УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ КОМПОСТА Российский патент 1995 года по МПК C05F9/02 

Изобретение относится к производству компостированного удобрения, получаемого в частности из твердых бытовых отходов, и может быть использовано в устройствах для очистки компоста от нежелательных компонентов, прежде всего от солей тяжелых и цветных металлов (ТЦМ), а также от других неорганических включений.

Известно устройство для разделения компостированных отбросов на компост и компоненты, непригодные для использования в качестве удобрений, содержащее наклонное плоское вибросито и средство для подачи через сито снизу вверх потока воздуха (заявка ФРГ N 1592784, кл. C 05 F 9/00, публ. 1973 г).

Известна также установка для обработки полученного из хозяйственных отходов компоста, содержащая разделительную наклонную поверхность и вентилятор, направляющий струю воздуха на находящуюся на этой поверхности смесь компоста с непрокомпостированными веществами для разделения ее на фракции по плотности (заявка Франции N 2441597, кл. C 05 F 9/02, публ. 1980).

В указанных двух известных устройствах очистка компоста проводится путем разделения смеси по размеру частиц и по плотности, что не обеспечивает выделение из компоста солей ТЦМ.

Известно устройство для выделения тяжелых металлов и солей из бытового мусора и подобных ему отходов, содержащее узел смешивания влажных отходов с просушенными минеральными веществами с высокой сорбционной способностью и сепаратор для последующего разделения отходов и минеральных веществ (заявка ФРГ N 3444227, кл. B 03 B 9/06, публ. 1986 г).

Процесс сорбционного связывания нежелательных веществ, проводящийся в известном устройстве в увлажненной сыпучей смеси, не обеспечит достаточно полной очистки компоста от солей ТЦМ.

Известна также установка для удаления соединений металлов из твердых материалов типа грунта, илов и т.п. содержащая выщелачиватель и узел очистки, состоящий из смесителя, вымытой из выщелачивателя пульпы с ионообменным материалом и сепаратора для последующего отделения ионообменного материала от очищенного твердого материала [1]
Конструкция указанной установки не предусматривает циркуляцию пульпы между выщелачивателем и узлом очистки, что не позволяет проводить многократное контактирование очищаемого материала с ионообменным материалом и в результате не обеспечивает достаточно полную очистку твердого материала от соединений металлов. Выполнение в известной установке узла очистки из двух отдельных устройств (смесителя и сепаратора) приводит к усложнению конструкции установки. Кроме того, совместное транспортирование частиц твердого и ионообменного материалов в одном направлении от смесителя к сепаратору усложняет задачу разделения этих материалов друг от друга, а следовательно, усложняет конструкцию сепаратора.

Наиболее близкой к изобретению является установка для очистки компоста, содержащая выщелачиватель исходного продукта, выполненный в виде емкости с выходом для очищенного продукта, узел очистки полученной при выщелачивании смеси от растворенных в ней солей, трубопровод для подачи этой смеси из выщелачивателя в узел очистки и трубопровод для возврата очищаемой смеси в выщелачиватель [2]
В установке-прототипе узел очистки представляет собой анаэробный реактор с неподвижным катализатором; в этом реакторе соединения тяжелых металлов выделяют путем преобразования их растворенных солей в нерастворимые в воде сульфиды, которые по мере необходимости выводят из реактора. В конструкции по прототипу отсутствует средство для интенсивного перемешивания загруженного и выщелачиватель материала с жидкостью для выщелачивания, т.е. для распульповки очищаемого материала (имеет место лишь вымывание солей ТЦМ из неподвижного материала, находящегося в выщелачивателе), поэтому отсутствует возможность эффективного взаимодействия частиц компоста с находящимся в реакторе реагентом, в результате снижается эффективность очистки компоста. Конструкция самого реактора с неподвижным реагентом также не обеспечивает достаточно полную и производительную очистку компоста. Кроме того, конструкция выщелачивателя в известной установке не позволяет отделить от массы компоста балласт в виде тяжелых неорганических включений.

