СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ АКТИВНОГО ИЛА Российский патент 1997 года по МПК C04B40/00 C04B18/00 

Изобретение относится к способам утилизации активного ила станций биологической очистки и может быть использовано для улучшения экологического состояния окружающей среды и в производстве строительных материалов и изделий.

Известен способ утилизации осадков сточных вод в качестве удобрений с предварительной обработкой, предусматривающей уплотнение, стабилизацию и обезвоживание. При этом в осадок добавляют известь, которая улучшает водоотдачу осадка (Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. М. Стройиздат, 1988, с. 63-81, 208-220).

Однако указанный способ требует значительный капитальных и энергетических затрат по удалению воды, не обеспечивает нейтрализации токсичных тяжелых металлов, токсичных и канцерогенных органических соединений, приводит к постепенному накоплению этих и других вредных веществ в почве и их переходу в организм человека.

Известен способ утилизации осадка с его обеззараживанием с помощью извести, которая вводится в количестве, обеспечивающем pH 11-12, и ее доза при влажности осадка 70-80% составляет 15-20% (по CaO) от массы осадка. При этом происходит повышение температуры и прогрев осадка до 60^oC за счет экзотермической реакции гашения извести. (Покровская С.Ф. Касатиков В.А. Использование осадка городских сточных вод в сельском хозяйстве, М. ВНИИГЭИагропром. 1987, с. 3-19).

Однако и этот способ не исключает необходимости удаления воды и связанных с этим энергозатрат, так как для удобрений осадок используется в сыпучем твердом состоянии, кроме того введение извести также не обеспечивает нейтрализации токсичных тяжелых материалов.

Наиболее близким является способ утилизации активного ила путем введения его в бетонную смесь в количестве, обеспечивающем содержание воды в смеси 5-50% обеспечивающем требуемую подвижность смесит, и добавление извести в количестве 1-15%
Однако этот способ не обеспечивает достаточной прочности и разрушения серосодержащих органических веществ активного ила, которые при длительном хранении на открытом воздухе переходят в газообразную фазу с резким неприятным запахом (например сероуглерод, сероводород и др).

Задача изобретения создание способа утилизации активного ила станций биологической очистки со стабилизацией и обеззараживанием или и нейтрализацией тяжелых металлов с помощью цемента и тепловой обработки и улучшение экологического состояния окружающей среды.

Поставленная задача достигается способом утилизации активного ила, включающим введение активного ила в бетонную смесь в количестве, обеспечивающем требуемую ее подвижность, и добавление извести, тем, что известь вводят в количестве 0,1-0,25 мас. бетонной смеси и осуществляют тепловлажностную обработку при температуре 80-95^oC.

Введение ила в качестве компонентов в бетонную смесь в таком количестве, чтобы обеспечить требуемую ее подвижность, позволяет осуществить обеззараживание, стабилизацию активного ила и связывание тяжелых металлов за счет применения в бетонной смеси цемента, обеспечивающего за счет реакции с водой высокую щелочность (pH 11-12 и выше). Это приводит к стабилизации и обеззараживанию активного ила, а также к детоксикации активного ила путем адсорбционного и химического связывания катионов тяжелых металлов продуктами гидратации с высокоразвитой удельной поверхностью. Заявляемый способ позволит утилизировать активный ил с минимальными затратами без организации специальной технологии, а также полностью устранить неприятный запах. Кроме того, это позволяет заменить при изготовлении бетона питьевую или техническую воду, которая в современных условиях становится дефицитной, на воду, содержащуюся в активном иле.

Введение извести в бетонную смесь в количестве 0,1-0,25% от массы бетонной смеси и тепловлажностная обработка бетона с повышением температуры до 80-95^oC обеспечивают более полное обеззараживание с полной дегильминтизацией осадка. Кроме того, введение извести в указанном количестве устраняет снижение прочности бетона, наблюдаемое при добавлении в бетонную смесь только активного ила или извести в количестве, выходящем за указанные значения.

Стабилизация и обеззараживание активного ила и связывание тяжелых металлов улучшает экологическое состояние окружающей среды и исключает возможность постепенного накопления токсичных веществ в почве и их переход в организм человека.

Способ осуществляют следующим образом.

