СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО БЕССЕРНИСТОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ТОПЛИВА Российский патент 1998 года по МПК C10L1/00 

Изобретение относится к способу получения жидкого бессернистого органического топлива из отходов, образующихся после биологической очистки промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод.

Существует целый ряд способов переработки отходов, образующихся после очистки бытовых и промышленных сточных вод, в органическое топливо.

Известен способ получения твердого органического топлива путем смешивания частично обезвоженного ила сточных вод с угольной мелочью с последующим его полным обезвоживанием центрифугированием или фильтрованием [1].

Известен способ получения органического топлива путем компостирования твердых органических отходов с осадком, образующимся после очистки сточных вод, и последующим смешиванием с нефтяным маслом или твердым топливом [2,3].

Известен способ переработки промышленных и бытовых сточных вод в твердое органическое топливо, согласно которому предварительно размельченный уголь загружают в флотационную камеру вместе со сточными водами, содержащими органические вещества. Образующиеся в верхней части камеры хлопья, содержащие уголь, выгружают и подвергают полному обезвоживанию [4].

Известен способ переработки бытовых сточных вод в жидкое органическое топливо нагреванием под давлением без доступа воздуха в присутствии моноокиси углерода и воды [5].

Недостатки перечисленных выше способов заключаются в значительных капитальных и эксплуатационных затратах на специальное оборудование, в необходимости дополнительного расходования нефтяного или твердого топлива, а также во вторичном загрязнении окружающей среды отходами после сжигания топлива в виде неутилизируемой золы и дымовых газов, содержащих токсичные вещества.

Наиболее близким к предложенному является известный способ получения жидкого органического топлива путем частичного пиролиза шлама, образующегося после очистки сточных вод, с образованием газов, которые с помощью конденсирующего оборудования разделяют на жидкую конденсатную фазу и газовую фазу. Полученную жидкую фазу разделяют на водный и органический слои. Водный слой перегоняют для отделения растворенных в нем органических веществ и объединяют отгон этих веществ с органическим слоем, который используют в качестве топлива [6].

Существенными недостатками известного способа являются высокая энергоемкость процесса, значительные капитальные затраты на специальное оборудование, невысокая теплотворная способность топлива и образование значительных количеств вторичных отходов в виде золы, шлаков и дымовых выбросов, содержащих токсичные вещества, в частности наличие диоксинов в дымовых газах [6].

Предложенное изобретение направлено на создание высокоэкономичного способа получения жидкого бессернистого органического топлива, соответствующего экологическим нормам на содержание токсичных веществ в отходах после его сжигания и имеющего высокие теплофизические характеристики.

Поставленная задача решается следующим образом. Суспензию избыточного активного ила, являющуюся отходом после биологической очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод, уплотняют до концентрации 25 - 90 г/л и подвергают щелочному гидролизу обработкой гидроксидом натрия или его смесью с карбонатом натрия в количестве 10 - 50 кг/т в расчете на абсолютно сухое вещество, полученный щелочной гидролизат отделяют от нерастворившейся части осадка и упаривают до концентрации 75 - 80 мас.%.

Предложенный способ отличается от известного тем, что предусматривает использование в качестве исходного сырья суспензии избыточного активного ила и проведение обработки исходного сырья путем его уплотнения до концентрации 25 - 90 г/л с последующим щелочным гидролизом гидроксидом натрия или его смесью с карбонатом натрия в количестве 10 - 50 кг/т в расчете на абсолютно сухое вещество, отделением полученного щелочного гидролизата от нерастворившейся части осадка и упариванием его до концентрации 75 - 80 мас.%.

Избыточный активный ил является неизбежным отходом систем биологической очистки промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод. Внешне он представляет собой аморфный пастообразный осадок влажностью 99,0 - 99,9 мас.% и состоит из биоорганической части (скопление бактерий, грибов и неподвергшиеся биораспаду органические соединения), которая составляет не менее 83 мас. %. на сухой остаток, и шлама, представляющего собой волокна и различные твердые частицы.

Процесс обработки избыточного активного ила щелочным реагентом /гидроксидом натрия или его смесью с карбонатом натрия / сопровождается щелочным гидролизом биоорганической части ила с образованием натриевых солей аминокислот (68 - 76 мас.% от суммарного количества органических веществ гидролизата), среди которых основное содержание приходится на валин, лейцин, норлейцин, лизин, метионин и фенилаланин, натриевых солей карбоновых кислот, таких как уксусная, пропионовая, ни изомасляная и н- и изовалериановая (10 - 14 мас.%), а также фенольных производных (около 3 мас.%) и эфирорастворимых нейтральных веществ (5 - 10 мас.%).

