Изобретение относится к области охраны и восстановления окружающей среды, более точно к способам обеззараживания, обезвреживания и переработки осадков сточных вод в полезные продукты, включающий обезвоживание осадков сточных вод и обработку их реагентами, и может быть использовано в химической и сельскохозяйственной промышленности для обезвреживания, обеззараживания и восстановления плодородности грунтов, производства гуминовых удобрений, получения искусственной биологической почвы и искусственного дисперсного почвогрунта.
Известен способ обеззараживания, обезвреживания и переработки осадков сточных вод в полезные продукты (см. патент на изобретение №2057725, опубл. 10.04.1996). В указанном изобретении осадки разделяют на различные фракции, каждую из которых, в зависимости от состава, обрабатывают соответствующими реагентами, с использованием пиролиза и обработкой серной кислотой. Недостатком известного способа является неопределенность критериев разделения иловой фракции в зависимости от соотношения органических и неорганических веществ и способов их разделения. Кроме того, пиролиз одной из фракций иловой составляющей требует сложного технологического оборудования по очистке дымовых выбросов, а обработка другой фракции серной кислотой является опасной, высокозатратной и требует специального кислотостойкого оборудования.
Известен также способ обеззараживания, обезвреживания и переработки осадков сточных вод в полезные продукты, включающий обезвоживание осадков сточных вод и обработку их реагентом (см. патент на изобретение №2125039, опубл. 20.01.1999). В нем в качестве реагента используют гуминовый концентрат, полученный электрохимическим путем из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, содержащий гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися гуминовыми кислотами, взятый в количестве около 0,5-10,0% от массы обезвоженного осадка сточных вод. Недостатком известного способа является то, что процесс электролиза требует больших энергозатрат, что увеличивает стоимость получения гуминового концентрата. Электролиз происходит без разделения катодного и анодного пространства, при этом образующиеся новые продукты могут взаимодействовать между собой и превращаться в исходные. При электролизе, проходящем при большой плотности тока (до 600 А/м2), происходит отделение фрагментов гуминовой кислоты, что приводит к уменьшению ее молекулярного веса и нарушению ее природного состояния и снижению функциональных возможностей. Кроме того, известный способ имеет малую эффективность обеззараживания осадков сточных вод от патогенной микрофлоры и невысокую эффективность удаления нефтепродуктов из осадков сточных вод при их переработке, а также малое количество видов получаемой полезной продукции.
В предлагаемом изобретении ставится техническая задача повышения обеззараживания осадков сточных вод от патогенной микрофлоры, повышение эффективности обезвреживания осадков сточных вод от нефтепродуктов и расширение количества видов получаемых полезных продуктов.
Решение поставленной технической задачи обеспечивается за счет того, что в качестве реагентов используют следующие реагенты, вводимые в осадки сточных вод в следующих количествах: 0,3-8% гидрата окиси калия или натрия в сухом виде, 3-15% соли сернокислого цинка и 15-30% низинного торфа по массе от полученной смеси, полученную смесь обрабатывают в высокоскоростном десольвере с получением гуминовых удобрений, при этом перед обработкой реагентами обезвоженные осадки подвергаются высокоскоростной дезинтеграции головками импеллерного типа, снабженными разрядными электродами электроплазменной установки напряжением 3-7 киловольт и частотой разрядов 0,2-2 Гц. Полученные гуминовые удобрения смешивают с отходами минерального происхождения, представленными грунтами от вскрышных работ, загрязненными тяжелыми металлами и нефтепродуктами, в соотношении от 1:3 до 1:10 в зависимости от загрязнения с образованием искусственной биологической почвы. Искусственную биологическую почву смешивают с отходами минерального происхождения, представленными дроблеными отходами строительства и сноса, в соотношении от 1:1 до 1:5 с образованием искусственного дисперсного почвогрунта.
Решение технической задачи основано на природных явлениях экстракции, химадсорбции, молекулярной адсорбции, ионной флокулирующей и биологической активности.