Предложенное изобретение направлено на решение задачи по созданию по возможности несложной и достаточно производительной конструкции устройства для очистки компоста от солей ТЦМ и других нежелательных включений. Получаемый при осуществлении изобретения основной технический результат заключается в повышении полноты очистки компоста от солей ТЦМ.

Это достигается тем, что установка для очистки компоста, содержащая выщелачиватель исходного продукта, выполненный в виде емкости с выходом для очищенного продукта, узел очистки полученной при выщелачивании смеси от растворенных в ней солей, трубопровод для подачи этой смеси из выщелачивателя в узел очистки и трубопровод для возврата очищаемой смеси в выщелачиватель, дополнительно снабжена средством для образования в выщелачивателе пульпы из исходного продукта и выщелачиваемой жидкости, узел очистки полученной при выщелачивании смеси выполнен в виде сорбционного ионообменного аппарата со средствами для непрерывного ввода и вывода сорбента, а выход для очищенного продукта выполнен в донной части емкости выщелачивателя.

Выполнение узла очистки в виде сорбционного ионообменного аппарата обеспечивает высокую эффективность выделения из компоста солей ТЦМ. Средства для непрерывного ввода в аппарат и вывода из него ионообменного сорбента создают в аппарате подвижность частиц сорбента, что повышает эффективность их взаимодействия с пульпой компоста, предотвращая механическую фильтрацию пульпы через сорбент.

Наличие в предложенной установке средства для образования пульпы из находящегося в выщелачивателе компоста и выщелачивающей жидкости (для распульповки компоста) также позволяет повысить полноту и интенсивность взаимодействия компонентов компоста с сорбентом.

Выполнение выхода для очищенного компоста в донной части емкости выщелачивателя конструктивно связано с наличием в предложенной установке средства для распульповки компоста, происходящей по всей высоте емкости выщелачивателя, что и определяет выгрузку компоста, отстоявшегося после окончания очистки, через дно емкости.

Кроме того, ионообменный аппарат выполнен в виде тарельчатой колонны, что обеспечивает равномерное распределение по всему объему аппарата частиц сорбента и пульпы и следовательно повышает эффективность их взаимодействия.

Снабжение ионообменного аппарата устройством для создания пульсаций очищаемой смеси также повышает эффективность происходящего в аппарате процесса.

Кроме того, трубопровод для подачи смеси из выщелачивателя в ионообменный аппарат и средство для вывода сорбента из аппарата подключены к нижней его части, а трубопровод для возврата очищаемой смеси в выщелачиватель и средство для ввода сорбента к верхней части аппарата, что обеспечивает противоточное перемещение пульпы и сорбента в аппарате и, следовательно, увеличивает интенсивность процесса и облегчает отделение частиц сорбента из пульпы, возвращаемой из ионообменного аппарата в выщелачиватель.

Трубопроводы для подачи смеси из выщелачивателя в ионообменный аппарат и для возврата очищаемой смеси в выщелачиватель подключены соответственно к верхней и нижней частям емкости выщелачивателя, что обеспечивает циркуляцию пульпы в выщелачивателе снизу вверх, улучшая перемешивание пульпы и предотвращая ее расслоение.

Для дополнительной очистки компоста от балласта неорганического характера нижний участок емкости выщелачивателя выполнен со сборником твердых включений.

Кроме того, предложенная установка снабжена узлом регенерации сорбента, что позволяет снизить его расход.

Узел регенерации содержит установленные последовательно по ходу технологического процесса колонну отмывки сорбента от взвесей, колонну регенерации сорбента, колонну отмывки сорбента от регенерирующего раствора и транспортер восстановленного сорбента, подключенный к средству для ввода сорбента в ионообменный аппарат. Отмывка сорбента от взвесей необходима для эффективного проведения последующего процесса регенерации сорбента раствором кислоты.

По крайней мере, одна из колонн узла регенерации снабжена устройством для создания пульсаций жидкостных потоков, что увеличивает эффективность взаимодействия частиц сорбента с соответствующими обрабатывающими жидкостями.

