Новые методы переработки и утилизации твердых бытовых отходов с применением монтмориллонита

Рассматривается новый метод обращения с твердыми бытовыми отходами, в том числе организация отдельного их сбора, обогащения питательными элементами с использованием монтмориллонита.

Проблема твердых бытовых отходов в настоящее время становиться все более актуальной. Рост населения и общее повышение уровня жизни привели к увеличению потребления товаров и, как следствие, упаковочных материалов одноразового использования, что сильно сказалось на количестве твердых бытовых отходов. Во всех странах мира за последнее время количество твердых бытовых отходов в виде городского мусора резко возросло, составив в среднем на душу населения около 200 кг в год. Ежегодный прирост количества твердых бытовых отходов составляет не менее 2,5 %, а в некоторых странах — около 6,5 % [1].

В настоящее время существуют различные методы переработки и утилизации твердых бытовых отходов [2].

Как известно, Азербайджан богат не только залежами нефти и газа, а также месторождениями природных минеральных соединений. Но, несмотря на то, что в связи с быстрым ростом строительства, сильно возросла потребность на природные минеральные соединения, что в свою очередь привело к увеличению геологоразведочных работ на эти материалы, в настоящее время используются только 60–65 % извлекаемых из недр земли минеральных соединений. Оставшаяся часть этих соединений превращается в отходы, что приводит к нарушению экологического равновесия.

Научными исследованиями было определено, что при обеззараживании твердых бытовых отходов наряду с их нагреванием, разбавлением кислотой и щелочью, было бы и экономически и экологически выгодно добавление в процесс утилизации богатых питательными элементами природных минеральных соединений.

В связи с вышесказанным целью нашего исследования была разработка технологического процесса утилизации твердых бытовых отходов с использованием при этом дешевого природного минерального соединения — монтмориллонита (высокощелочной глины), запасы которой в республике практически неограниченны. После процесса утилизации должно было быть получено богатое питательными элементами органоминеральное комплексное удобрение, которое может быть успешно использовано в сельском хозяйстве как дешевое (в отличие от импортных) и экологически чистое удобрение, а также мелиорант с комплексом питательных и защитных свойств, которые могут быть использованы для повышения плодородности болотистых, солоноватых, каменистых и смешанных почв и выращивания биоэкологических сельскохозяйственных продуктов.

При проведении лабораторных исследований были использованы твердые бытовые отходы и монтмориллонит следующего химического состава:

 химический состав твердых бытовых отходов: азот (N_общее) — 4,3–5,1 %; оксид фосфора (P₂O₅) — 3,6–4,1 %; окись калия (K₂O) — 2,4–3,6 %; вода (H₂O) — остальное.

 химический состав монтмориллонита непостоянный, в значительной мере зависит от переменного содержания воды; приблизительный состав: окись магния (MgO) — 4–9 %, окись алюминия (Al₂O₃) –11–22 %, окись железа (Fe₂O₃) — 5 % и больше, вода (H₂O) –12–24 %, кроме того в минерале присутствует окись калия (K₂O), окись натрия (Na₂O) и окись кальция (CaO) (до 3,5 %).

 для раздробления этой смеси была использована серная кислота (H₂SO₄) 5–10 % концентрации.

Рис. 1. Технологическая схема утилизации твердых бытовых отходов с использованием монтмориллонита: бункер для твердых бытовых отходов (1), бункер для монтмориллонита (2), транспортер (3), дозатор (4), резервуар для кислоты (5), смеситель (6), реактор (7), кран (8), шнековый пресс (9) с электромотором и валом (10), камерой (11), спорами (12) и выходным патрубком для мелиоранта (13), выход органоминерального комплексного удобрения (14).

Рабочий процесс осуществляют следующим образом.

Твердые бытовые отходы после очищения от механических примесей и подают в конический бункер (1), далее — на транспортер (3), куда одновременно из бункеров малого размера (2) подают монтмориллонит. Смесь твердых бытовых отходов и монтмориллонита через дозатор (4) поступает в реактор (7), туда же из резервуара (5) подают 5–10 %-ную серную кислоту в количестве, необходимом для достижения отношения твердой фазы к жидкой, равной 1:1,5–2. Смесь перемешивают в реакторе 30–35 минут до получения гомогенной смеси, после чего берут пробу для определения количественного и качественного химического состава образовавшейся пульпы. Пульпу из реактора подают на шнековый пресс (9), где через поры (12), находящиеся в нижней части шнекового пресса отделяют жидкую фазу в камеру (11), твердую фазу — мелиорант — собирают в конце шнекового пресса и выгружают через патрубок (13), через выход (14) в виде жидкой фазы получаем целевой продукт — органоминеральное комплексное удобрение.

Выводы.

При обеззараживании и утилизации твердых бытовых отходов использовано природное минеральное соединение — монтмориллонит.

Выявлено, что в процессе утилизации соотношение твердых бытовых отходов и монтмориллонита изменяется в пределах 95:5 ÷ 5:95 (при этом концентрация серной кислоты H₂SO₄составляет 5–10 %).

В зависимости от режима осуществляемой технологии утилизации твердых бытовых отходов получено органоминеральное комплексное удобрение следующего состава: азот (N_общее) — 5–6,5 %; оксид фосфора (P₂O_{5) —} 4,1–5,2 %; окись калия (K₂O) — 3,8–4,1 %; окись магния (MgO) — 2,1–2,6 %; вода (H₂O) — 2,8–3,1 %.

Литература:

1. Шахтахтинский, Т.Н., Алиев, А.М., Алосманов, М.С. и др. Технология утилизации твердых бытовых отходов с целью получения жидких удобрений // Химическая промышленность. — 2010. — № 3. — С. 37–41.
2. Гасымова, С.Б, Алосманов, М. С. Обеззараживание твердых бытовых отходов геотермальной водой // Азербайджанский химический журнал. — 2006. — № 4. — С. 22–30.