Предложенный способ заключается в следующем. Осадки сточных вод обезвоживают центрифугированием или фильтрацией. Обезвоженные осадки, содержащие, тем не менее, некоторое остаточное количество воды, подвергаются высокоскоростной дезинтеграции головками импеллерного типа, снабженными разрядными электродами электроплазменной установки, создающей напряжение 3-7 киловольт и частотой разрядов 0,2-2 Гц, что позволяет полностью уничтожить патогенную микрофлору. Обезвоженные и обеззараженные осадки обрабатывают реагентами. В качестве реагентов используют 0,3-8% гидрата окиси калия или натрия в сухом виде, 3-15% соли сернокислого цинка и 15-30% низинного торфа по массе от полученной смеси с осадками сточных вод. Полученную смесь обрабатывают в высокоскоростном десольвере с получением гуминовых удобрений. При этом происходит извлечение гуминовых кислот, содержащихся в осадках сточных вод и низинном торфе. Гуминовые кислоты взаимодействуют с гидратом окиси калия или натрия с образованием гумата калия или натрия.
Далее идет реакция замещения и водорастворимые соли металлов взаимодействуют с гуматом калия или натрия с образованием водонерастворимых гуматов металлов. При этом осадки обезвреживаются, так как соли тяжелых металлов взаимодействуют с гуматом калия или натрия с образованием водонерастворимых гуматов металлов, и превращаются из вредных компонентов в полезные микроэлементы для растений, а в итоге в грунтовые удобрения.
Полученные гуминовые удобрения смешивают с отходами минерального происхождения, представленными грунтами от вскрышных работ, загрязненными тяжелыми металлами и нефтепродуктами, в соотношении от 1:3 до 1:10 в зависимости от загрязнения с образованием искусственной биологической почвы. При этом гуминовые кислоты взаимодействуют с тяжелыми металлами, а образовавшиеся и уже имеющиеся в гуминовых удобрениях водонерастворимые металлогуматы обезвреживают нефтепродукты путем адсорбции их на высокомолекулярной структуре гуминовых кислот.
Искусственную биологическую почву смешивают с отходами минерального происхождения, представленными дроблеными отходами строительства и сноса, в соотношении от 1:1 до 1:5 с образованием искусственного дисперсного почвогрунта.
Примеры осуществления данного способа.
Пример 1. Осадки сточных вод обезвоживают с помощью центрифуги или фильтра и обрабатывают реагентом, в качестве которого используют 0,3% гидрата окиси калия или натрия в сухом виде, 3% соли сернокислого цинка и 15% низинного торфа по массе от полученной смеси с осадками сточных вод, полученную смесь обрабатывают в высокоскоростном десольвере с получением гуминовых удобрений, при этом перед обработкой реагентами обезвоженные осадки подвергаются высокоскоростной дезинтеграции головками импеллерного типа, снабженными разрядными электродами электроплазменной установки. Электроустановка создает напряжение 3 киловольта и обеспечивает разряды с частой 0,2 Гц. Полученные гуминовые удобрения смешивают с отходами минерального происхождения, представленными грунтами от вскрышных работ, загрязненными тяжелыми металлами и нефтепродуктами, в соотношении 1:3 с образованием искусственной биологической почвы. Полученную искусственную биологическую почву смешивают с отходами минерального происхождения, представленными дроблеными отходами строительства и сноса, в соотношении от 1:1 с образованием искусственного дисперсного почвогрунта.