Предложенная установка может быть снабжена трубопроводом для подачи промывной жидкости из колонны отмывки сорбента от взвесей в выщелачиватель, что снижает расход выщелачивающей жидкости.

Кроме того, установка может быть снабжена узлом сушки очищенного компоста для доставки последнего в виде готового продукта, а также узлом осаждения и сушки компонентов регенерата, получаемого в результате регенерации сорбента, что позволяет получать концентрат ТЦМ в качестве полуфабриката для цветной металлургии.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предложенной установки; на фиг.2 выщелачиватель, ионообменная колонна и узел регенерации сорбента.

Предложенная установка содержит выщелачиватель 1, изготовленный в виде емкости, нижний участок которой выполнен со сборником 2 для сбора и отмывки из компоста твердых включений, ионообменный аппарат в виде тарельчатой колонны 3 для извлечения из поступающей от выщелачивателя 1 пульпы растворенных катионов, узел 4 регенерации сорбента, узел 5 сушки очищенного компоста и узел 6 осаждения и сушки компонентов регенерата, получаемого в результате регенерации сорбента в узле 4.

Для загрузки сухого компоста в выщелачиватель 1 в крышке последнего выполнен люк 7. Для подачи пульпы из верхней части емкости выщелачивателя 1 в нижнюю часть колонны 3 предусмотрен трубопровод 8, а для возврата очищаемой пульпы компоста из верхней части колонны 3 в нижнюю часть емкости выщелачивателя трубопровод 9 с насосом 10. Трубопроводы 8, 9 соединены друг с другом посредством циркуляционного трубопровода 11. Насос 10 предназначен для подачи пульпы из выщелачивателя в колонну 3 по трубопроводу 8, а кроме того, в совокупности с трубопроводом 11 составляет средство для образования в выщелачивателе пульпы из исходного компоста и выщелачивающей жидкости.

Нижний конец сборника 2 непосредственно соединен с трубопроводом 9, верхний конец сборника также соединен с трубопроводом через трубопровод 12. В донной части емкости выщелачивателя выполнен выход 13 в виде люка для выгрузки очищенного компоста.

Для непрерывного ввода сорбента в верхнюю часть колонны 3 предусмотрен подающий сепаратор 14 (типа Троммель).

Узел 4 регенерации сорбента содержит установленные последовательно по ходу технологического процесса колонну 15 отмывки сорбента от взвесей, колонну 16 регенерации сорбента, колонну 17 отмывки сорбента от регенерирующего раствора и транспортер восстановленного сорбента, выполненный в виде трубопровода 18, подключенного к сепаратору 14 для возврата сорбента в колонну 3.

Для непрерывного вывода отработанного сорбента из нижней части колонны 3 в верхнюю часть колонны 15 установлен трубопровод 19, снабженный эрлифтом 20 (пневмолифтом). Нижний вход колонны 15 подключен к трубопроводу 21 подачи воды. Для подачи промывной жидкости из верхней части колонны 15 в выщелачиватель предусмотрен трубопровод 22.

Для подачи отмытого от взвесей сорбента из нижней части колонны 15 в верхнюю зону колонны 16 предусмотрен трубопровод 23 с эрлифтом 24. На конце трубопровода 23 над колонной 16 установлен сепаратор 25 (типа Троммель) для отделения от воды подаваемых в колонну 16 частиц сорбента. Трубопровод 26 предназначен для возврата воды из сепаратора 25 в колонну 15 через трубопровод 21. Нижний вход колонны 16 соединен с трубопроводом 27 подачи регенерирующего раствора кислоты. Выполненный на верхнем конце колонны 16 выход регенерата посредством трубопровода 28 подключен к узлу 6 осаждения и сушки компонентов регенерата.

Для перекачки регенерированного сорбента из нижней части колонны 16 в верхнюю зону колонны 17 предусмотрен трубопровод 29 с эрлифтом 30. Нижний вход колонны 17 подключен к трубопроводу 21 подачи воды, а верхний жидкостной выход колонны 17 к трубопроводу 27. Трубопровод 18 восстановленного сорбента подключен к нижней части колонны 17 и снабжен эрлифтом 31. Трубопровод 32 предназначен для подачи воды, отделенной в сепараторе 14 от частиц сорбента, на нижний вход колонны 17.