Предварительное уплотнение суспензии избыточного активного ила до концентрации 25 - 90 г/л в расчете на абсолютно сухое вещество и использование щелочного реагента в количестве 10 - 50 кг/т в расчете на абсолютно сухое вещество обеспечивают максимальную эффективность гидролиза, что приводит к практически полному растворению биоорганической части ила. При этом нерастворившиеся крупные волокна и твердые частицы, присутствующие в небольшом количестве в избыточном активном иле, отделяют от щелочного гидролизата в виде осадка отстаиванием.

Наиболее предпочтительно проводить щелочной гидролиз при температуре 20 - 70^oC в течение не менее 15 мин.

В случае использования в качестве щелочного реагента смеси гидроксида натрия с карбонатом натрия предпочтительно, чтобы содержание гидроксида натрия в смеси составляло не менее 50 мас.%.

Упаривание осветленного щелочного гидролизата до концентрации 75 - 80 мас. % в расчете на абсолютно сухое органическое вещество существенно повышает эффективную теплоту сгорания полученного топлива.

Соблюдение всех перечисленных выше условий технологического процесса получения жидкого бессернистого органического топлива приводит к тому, что при сжигании топлива время его пребывания в зоне пламени при температуре 1000 - 1200^oC в сильно щелочной среде составляет не менее 2 с, что в свою очередь обеспечивает минимальное содержание диоксинов в дымовых газах, соответствующее самым жестким нормам, принятым в Европе.

На чертеже представлена принципиальная схема получения жидкого бессернистого органического топлива.

На схеме приняты следующие обозначения: 1 - суспензия избыточного активного ила, 2 - илоуплотнитель, 3 - уплотненная суспензия избыточного активного ила, 4 - осветленная вода, 5 - смеситель, 6 - щелочной реагент, 7 - осадок (непрогидролизованная часть ила), 8 - осветлитель гидролизата, 9 - осветленный гидролизат, 10 - емкость для сбора гидролизата, 11 - гидролизат на выпарку, 12 - выпарная станция, 13 - топливо (сгущенный гидролизат), 14 - емкость для сбора топлива, 15 - содорегенерационный котел, 16 - пар на выпарку, 17 - растворитель плава, 18 - гидроксид натрия или оксид кальция, 19 - дымовые газы.

Способ осуществляют следующим образом.

Суспензию избыточного активного ила концентрации 0,5 - 1,0 г/л 1 подвергают предварительному уплотнению в радиальном или вертикальном отстойнике 2. Снизу отстойника выводят уплотненный до концентрации 25 - 90 г/л избыточный активный ил 3, а сверху отводят осветленную воду 4. Уплотненный ил подают в смеситель 5, где его перемешивают с щелочным реагентом 6, в качестве которого используют гидроксид натрия или его смесь с карбонат натрия. Непрогидролизованную часть ила 7 удаляют в виде осадка в отстойнике-осветлителе 8, а осветленный щелочной гидролизат 9 собирают в промежуточную емкость 10, откуда подают на выпарку 11 в корпус выпарной станции 12. Упаренный до концентрации 75 - 80 мас.% щелочной гидролизат 13, представляющий собой целевой продукт, собирают в специальную емкость 14.

Полученное жидкое бессернистое органическое топливо может быть использовано для сжигания в топке содорегенерационного котла 15, где вырабатывается пар высокого давления 16 для питания выпарных станций, а также для различных систем отопления (на схеме не показано).

Расплавленная зола (плав), образующаяся при сжигании органических веществ щелочного гидролизата в виде щелочного плава (расплавленный карбонат натрия с примесью других карбонатов) непрерывно вытекает в специальную емкость (растворитель плава) 17, куда подают часть осветленного щелочного гидролизата избыточного активного ила 11 на его растворение. Сюда же на восполнение потерь щелочного реагента дополнительно подают гидроксид натрия 18. Образующийся раствор щелочного реагента подают на смешение с новыми порциями уплотненного ила, осуществляя таким образом замкнутый цикл использования и регенерации щелочи, необходимой для гидролиза биомассы ила.