Пример 2. Осадки сточных вод обезвоживают с помощью центрифуги или фильтра и обрабатывают реагентом, в качестве которого используют 8% гидрата окиси калия или натрия в сухом виде, 15% соли сернокислого цинка и 30% низинного торфа по массе от полученной смеси с осадками сточных вод, полученную смесь обрабатывают в высокоскоростном десольвере с получением гуминовых удобрений, при этом перед обработкой реагентами обезвоженные осадки подвергаются высокоскоростной дезинтеграции головками импеллерного типа, снабженными разрядными электродами электроплазменной установки. Электроустановка создает напряжение 7 киловольт и обеспечивает разряды с частой 2 Гц. Полученные гуминовые удобрения смешивают с отходами минерального происхождения, представленными грунтами от вскрышных работ, загрязненными тяжелыми металлами и нефтепродуктами, в соотношении 1:10 с образованием искусственной биологической почвы. Полученную искусственную биологическую почву смешивают с отходами минерального происхождения, представленными дроблеными отходами строительства и сноса, в соотношении от 1:5 с образованием искусственного дисперсного почвогрунта.
Пример 3. Осадки сточных вод обезвоживают с помощью центрифуги или фильтра и обрабатывают реагентом, в качестве которого используют 4% гидрата окиси калия или натрия в сухом виде с осадками сточных вод, 9% соли сернокислого цинка и 20% низинного торфа по массе от полученной смеси, полученную смесь обрабатывают в высокоскоростном десольвере с получением гуминовых удобрений, при этом перед обработкой реагентами обезвоженные осадки подвергаются высокоскоростной дезинтеграции головками импеллерного типа, снабженными разрядными электродами электроплазменной установки. Электроустановка создает напряжение 4 киловольт и обеспечивает разряды с частой 1 Гц. Полученные гуминовые удобрения смешивают с отходами минерального происхождения, представленными грунтами от вскрышных работ, загрязненными тяжелыми металлами и нефтепродуктами, в соотношении 1:7 с образованием искусственной биологической почвы. Полученную искусственную биологическую почву смешивают с отходами минерального происхождения, представленными дроблеными отходами строительства и сноса, в соотношении от 1:3 с образованием искусственного дисперсного почвогрунта.
Предлагаемое изобретение может быть неоднократно воспроизведено на базе выпускаемых отечественной и зарубежной промышленностью элементов, узлов и материалов и может быть использовано в химической и сельскохозяйственной промышленности для обезвреживания, обеззараживания и восстановления плодородности грунтов, производства гуминовых удобрений, получения искусственной биологической почвы и искусственного дисперсного почвогрунта, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».
Предложенный способ обеззараживания, обезвреживания и переработки осадков сточных вод в полезные продукты проверен в лабораторных и производственных условиях и подтвердил обеспечение обеззараживания осадков сточных вод от патогенной микрофлоры, такой как гельменты, кишечная палочка и сальмонелла и др., обеспечение обезвреживания осадков сточных вод от нефтепродуктов, молекулы которых разрушаются электроплазменной установкой на отдельные фрагменты, такие как вода и углекислый газ, и тяжелых металлов, при этом соли тяжелых металлов превращаются в водонерастворимые гуматы этих металлов, являющиеся удобрениями. В результате получаются как водорастворимые, так и водонерастворимые удобрения, искусственная биологическая почва и искусственный дисперсный почвогрунт.
Заявителем проведена проверка качества полученных гуминовых удобрений, искусственной биологической почвы и искусственного дисперсного грунта. При этом установлено, что применение гуминовых удобрений позволяет повысить всхожесть растений в 2-2,5 раза, а также их урожайность, морозостойкость. Имеющиеся в удобрениях металлогуматы не растворяются в воде, но растворяются в щелочных и кислых средах, создаваемых корневой системой растений, и поэтому хорошо усваиваются растениями. Металлогуматы являются катализатором их роста, не вымываются дождем и талыми водами, способствуют накоплению и восстановлению гумуса. Кроме того, металлогуматы являются денитрофенолизатором, ингибитором инсектицидной активности нитрофенолов нижних горизонтов почв, угнетающих рост растений.
Проверка качества искусственной биологической почвы проводилась с использование газонных трав и овощных культур. Результаты опытов показали высокое качество искусственной биологической почвы, обеспечивающей высокую всхожесть растений и их урожайность. Анализ химических веществ в растениях, в том числе в плодах овощей показал отсутствие миграции тяжелых металлов из почвы.