Активный ил из вторичных отстойников станций биологической очистки вводят в качестве компонентов в бетонную смесь (воды затворения и добавок в виде биологических клеток и неорганических примесей), содержащую щебень, песок и цемент, обеспечивающий при взаимодействии с водой щелочность среды pH 11-12 и выше, при этом активный ил берут в таком количестве, чтобы обеспечить требуемую подвижность бетонной смеси. В бетонную смесь вводят также известь в количестве 0,1-0,25 мас. бетонной смеси, что соответствует количеству 3-7 мас. ч. сухого остатка или 3-7 мас. осадка при его влажности 99,0-99,5% подвергают бетонную смесь с илом тепловлажностной обработке, повышая температуру до 80-95^oC, и продолжают обработку с учетом заданных режимов.

Пример 1.

Приготавливают бетонную смесь следующего состава на 1 м³: цемент - 338 кг, песок 465 кг, щебень 1219 кг, вода 225 л. Из указанной смеси изготавливают три бетонных образца размерами 10х10х10 см (серия 1). Образцы подвергают тепловлажностной обработке по режиму (2)+3+6+3, соответственно предварительная выдержка, подъем температуры до 80^oC, изометрический прогрев при этой температуре, охлаждение (в часах). Затем через 12 ч образцы испытывают, определяя прочность при сжатии.

Приготавливают образцы серии 2, состоящей из 3-х образцов, из бетонной смеси с таким же расходом цемента, песка и щебня. Вместо воды затворения применяют активный ил из вторичных отстойников комплекса биологической очистки "Безлюдовский" г. Харькова. При этом предварительно определяют содержание сухого остатка активного ила известным способом путем высушивания при температуре 105^oC до постоянного веса. Содержание активного ила составило 0,35% Активный ил вводят в бетонную смесь в количестве 226 кг/м³. Содержание воды составило 225,2 л/м³, что обеспечивает такую же подвижность бетонной смеси, как в серии 1, а содержание сухого остатка составило 0,8 кг/м³.

Приготавливают бетонные образцы размером 10х10х10 см серий 3, 4, 5, 6, 7, 8 с таким же составом по расходу цемента, песка, щебня и активного ила, как в серии 2, и добавляют в этот состав известь в количестве 0,8 кг/м³, 2,4 кг/м³, 3,2 кг/м³, 4,8 кг/м³, 7,2 кг/м³, 10,4 кг/м³, что составляет соответственно 1, 3, 4, 6, 9 и 13 мас. ч. от сухого остатка активного ила. Пропаривание и испытание образцов осуществляют так же, как в предыдущих сериях.

Результаты испытаний бетонных образцов приведены в таб 1. По данным таблицы видно, что образцы серии 2, содержащие активный ил в качестве компонентов бетонной смеси и не содержащие известь, имеют среднюю прочность при сжатии 10,5 МПа более низкую, чем в контрольной серии 1 (13,4 МПа). Это свидетельствует, что биологические клетки активного ила отрицательно влияют на прочность бетона.

Образцы серии 5, содержащие известь в количестве 4 мас. ч. от сухого остатка, имеют максимальную среднюю прочность 15,2 МПа, что на 1,8 МПа выше прочности контрольных образцов, т.е. на 13% Этот состав и выбирают в качестве рабочего.

Аналогичные многократные испытания подтвердили, что введение извести в количестве 3-7 мас. ч. от сухого остатка активного или всегда компенсирует отрицательное влияние последнего на прочность бетона.

Данные испытаний образцов тяжелого бетона серий 1, 2 и 5 приведены в заключении Института коллоидной химии и химии воды им. А.В.Думанского АН Украины и таблице к нему.

Пример 2. Приготавливают бетонную смесь следующего состава на 1 м³: цемент 159 кг, песок 197 кг, керамзит 868 кг (пустотность П=0,32), вода 145 л. Из указанной смеси изготавливают 3 бетонных образца размерами 10х 10х 10 см (серия 1). Образцы подвергают тепловлажностной обработке по режиму (2)+3+6+3, соответственно предварительная выдержка, подъем температуры до 80^oC, изотермический прогрев при этой температуре, охлаждение (в часах). Затем через 12 ч образцы испытывают, определяя прочность при сжатии.

