СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА НА ОСНОВЕ ПЕРЕРАБОТАННЫХ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД ПРЕДПРИЯТИЙ КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА Российский патент 2013 года по МПК C04B18/30 C02F11/14 C02F103/34 

Изобретение относится к области переработки осадка сточных вод предприятий коммунального хозяйства и может быть использовано в дорожно-транспортном строительстве, в качестве удобрений для придорожного озеленения, лесоразведении, рекультивации полигонов твердых бытовых отходов и полигонов промышленных отходов, для биологической рекультивации нарушенных земель.

Известен (авторское свидетельство SU 1778209) способ получения смеси, которая может быть использована при дорожном строительстве. Согласно известному способу смешивают щебень отвальный осадок сточных вод, отход производства при фосфатировании металлических поверхностей перед окрашиванием и фосфатный шлам.

Недостатком известного способа является то, что при его реализации используют компоненты, представляющие собой отход малотоннажного производства, размещение которого не всегда адекватно местам строительства дорог. Такие компоненты необходимо иметь и доставлять на строительство дороги в больших объемах, что связано с высокими материально-техническими затратами.

Известен (патент RU 2032319) способ получения искусственной почвы, предназначенной для выращивания растений. При реализации способа смешивают цеолит и гельобразующий растворимый в воде нетоксичный полимер в качестве влагоемкого материала, растительный экстракт в качестве биологически активного вещества, сине-зеленую водоросль Nostoc Zinckia в качестве азотфиксирующего компонента и сапропель.

Недостатком известного технического решения следует признать достаточно узкую область применения.

Известен (патент RU 2256632) способ получения автоклавного золопенобетона, который может быть использован для изготовления изделий в промышленном и гражданском строительстве. При реализации способа смешивают цемент, известь, песок и золу от сжигания осадка сточных вод, воду и пенобетонообразующую добавку.

Недостатком известного технического решения является то, что для изготовления строительных изделий необходимо формировать и обрабатывать изделия в автоклавах. Этот технологический процесс требует дорогостоящего оборудования и больших материально-технических затрат для использования при изготовлении дорожных одежд.

В ходе проведения патентно-информационного поиска не выявлены источники патентной информации, в которых раскрыт способ получения композиционных материалов для дорожно-транспортного строительства на основе переработанных осадков сточных вод предприятий коммунального хозяйства.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного технического решения, состоит в утилизации значительного объема осадка сточных вод предприятий коммунального хозяйства с получением композиционных материалов, которые могут быть использованы в дорожно-транспортном строительстве, в качестве удобрений для придорожного озеленения, лесоразведении, рекультивации полигонов твердых бытовых отходов и полигонов промышленных отходов, для биологической рекультивации нарушенных земель.

Для получения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ получения композиционных материалов для дорожно-транспортного строительства на основе переработанных осадков сточных вод предприятий коммунального хозяйства. Согласно разработанному способу последовательно производят забор суспензии осадка сточных вод предприятий коммунального хозяйства с разбавлением ее до рабочей концентрации в узле приготовления суспензию осадка, добавляют в подготовленную суспензию средство устранения неприятных запахов, средство связывания ионов тяжелых металлов и средство дезинфекции, подготавливают раствор флокулянта для обезвоживания обработанной суспензии осадка, подготавливают площадки и мешки из геотекстильного материала для обезвоживания подготовленной суспензии, смешивают обработанную суспензию осадка с раствором флокулянта и помещают полученную смесь в мешки из геотекстильного материала, выдерживают смесь в мешке из геотекстильного материала до получения обезвоженного осадка и производят смешение полученного осадка с песком и золой, причем рабочая концентрация суспензии осадка составляет 5% мас. по сухому веществу, образованную суспензию осадка смешивают с раствором флокулянта «Праестол», при этом перед смешением с полимером суспензия проходит кавитационный смеситель.

Разработанный способ в преимущественном варианте реализации используют следующим образом.

Первоначально проводят подготовительные работы, состоящие из забора суспензии осадка и разбавления суспензии осадка до рабочей концентрации.