Качество искусственного дисперсного грунта проверялось исходя из его характеристик как техногенного рекультиванта. При этом было отмечено полное соответствие его физико-механических и санитарно-гигиенических характеристик требованиям технических условий (ТУ 5711-001-54875501-2011).
Данный способ прошел государственную экологическую экспертизу, о чем получено заключение государственной экологической экспертизы.
Предложенный способ позволяет использовать земли с отстойниками сточных вод после их переработки под строительство жилых и производственных зданий и сооружений, а также для выращивания культурных и сельскохозяйственных растений, что особенно важно для больших городов, имеющих огромные площади с отстойниками сточных вод вблизи города. Предложенный способ рекомендуется для широкого использования в хозяйственной деятельности.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности и сельском хозяйстве для обезвреживания, обеззараживания и восстановления плодородности грунтов, производства гуминовых удобрений, получения искусственной биологической почвы и искусственного дисперсного почвогрунта. Для осуществления способа проводят обезвоживание осадков сточных вод и обработку их реагентами. В качестве реагентов используют состав из 0,3-8% гидрата окиси калия или натрия в сухом виде, 3-15% соли сернокислого цинка и 15-30% низинного торфа по массе от полученной смеси. Полученную смесь обрабатывают в высокоскоростном десольвере с получением гуминовых удобрений. Перед обработкой реагентами обезвоженные осадки подвергают высокоскоростной дезинтеграции головками импеллерного типа, снабженными разрядными электродами электроплазменной установки напряжением 3-7 киловольт и частотой разрядов 0.2-2 Гц. В предпочтительном варианте полученные гуминовые удобрения смешивают с грунтами от вскрышных работ, загрязненными тяжелыми металлами и нефтепродуктами, в соотношении от 1:3 до 1:10 с образованием искусственной биологической почвы, которую затем смешивают с дроблеными отходами строительства и сноса, в соотношении от 1:1 до 1:5 с образованием искусственного дисперсного почвогрунта. Способ обеспечивает обеззараживание осадков сточных вод, их обезвреживание от нефтепродуктов и тяжелых металлов, получение водонерастворимых гуминовых удобрений, искусственной биологической почвы и искусственного дисперсного почвогрунта. 2 з.п. ф-лы, 3 пр.
1. Способ обеззараживания, обезвреживания и переработки осадков сточных вод в полезные продукты, включающий обезвоживание осадков сточных вод и обработку их реагентами, отличающийся тем, что в качестве реагентов используют следующие реагенты, вводимые в осадки сточных вод, в следующих количествах: 0,3÷8% гидрата окиси калия или натрия в сухом виде, 3÷15% соли сернокислого цинка и 15-30% низинного торфа по массе от полученной смеси, полученную смесь обрабатывают в высокоскоростном десольвере с получением гуминовых удобрений, при этом перед обработкой реагентами обезвоженные осадки подвергаются высокоскоростной дезинтеграции головками импеллерного типа, снабженными разрядными электродами электроплазменной установки напряжением 3-7 кВ и частотой разрядов 0,2-2 Гц.
2. Способ обеззараживания, обезвреживания и переработки осадков сточных вод в полезные продукты по п.1, отличающийся тем, что полученные гуминовые удобрения смешивают с отходами минерального происхождения, представленными грунтами от вскрышных работ, загрязненными тяжелыми металлами и нефтепродуктами, в соотношении от 1:3 до 1:10 в зависимости от загрязнения с образованием искусственной биологической почвы.
3. Способ обеззараживания, обезвреживания и переработки осадков сточных вод в полезные продукты по п.1 или 2, отличающийся тем, что искусственную биологическую почву смешивают с отходами минерального происхождения, представленными дроблеными отходами строительства и сноса, в соотношении от 1:1 до 1:5 с образованием искусственного дисперсного почвогрунта.
