IBC-előirások. szerinti követelményeket.

Megemlítjük, hogy amikor cellulózt alkalmaztunk abszorbensként, ugyanolyan eredményeket kaptunk, mint amikor az 1., a 2. és a 3. példa szerint módosított vagy természetes agyagot használtunk fel. Ezzel kapcsolatban felhívjuk a figyelmet arra, hogy

- 10 a cellulóz alkalmazásának az az előnye, hogy olcsóbbá teszi az eljárást, mert a cellulóz sokkal olcsóbb, mint az agyag.

Claims (8)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Eljárás mérgező és nemmérgező hulladékanyagok megkötésére olyan módon, hogy a hulladékanyagokat valamilyen abszorbenssel abszorbeáltatjuk, majd az igy kapott, hulladékanyagokat tartalmazó abszorbenst összekeverjük valamilyen hidraulikus kötőanyaggal és megszilárdulást elősegítő aktivátorral, azzal j ellemezv e , hogy a hulladékanyagokat tartalmazó abszorbenst valamilyen bevonóanyaggal kezeljük, mielőtt összekeverjük a hidraulikus kötőanyaggal és a megszilárdulást elősegítő aktivátorral.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezv e , hogy bevonóanyagként valamilyen sziliciumvegyületet alkalmazunk.

   5. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal- jellemezv e , hogy sziliciumvegyületként valamilyen szilícium-polimert, szilikagélt vagy vizüveget alkalmazunk.
3. 4. A 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezv e , hogy olyan szilícium-polimert alkalmazunk, amelyet nagyolvasztósalakokból állítottunk elő.
4. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az egyes műveleteket a környezet hőmérsékletén végezzük el.
5. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy abszorbensként cellulózt alkalmazunk, adott esetben valamilyen szerves agyagkompozició jelenlétében.

   - 12
6. 7. Mérgező vagy nemmérgező, részecskékből álló vagy cseppfolyós hulladékanyagok megkötésére különösen alkalmas kompozíciók, amelyek valamilyen abszorbenst és valamilyen hidraulikus kötőanyagot tartalmaznak, azzal jellemezve, hogy valamilyen bevonóanyag is van bennük.
7. 8. A 7· igénypont szerinti.kompozíciók, azzal jellemezve, hogy bevonóanyagként valamilyen -sziliciumvegyületet, előnyösen szilícium-polimert, szilikagélt vagy vizüveget tartalmaznak.
8. 9. A 7· vagy a 8. igénypont szerinti kompozíciók, azzal jellemezve, hogy bevonóanyagként olyan szilícium-polimert tartalmaznak, amelyet granulált nagyolvasztósalakokból állítottunk elő.