Каждая из колонн 3, 15-17 снабжена устройством для создания в ней пульсаций (низкочастотных колебаний) потока жидкости. Нижний вход соответствующей колонны сообщен с пульсационной камерой 33 этого устройства, которая через пневмопровод подключена к пульсатору.

Конструкции колонн 3, 15-17 принципиально не отличаются друг от друга, при этом колонна 17 установлена несколько выше других колонн для обеспечения подачи промывной жидкости из колонны 17 в колонну 16 самотеком.

Для обеспечения непрерывности процесса очистки компоста установка может быть снабжена вторым выщелачивателем, идентичным первому и подключенным к колонне 3 параллельно с первым.

Для удаления жидкой фракции из выщелачивателя 1 после окончания в нем процесса очистки компоста предусмотрен сливной трубопровод 34, подключенный к трубопроводу 9 после насоса 10.

Узел 6 осаждения и сушки компонентов регенерата может содержать отстойник 35 для осаждения кальциевой соли с последующим вакуум-фильтром 36 и отстойник 37 для осаждения соединений ТЦМ с последующим вакуум-фильтром 38, а также установленную за последним распылительную сушилку 39.

Установка работает следующим образом.

При наличии в установке двух выщелачивателей они функционируют в полунепрерывном режиме (попеременно), а остальные узлы в непрерывном.

В выщелачиватель 1 заливают требуемое количество жидкости для выщелачивания, в качестве которой используют воду или жидкую фазу, полученную после отстоя пульпы компоста по окончании процесса его очистки во втором выщелачивателе или поступающую из колонны 15 промывную воду, содержащую взвешенный в ней ил или смесь перечисленных жидкостей. Далее в выщелачиватель через люк 7 загружают предназначенный для очистки сухой компост, который с помощью насоса 10 затем распульповывают. Перемешиваемая при распульповке масса движется по замкнутому пути: выщелачиватель 1 трубопровод 11 трубопровод 9 (через насос 10) выщелачиватель 1. В результате из компоста и выщелачивающей жидкости образуется однородная пульпа, которую далее направляют по следующему циклу: выщелачиватель 1 трубопровод 8 ионообменная колонна 3 трубопровод 9 (через насос 10) выщелачиватель 1. В процессе этой циркуляции происходит отмывка находящихся в компосте тяжелых твердых включений (стекло, камни, металл), которые собираются в сборнике 2. Если слой этих включений создает значительное гидравлическое сопротивление, то поток пульпы после прохождения ее через насос 10 можно направлять по трубопроводу 12.

В колонне 3 пульпа движется снизу вверх в противотоке с сорбентом, в качестве которого используют частицы сильнокислотного катионита. Сорбент непрерывно вводится в колонну 3 через сепаратор 14 и отводится внизу колонны 3 эрлифтом 20 по трубопроводу 19. В результате взаимодействия сорбента с пульпой из нее за счет ионного обмена удаляются катионы металлов. При этом пульсации пульпы, передаваемые по объему колонны 3 от пульсатора через пульсационную камеру 33, улучшают условия контактирования фаз.

В процессе выщелачивания вначале в жидкую фазу пульпы переходят наиболее растворимые катионы (натрия, кальция, магния), которые в первую очередь и извлекаются ионным обменом. При этом происходит эквивалентная замена данных катионов на ионы водорода, в результате пульпа подкисляется. По мере извлечения из пульпы катионов легких металлов и все большем ее подкислении из твердых частиц компоста выщелачиваются в жидкую фазу катионы ТЦМ (меди, никеля, кадмия, железа, цинка, свинца и т.п.), которые также оседают на сорбенте. Процесс ионообмена прекращают после достижения равновесного состояния в системе пульпа-сорбент, когда из компоста извлечены практически все щелочные, щелочноземельные и тяжелые металлы. Насос 10 выключают и дают возможность пульпе отстояться в выщелачивателе.