При нарушении баланса в составе щелочного реагента в сторону увеличения количества карбоната натрия в бак плава 17 вместо гидроксида натрия подают оксид кальция для образования гидроксида натрия по реакции Na₂CO₃ + CaO + H₂O = 2NaOH + CaCO₃. Образующийся при этом карбонат кальция в составе щелочного реагента 6 поступает на смешение с избыточным активным илом в смеситель 5 и затем оседает вместе с непрогидролизованной частью избыточного активного ила в осветлителе гидролизата 8, попутно облегчая процесс обезвоживания оседающих частиц, и удаляется вместе с осадком.

Выделяющиеся в процессе сжигания топлива дымовые газы 19 проходят через систему электрофильтров и выбрасываются в атмосферу. Содержание диоксинов в отходящих газах составляет 1 пкг на один кубический метр газа при нормальных условиях.

Пример 1. Суспензию избыточного активного ила концентрации 1,0 г/л подвергают предварительному уплотнению до концентрации 40 г/л и обрабатывают гидроксидом натрия в количестве 35 кг/т. После перемешивания в течение 45 мин при температуре 25^oC полученную жидкость осветляют отстаиванием. Полученный осветленный щелочной гидролизат упаривают до концентрации 75 мас.% по абсолютно сухому веществу и определяют его теплотворную способность, которая составляет 4090 ккал/кг.

Пример 2. Повторяют пример 1, но в качестве щелочного реагента используют смесь гидроксида натрия (25 кг/т) и карбоната натрия (25 кг/т), а щелочной гидролиз проводят при температуре 70^oC. Теплотворная способность полученного топлива составляет 4075 ккал/кг.

Предложенный способ позволяет создать высокоэкономичную практически безотходную технологию получения жидкого бессернистого органического топлива с высокой теплотворной способностью, при сжигании которого образуется минимальное количество диоксинов (1 пкг на один кубический метр газа при нормальных условиях), соответствующее самым жестким нормам, принятым в Европе (не выше 100 пкг на один кубический метр газа при нормальных условиях), а также полностью утилизировать избыточный активный ил после биологической очистки стоков.

Список используемой литературы
1. Патент Великобритании N 1465869, кл. C 10 L 5/46, 1977.

2. Патент Великобритании N 1551019, кл. C 10 L 5/46, 1979.

3. Патент Великобритании N 1551020, кл. C 10 L 5/46, 1979.

4. Патент Великобритании N 2162196, кл. C 10 L 5/46, 1986.

5. Патент США N 3733255, кл. C 10 B 57/00, 1970.

6. Патент США N 4344770, кл. C 10 L 1/00, 1982.

Использование: изобретение относится к способу получения жидкого бессернистого органического топлива из отходов, образующихся после биологической очистки промышленных и хозяйственно-бытовых вод. Предложенное изобретение направлено на создание высокоэкономичного способа получения жидкого бессернистого органического топлива, соответствующего экологическим нормам на содержание токсичных веществ в отходах после его сжигания и имеющего высокие теплофизические характеристики. Поставленная задача решается следующим образом. Суспензию избыточного активного ила, являющуюся отходом после биологической очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод, уплотняют до концентрации 25 - 90 г/л и подвергают щелочному гидролизу обработкой гидроксидом натрия или его смесью с карбонатом натрия в количестве 10 - 50 кг/т в расчете на абсолютно сухое вещество, полученный щелочной гидролизат отделяют от нерастворившейся части осадка и упаривают до концентрации 75 - 80 мас.%. Предложенный способ позволяет создать высокоэкономичную практически безотходную технологию получения жидкого бессернистого органического топлива с высокой теплотворной способностью, при сжигании которого образуется минимальное количество диоксинов (1 пкг на один кубический метр газа при нормальных условиях), соответствующее самым жестким нормам, принятым в Европе (не выше 100 пкг на один кубический метр газа при нормальных условиях), а также полностью утилизировать избыточный активный ил после биологический очистки стоков. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения жидкого бессернистого органического топлива, включающий обработку отходов после очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод, отличающийся тем, что суспензию избыточного активного ила уплотняют до концентрации 25 - 90 г/л и подвергают щелочному гидролизу обработкой гидроксидом натрия или его смесью с карбонатом натрия в количестве 10 - 50 кг/т в расчете на абсолютно сухое вещество, полученный щелочной гидролизат отделяют от нерастворившейся части осадка и упаривают до концентрации 75 - 80 мас.%. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что щелочной гидролиз проводят при 20 - 70^oС в течение не менее 15 мин.