СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД С ПОЛУЧЕНИЕМ ЖИДКОГО ТОПЛИВА Российский патент 1998 года по МПК C02F11/10 C02F11/18 

Изобретение относится к обработке осадков промышленных и бытовых сточных вод.

Известен способ переработки влажных осадков сточных вод в многоподовых печах (Обработка и удаление осадков сточных вод. М.: Стройиздат, 1985, т.2, стр. 13-20).

Известен также способ переработки осадков сточных вод сжиганием в барабанных печах с кипящим слоем твердого вещества (Методы очистки производственных сточных вод. Жуков А.И., Мотайт И.Л., Родзиллер И.Д., М., 1977. стр. 199-202).

К недостаткам известных способов можно отнести необходимость строительства специальных агрегатов, что связано с большими капиталовложениями. При этом необходима предварительная обезвоживающая обработка осадков до содержания сухого вещества не менее 20%, что также связано с большими затратами. Реализация известных способов также затруднена вследствие сложности транспортировки и дозировки осадков, а также за счет сложности эксплуатации оборудования.

Наиболее близким по технической сущности и получаемому результату к предлагаемому изобретению является способ сжигания осадков сточных вод, в котором сырой осадок, предварительно обезвоженный на ленточном фильтре, размельчают и вводят в него обезвоживающую добавку - прокаленную золу, после чего прессуют при давлении 1,5-3,0 МПа, прокаливают и сжигают. (Патент США N 4587022, C 02 F 11/14, 1982).

К недостаткам известного способа можно отнести его многостадийность, а также необходимость использования большого количества оборудования для фильтрации, дробления, смешения и прессования. Это ведет также к увеличению энерго- и трудозатрат, что затрудняет использование известного способа.

Задача заявляемого изобретения заключается в упрощении способа переработки осадков сточных вод и активного ила путем превращения их в жидкое топливо без предварительной сушки осадков и сжигание такого топлива в типовых котельных агрегатах.

Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки осадков сточных вод и активного ила, согласно изобретению, осадки или их смесь с активным илом нагревают до 80-90^oC, добавляют предварительно нагретый до 100-160^oC нефтяной мазут или гудрон и производят перемешивание смеси при величине центробежного критерия Рейнольдса не менее 100 в течение 15-35 минут, после чего используют полученный продукт в качестве жидкого котельного топлива.

При таком способе переработки осадков за счет их нагрева обеспечивается снижение вязкости и упрощается их загрузка и дозировка. При этом снижение температуры нагрева менее 80^oC не обеспечивает требуемое для транспортировки снижение вязкости, а повышение температуры нагрева выше 90^oC может привести к их вспениванию, что также затрудняет осуществление способа. Необходимость предварительного нагрева нефтяного мазута или гудрона до 100-160^oC обусловлена необходимостью поддержания температуры смеси в пределах 100-140^oC, обеспечивающей гидролиз органических компонентов осадков сточных вод и получение поверхностно-активных веществ, которые при последующем перемешивании смеси в указанном режиме переводят систему в дисперсное состояние. При этом уменьшение времени перемешивания не обеспечивает создания дисперсной системы, а увеличение времени перемешивания свыше 35 минут сопровождается ухудшением качества получаемого топлива за счет разложения органических соединений с образованием воды.

Способ выполняют следующим образом.

Осадки сточных вод или ил загружают в объемный обогреваемый дозатор и нагревают до 80-90^oC, после чего выгружают в смеситель-диспергатор. В него из дозатора насосом подают нефтяной мазут, нагретый до 100-160^oC, что обеспечивает поддержание температуры в диспергаторе порядка 100-140^oC. Для образования однородной эмульсии-суспензии можно использовать, например, объемные смесители с пропеллерными мешалками, обеспечивающими значение критерия Рейнольдса не менее 100, или роторно-пульсационные аппараты, коллоидные мельницы, дезинтеграторы.

Исследование процессов с целью их оптимизации было проведено на образцах осадков сточных вод, выделенных на центральной станции аэрации из канализационных стоков г. Санкт-Петербурга.

Экспериментально было установлено, что для получения устойчивых эмульсий из осадков с мазутом М-100 при 100^oC требуется производить перемешивание в течение 30 минут, включая время нагрева, а при 120^oC - 20 минут.

Для других видов топлив это время составляет:
для гудрона с температурой размягчения 24^oC при T=100^oC - 30 минут, при T=120^oC - 20 минут;
для мазута М-200 при T=100^oC - 35 минут, при T=120^oC - 20 минут.

При использовании в качестве диспергатора центробежного насоса такой узел может работать в непрерывном режиме.

После завершения гидролиза и образования однородной эмульсии готовый продукт сливают в сборные емкости и используют как жидкое топливо.