После отстоя пульпы жидкая фаза удаляется из выщелачивателя через трубопровод 34 и затем отдельным насосом (не показан) может быть закачана во второй выщелачиватель в качестве выщелачивающей жидкости. После слива жидкой фазы выгружают балластную фракцию твердых включений через открытый люк 13. Затем в сгущенную пульпу очищенного компоста для его кальцинирования и раскисления добавляют соответственно поступающий из узла 6 маточник от осаждения CaC₂O₄ и раствор известкового молока Ca(OH)₂. Полученную массу распульповывают насосом 10 и выгружают из выщелачивателя 1 через люк 13. Цикл очистки следующей партии компоста проводят аналогично при подключении к ионообменной колонне 3 второго выщелачивателя.

Выгруженную из выщелачивателя 1 массу очищенного компоста направляют в узел 5, где массу сначала обезвоживают в вакуум-фильтре, а затем в сушильной камере, откуда получают готовый продукт в виде очищенного и высушенного компоста.

Фильтрат, поступающий от вакуум-фильтра, и сконденсированную парогазовую фазу, образующуюся в сушильной камере, можно использовать в составе выщелачивающей жидкости в циклах очистки последующих партий компоста.

Сорбент, отводящийся из колонны 3 по трубопроводу 19, поступает в верхнюю часть колонны 15, вместе с сорбентом неизбежно движется некоторое количество пульпы. В колонне 15 сорбент перемещается сверху вниз в противотоке с подающейся в эту колонну по трубопроводу 21 водой, взаимодействуя с ней. В результате взвешенные частицы пульпы (илы) вымываются из сорбента и вместе с промывной водой поступают в трубопровод 22, по которому через трубопровод 9 возвращается выщелачиватель 1, при этом часть промывной жидкости с илами поступает во второй выщелачиватель для распульповки следующей партии очищаемого компоста.

Отмытый от взвесей сорбент эрлифтом 24 по трубопроводу 23 транспортируется в сепаратор 25, в котором частицы сорбента отделяются от поступающей с ними воды. Выделенная в сепараторе 25 вода самотеком по трубопроводу 26 поступает в трубопровод 21. Отделенный от воды сорбент поступает в верхнюю зону колонны 16 регенерации.

В колонне 16 сорбент в противотоке контактирует с регенерирующим раствором, поступающим по трубопроводу 27 в нижнюю часть колонны 16. В качестве регенерирующего раствора используют раствор щавелевой кислоты H₂C₂O₄. Регенеpированный сорбент эрлифтом 30 по трубопроводу 29 подается в колонну 17 отмывки сорбента от регенерирующего раствора. В процессе взаимодействия частиц сорбента с кислотой катионы металлов переходят в жидкую фазу и в составе регенерата по трубопроводу 28 поступают на узел 6 осаждения и сушки компонентов регенерата.

В колонне 17 проводится отмывка сорбента от регенерирующего раствора, для чего в нижнюю зону колонны 17 по трубопроводам 21 и 32 поступает промывная вода. Из верхней части колонны 17 промывной раствор, содержащий некоторое количество кислоты, самотеком поступает в трубопровод 27, где смешивается со вновь подаваемым раствором кислоты и в составе регенерирующего раствора вводится в колонну 16.

Отмытый в колонне 17 сорбент с восстановленными ионообменными свойствами эрлифтом 31 по трубопроводу 18 возвращается в колонну 3 через сепаратор 14, в котором от сорбента отделяется транспортируемая с ним вода, возвращающаяся далее самотеком по трубопроводу 32 в колонну 17.

Осаждение компонентов регенерата в узле 6 проводится в две стадии. Сначала в регенерате в основном содержится оксалат кальция CaC₂O₄, так как в течение цикла очистки компоста из пульпы за счет ионного обмена в первую очередь извлекаются наиболее растворимые катионы. Регенерат направляют в отстойник 35. После отстоя и декантации маточника сгущенная пульпа подается в вакуум-фильтр 36, из которого получают CaC₂O₄ в виде продукта и маточник CaC₂O₄, направляемый затем в выщелачиватель для кальцинирования пульпы очищенного компоста. Полученный оксалат содержит ТЦМ не более предельно допустимых норм.