Приготавливают бетонные образцы серии 2, состоящей из 3-х образцов, из бетонной смеси с таким же расходом цемента, песка и керамзита, как в серии 1. Вместо воды затворения применяют активный ил из вторичных отстойников Комплекса биологической очистки "Безлюдовский" г. Харькова. При этом предварительно определяют содержание сухого остатка активного ила как в примере 1. Содержание активного ила составило 0,54% Активный ил вводят в бетонную смесь в количестве 146 кг/м³. Содержание воды составило 145,4 л/м³, что обеспечивает такую же подвижность бетонной смеси, как в серии 1, а содержание сухого остатка составило 0,6 кг/м³.

Приготавливают бетонные образцы размером 10х 10х 10 см серий 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 с таким же составом по расходу цемента, песка, керамзита и активного ила, как в серии 2, и добавляют в этот состав известь в количестве 0,6 кг/м³, 1,2 кг/м³, 1,8 кг/м³, 2,7 кг/м³, 3,6 кг/м³, 4,5 кг/м³, 5,4 кг/м³, что составляет соответственно 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 5 и 9 мас. ч. от сухого остатка активного ила. Припаривание и испытание образцов осуществляют так же, как предыдущих сериях.

Результаты испытаний керамзитобетонных образцов приведены в табл. 2. По данным табл. 2 видно, что образцы серии 2, содержащие активный ил в качестве компонентов бетонной смеси и не содержащие известь, имеют среднюю прочность при сжатии 4,6 МПа более низкую, чем в контрольной серии 1 (5,2 МПа). Образцы серии 7, содержащую известь в количестве 6 мас. ч. от сухого остатка, имеют среднюю прочность 10,0 МПа, что значительно превышает прочность контрольных образцов.

Данные испытаний образцов легкого бетона серий 1, 2 и 7 приведены в заключении Института коллоидной химии и химии воды им. А.В.Думанского АН Украины (см.табл.1 и 2).

Из образцов серий, указанных в примерах 1 и 2, были сделаны кислотные вытяжки и исследованы на наличие тяжелых металлов атомно-абсорбционным методом (прибор АА-I).

Таким образом, предложенный способ позволяет утилизировать активный ил станций биологической очистки путем его введения в бетонную смесь в качестве ее компонента без ухудшения прочности бетона. По сравнению с прототипом при этом происходит комплексная стабилизация, обеззараживания и детоксикация активного ила, а возможность попадания в организм человека токсичных веществ полностью исключается. Полностью исключается также загрезнение окружающей среды. Дополнительным эффектом является замена питьевой или технической воды в бетонных смесях, являющейся в современных условиях дефицитной и дорогостоящей, на воду осадков сточных вод. Снижаются также транспортные затраты, затраты на горючее, связанные с доставкой активного ила на иловые карты или в качестве удобрения на сельскохозяйственные поля. Последние, как правило, удалены на большие расстояния, намного превышающие расстояние до заводов железобетонных конструкций и бетонных заводов, расположенных обычно в черте города.

Изобретение относится к способам утилизации активного ила станций биологической очистки и может быть использовано для улучшения экологического состояния окружающей среды и в производстве строительных материалов и изделий. По данному изобретению при утилизации активного ила осуществляют стабилизацию, обеззараживание и связывание тяжелых металлов цементом, для чего ил вводят в качестве компонентов в бетонную смесь в количестве, обеспечивающем требуемую подвижность бетонной смеси, и добавляют известь в количестве 0,1-0,25% от массы бетонной смеси, что соответствует 3-7 частям от массы сухого остатка или. Затем смесь подвергают тепловлажностной обработке (ТВО) при температуре 80-95^oC. Высокая щелочность смеси (pH 11-12 и более), создаваемая цементом, и повышенная температура при ТВО обуславливают надежное обеззараживание и полную стабилизацию активного или. Введение активного или в состав бетонной смеси позволяет исключить затраты на водоотделение и обеззараживание, на нейтрализацию тяжелых металлов, транспорт или энергозатраты в случаях использования активного ила в качестве удобрения или при его сжигании, а также заменить техническую воду в бетонной смеси. 2 табл.

Способ утилизации активного ила, включающий введение активного ила в бетонную смесь в количестве, обеспечивающем требуемую ее подвижность, и добавление извести, отличающийся тем, что известь вводят в количестве 0,1 - 0,25% от общей массы бетонной смеси и осуществляют тепловлажностную обработку бетона при температуре 80 95^oС.