В табл. 1 дана характеристика использованного осадка сточных вод (смесь с активным илом), в табл. 2 приведены характеристики образцов мазута и гудрона. В табл. 3 приведен материальный баланс получения жидкого топлива из смеси осадков сточных вод и активного ила (табл. 1) с использованием нефтяного гудрона (табл. 2).

Способ выполняли при 140^oC и времени перемешивания 20 минут.

Проведенные исследования показали, что при температурах выше 100^oC в присутствии тяжелых нефтепродуктов (мазут, гудрон) происходит гидролиз органического вещества осадков и ила с образованием очень эффективных маслорастворимых поверхностно-активных веществ катионного и анионного типов в соотношении 1:3. Выход ПАВ зависит в основном от температуры и времени реакции. При концентрации таких ПАВ в полученном продукте более 1,5% при надлежащем диспергировании (критерий Рейнольдса более 100) образуется устойчивая дисперсная система, однородная по объему, способная сохраняться длительное время (годы) без изменения свойств. Было также установлено, что при концентрации нефтепродукта в исходной смеси более 0,5 на сухое вещество сырья и при содержании воды в готовом продукте менее 65%, полученный продукт (топливо) теряет способность к загниванию. Регулируя соотношение между количеством сырья и нефтепродукта, а также величину отбора воды за счет ее испарения, можно в широких пределах изменять состав, вязкость и теплоту сгорания полученной дисперсии, что обеспечивает возможность переработки осадков из любых сточных вод с получением из них жидкого топлива, удобного для транспортировки, дозировки и сжигания. Теплотехнические расчеты показали, что при содержании воды в сырье (осадке) около 80%, выделившейся тепловой энергии за счет сгорания органического вещества осадка достаточно для испарения воды и перегрева пара до 850^oC. Таким образом, в случаях переработки уплотненных на центрифугах или фильтрах осадков их переработка по разработанному методу не требует затрат энергии. Предложенный метод обеспечивает возможность переработки практически неограниченных объемов осадков и ила. Для этой цели могут быть использованы уже имеющиеся котельные агрегаты.

Пример 1. В автоклав, оборудованный обогревательным устройством и пропеллерной мешалкой с регулируемым числом оборотов, загружали смесь осадков сточных вод и ила (табл. 1), нагретую до 90^oC, в количестве 0,5 кг. Сюда же загружали нефтепродукты - топочный мазут марки М-100 или М-200 или нефтяной гудрон (табл. 2). Автоклав герметизировали. Включали перемешивающее устройство, нагревали до заданной температуры и выдерживали определенное время, после чего автоклав охлаждали до 80-90^oC. Выпускали в газометр образовавшийся газ и сливали готовый продукт. В ряде опытов, после завершения выдержки, дроссировали газ с водяным паром. При проведении опытов варьировали соотношения компонентов исходной смеси, температуру и время выдержки. Результаты представлены в табл. 4.

Из приведенных данных следует, что при температуре ниже 100^oC образования дисперсных систем не происходит. При температуре выше 140^oC резко увеличивается выход газа, что сопровождается понижением теплоты сгорания полученного продукта и увеличением вязкости. Оптимальное время определяется в основном температурой и должно быть минимальным для принятой температуры. Его увеличение сопровождается ростом выхода газа и ухудшением качественных характеристик топлива.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет:
перерабатывать осадки сточных вод и активный ил без предварительной сушки с содержанием воды 80-90%;
получать эффективный эмульгатор нефтепродуктов за счет термического гидролиза органических компонентов сырья;
получать устойчивые эмульсии-суспензии типа "масло в воде", стабилизированные полученным эмульгатором, пригодные для длительного хранения (годы) без загнивания и расслоения;
осуществить полную дезинфекцию полученного продукта;
исключить образование побочных веществ, требующих дополнительной обработки для их утилизации.

Использование: переработка осадков сточных вод и активного ила путем превращения их в жидкое топливо без предварительной сушки и сжигание такого топлива в типовых котельных агрегатах. Сущность изобретения: осадок, нагретый до 80-90^oC, перемешивают с нагретым до 100-160^oC нефтяным мазутом или гудроном при величине критерия Рейнольдса более 100 в течение 15-35 минут. Получаемая эмульсия - суспензия используется в качестве жидкого котельного топлива. 4 табл.

Способ переработки осадков сточных вод и активного ила установок биологической очистки путем их сжигания, отличающийся тем, что осадки или их смесь с активным илом нагревают до 80 90^oС, добавляют предварительно нагретый до 100 160^oС нефтяной мазут или гудрон, производят перемешивание смеси при величине центробежного критерия Рейнольдса не менее 100 в течение 15 35 мин, а полученную эмульсию-суспензию используют в качестве жидкого котельного топлива.