Последующий объем регенерата, выходящего из колонны 16 в период активного извлечения из очищаемой пульпы катионов ТЦМ, направляют в другой отстойник 37. После отстоя и декантации маточника сгущенную пульпу подают в вакуум-фильтр 38. Шлам ТЦМ, полученный в вакуум-фильтре 38, направляют для сушки и гранулирования в распылительную сушилку 39, из которой получают готовый продукт в виде концентрата ТЦМ.

Изобретение используется в устройствах для очистки полученного из твердых бытовых отходов компоста от солей тяжелых и цветных металлов и обеспечивает повышение полноты очистки. Установка содержит выщелачиватель исходного компоста, выполненный в виде емкости с находящимся в ее донной части выходом для очищаемого компоста, ионообменную колонну для очистки полученной при выщелачивании смеси от растворенных в ней солей, трубопроводы для подачи этой смеси из выщелачивания в колонну и для возврата очищаемой смеси в выщелачиватель, а также средство для образования в выщелачивателе пульпы исходного компоста с выщелачивающей жидкостью. Ионообменная колонна имеет средство для непрерывного ввода и вывода сорбента. 11 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ КОМПОСТА, содержащая выщелачиватель исходного продукта, выполненный в виде емкости с выходом для очищенного продукта, узел очистки полученной при выщелачивании смеси от растворенных в ней солей, трубопровод для подачи этой смеси из выщелачивателя в узел очистки и трубопровод для возврата очищаемой смеси в выщелачиватель, отличающаяся тем, что она снабжена средством для образования в выщелачивателе пульпы из исходного продукта и выщелачивающей жидкости, узел очистки полученной при выщелачивании смеси выполнен в виде сорбционного ионообменного аппарата со средствами для непрерывного ввода и вывода сорбента, а выход для очищенного продукта выполнен в донной части емкости выщелачивателя. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сорбционный ионообменный аппарат выполнен в виде тарельчатой колонны. 3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что сорбционный ионообменный аппарат снабжен устройством для создания пульсаций очищаемой смеси. 4. Установка по пп. 2 и 3, отличающаяся тем, что трубопровод для подачи смеси из выщелачивателя в сорбционный ионообменный аппарат и средство для вывода сорбента из аппарата подключены к нижней его части, а трубопровод для возврата очищаемой смеси в выщелачиватель и средство для ввода сорбента к верхней части аппарата. 5. Установка по пп. 1 4, отличающаяся тем, что трубопроводы для подачи смеси из выщелачивателя в ионообменный аппарат и для возврата очищаемой смеси в выщелачиватель подключены соответственно к верхней и нижней частям емкости выщелачивателя. 6. Установка по пп. 1 5, отличающаяся тем, что нижний участок емкости выщелачивателя снабжен сборником твердых включений. 7. Установка по пп. 1 6, отличающаяся тем, что она снабжена узлом регенерации сорбента. 8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что узел регенерации сорбента выполнен в виде установленных последовательно по ходу технологического процесса колонны отмывки сорбента от взвесей, колонны регенерации сорбента, колонны отмывки сорбента от регенерирующего раствора и транспортера восстановленного сорбента, подключенного к средству для ввода сорбента в ионообменный аппарат. 9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что по крайней мере одна из колонн снабжена устройством для создания пульсаций жидкостных потоков. 10. Установка по пп. 8 и 9, отличающаяся тем, что она снабжена трубопроводом для подачи промывной жидкости из колонны отмывки сорбента от взвесей в выщелачиватель. 11. Установка по пп. 1 10, отличающаяся тем, что она снабжена узлом сушки очищенного компоста. 12. Установка по пп. 1 11, отличающаяся тем, что она снабжена узлом осаждения и сушки компонентов регенерата, получаемого в результате регенерации сорбента.