Иммобилизация

Целью иммобилизации является минимальный уровень миграции загрязняющих веществ в окружающую среду и (или) снижение уровня токсичности загрязняющих веществ для того, чтобы изменить или улучшить характеристики отходов так, чтобы их можно было захоранивать. Цель иммобилизации заключается как в снижении токсичности отходов и их мобильности, так и в улучшении технических свойств стабилизированного материала.

Принцип действия. Иммобилизация основана на свойствах реагента образовывать иммобилизованный продукт отходов даже, когда продукты отходов не имеют твердой формы. В этих процессах остаются вещества, адсорбируемые или улавливаемые твердой матрицей. Некоторые из этих процессов являются обратимыми (т.е. иммобилизованные вещества могут выделяться) вследствие, как плохого контроля процесса, так и последующего смешивания с другими типами отходов. Было разработано два типа процессов. На них обычно ссылаются как на стабилизацию и отвердение.

Стабилизация. Это процесс, с помощью которого загрязняющие вещества (например, тяжелые металлы) полностью или частично связываются с помощью добавки наполнителя, связующих или других модификаторов. Стабилизация сопровождается смешиванием отходов с реагентом (в зависимости от типа отходов и планируемой реакции это могут быть, например, глинистые частицы, гуминовые органические вещества, такие как торф; активированный уголь; окислители; восстановители; осаждающие реагенты) для минимизации скорости миграции загрязнения из отходов. В результате снижается токсичность отходов и улучшаются их свойства при депонировании на полигоне. Для достижения этого процесс должен включать в себя физико-химическое взаимодействие между реагентом и отходом, а не просто разбавление.

В этих методах стабилизации используются, как осаждение металлов в новых минералах, так и связывание металлов с минералами с помощью сорбции. Процесс включает в себя некоторый вид растворимости тяжелых металлов в материале и последующее осаждение или сорбцию с новыми минералами.Физическими механизмами, используемыми в стабилизации, являются: макроинкапсулирование, абсорбция, осаждение и детоксикация. Имеется в наличии большой набор сорбентов и связующих для таких целей. Некоторыми чаще всего используемыми являются: цемент, пуццолан (алюмосиликатный материал, который реагирует с известью и водой), известь, растворимые силикаты, органически модифицированные глины или известь, термоотверждающиеся органические полимеры, термопластичные материалы и стеклование (на месте работ или на предприятии).

Отвердевание. Для отвердевания используются добавки для изменения физических свойств отходов (которые определяются их техническими свойствами, такими как прочность, прессуемость и (или) проницаемость). Термин ”отвердевание” (и герметизация или связывание) относится к смешиванию отходов с реагентом (измельченная топливная зола; цемент, известь, доменный шлак; пыль цементной печи; органические связующие, такие как битум/асфальт или парафин; и полиэтилен) для образования формы твердых отходов (с низкой пористостью и матрицей с низкой проницаемостью) пригодной для депонирования на полигоне. Конечный продукт должен обладать высокой устойчивостью к процессам химического и биологического разрушения, которые могут привести к выделению загрязняющих веществ.

Например, добавка цемента, обычно снижает гидравлическую проводимость и пористость материала, и в дополнение к этому повышает прочность и объем. Однако при этом обычно возрастает рН и щелочная способность смеси, поэтому, улучшается выщелачивание продукта (например, амфотерных металлов, некоторых органических соединений). В некоторых случаях в зависимости от связующего отвердевание может приводить к химическим изменениям матрицы материала.

Итак, связывание и иммобилизация загрязняющих веществ реализуется с помощью четырех механизмов: осаждения, комплексообразования, герметизации и адсорбции.

Потоки поступающего сырья и продуктов. Эта технология применяется ко многим неорганическим отходам (обычно опасным отходам), находящимся в промышленности, таким как:

• пастообразные отходы и суспензии, содержащие неорганические компоненты (тяжелые металлы и т.д.) и небольшое количество нерастворимой органики (полициклические ароматические соединения, отходы топлива и т.д.). Например, сложные жидкие и твердые отходы, загрязненные тяжелыми металлами (Cu, Pb, Cd, Hg, Cr и т.д.);
• твердые и сухие отходы с неорганическими компонентами (в этом случае должна быть добавлена гидратная вода). Например, загрязненная почва и фильтркек; отходы с очень малым количеством нерастворимых углеводородов; нелетучий остаток и шлак; отходы очистки дымовых газов;
• отвердевание иногда используется для смешивания различных вязких жидкостей, таких как клеи и пасты, с опилками для образования твердого комка, пригодного для полигона. Такая практика не разрешена на полигонах в некоторых странах, таких как Франция, Германия и страны Бенилюкса. В некоторых случаях такие компоненты смешиваются с цементом и известью или другим подходящим связующим материалом.

Отходы, которые легально не принимаются в соответствии с Полигонной директивой и должны обрабатываться с помощью иммобилизации на установках, расположенных на полигонах, это жидкие отходы, отходы, содержащие токсичные компоненты, летучие соединения, дурно пахнущие соединения или взрывчатые веществ. Ключевые проблемы для иммобилизации включают в себя: пригодность отходов, контроль процесса, образующиеся выбросы и технические условия конечного продукта. В рамках Полигонной директивы (EC/33/2003) и приложений к ней технические условия на конечный продукт обработки должны быть согласованы с критериями для приема на полигон, которые разработаны Европейским комитетом технической адаптации и которые должны охватывать выщелачиваемость, физическую стабильность и реакцию с другими отходами.

Полученный продукт отвердевания можно либо депонировать, либо его разрешено отвердевать на участке временного хранения перед депонированием. Конечные стабилизированные/отвержденные отходы обычно депонируются непосредственно или иногда разливаются в блоки (например, размером 1м3) перед депонированием.

В нескольких методах стабилизации имеется начальная стадия промывки, когда основная часть растворимых солей и в некоторой степени металлов экстрагируется перед химическим связыванием остающихся металлов. Эти методы завершаются обезвоживанием стабилизированного продукта, который затем должен быть пригоден для депонирования.

Два процесса отвердевания широко используются:

• цементирование (наиболее популярный способ отвердевания), основанное на смешивании отходов с цементом;
• процессы со специальным гидравлическим связывающим, которые являются химическими процессами, предназначенными для развития связей между связующим и отходами.

Другой способ, который также имеет крупномасштабное использование, это, например, схватывание отходов летучей золы водными нейтральными или кислыми растворами для получения гранулированного продукта перед полигонным депонированием.

Применение. Переработка с помощью иммобилизации (как стабилизация, так и отвердевание) применяется:

• для ремедиации участков с опасными отходами;
• для переработки отходов от других процессов переработки (например, зола от термической переработки)
• переработка загрязненной земли, когда приходится иметь дело с большими количествами почвы, в которой имеются загрязняющие вещества.

В нескольких странах ЕС стабилизация/отвердевание вообще не является проблемой вследствие национального законодательства. В этих случаях для многих отходов не требуется любая такая переработка в отношении параметров из приложений Полигонной директивы ЕС или национального законодательства.

Радиоактивные отходы инкапсулируются с использованием цемента/порошка летучей золы и нелетучего остатка (шлака) более 30 лет. Однако радиоактивные материалы в явной форме исключены из Директивы IPPC.