Выемка (забор) суспензии осадка сточных вод осуществляют из иловых накопителей с использованием смесительного насоса, который подключен с использованием армированного гибкого шланга к шламопроводу. Насос предпочтительно имеет два режима работы: откачка и перемешивание.

Перед началом каждого забора суспензию осадка рекомендуется перемешивать в течение 15-30 минут. На всасывающем патрубке насоса установлены два ножа для измельчения крупного мусора, нередко присутствующего в осадке сточных вод предприятий коммунального хозяйства.

После перемешивания осадок подают в напорный трубопровод, изготовленный из полиэтилена, по которому суспензия осадка попадает в первый приемный бак. В трубопроводе вмонтирован инлайн датчик определения содержания сухого вещества (СВ) в осадке. Датчик в режиме онлайн осуществляет измерения концентрации СВ в транспортируемой по трубопроводу суспензии осадка и, предпочтительно, транслирует их на монитор, находящийся в помещении управления насосами.

Суспензия осадка, закаченная из илового накопителя, поступает в первый бак. Суспензия, забираемая из илового накопителя, имеет концентрацию 7-12% по СВ. В первом баке производят разбавление суспензии до рабочей концентрации 5% по СВ. Разбавление происходит за счет добавления в суспензию воды или возвратного фильтрата, вытекающего из геотекстильных мешков. Фильтрат доставляют из сточного коллектора, проходящего вокруг полигона для складирования осадка, погружным насосом производительностью 100 м³/ч. На основании показаний инлайн датчика определяют количество сухого вещества в поступаемой суспензии осадка и, соответственно, определяют объем фильтрата, необходимого для разбавления исходной суспензии осадка до 5%-ой концентрации по СВ. Это количество фильтрата добавляют в первый бак и перемешивают лопастными мешалками в течение приблизительно 30 минут. В процессе перемешивания второй инлайн датчик, установленный в стенке бака №1, измеряет концентрацию смешиваемого суспензии осадка и транслирует эти показания на монитор, находящийся в помещении управления насосами.

После разбавления суспензии осадка до рабочей 5%-ой концентрации по СВ, ее перекачивают в баки смешения суспензии осадка с химическими реагентами - второй и третий баки. Дозирование химических реагентов во второй и третий баки производят по пластиковым шлангам DN8. Комплекс работает в автоматическом режиме. Сигнал на подачу реагента поступает от ультразвуковых уровнемеров, установленных на втором и третьем баках.

Насосы перекачки суспензии осадка, шнекового типа, имеют производительность 300 м³/ч каждый.

Процесс смешения происходит следующим образом.

Из комплекса дозирования химических реагентов во второй и третий баки поочередно добавляют следующие химические реагенты: средство устранения неприятных запахов, средство связывания ионов тяжелых металлов и средство дезинфекции.

Два бака необходимы для обеспечения непрерывности процесса работы комплекса. Заполняют их поочередно. Когда из второго бака обработанную реактивами суспензию перекачивают дальше по технологической цепочке, в третьем баке происходит процесс перемешивания химических реагентов с суспензией и наоборот. Процесс дозирования химических реагентов и смешения их с суспензией занимает приблизительно один час.

Используемый узел обезвоживания суспензии осадка состоит из двух насосов перекачки осадка, насоса подачи воды, датчика определения сухого вещества, обвязки из металлических труб DN150 и труб виброгасителей, изготовленных из резины того же диаметра.

Для приготовления раствора флокулянта используют систему для подвески, состоящую из каркаса, сваренного из четырех металлических профилей, с крюками для подвешивания с общим весом до 1 тонны и двух установок для приготовления высококонцентрированного раствора флокулянта с концентрацией 1-2%.

Каждая установка включает в себя бак объем 650 л, изготовленный из устойчивого к коррозии металла; лопастную двухуровневую мешалку с электроприводом; насос для забора сухого флокулянта; емкость для дозирования сухого флокулянта в бак приготовления, оснащенной вибратором; дозировочное устройство пересыпного типа (ячеечный дозатор); расходомер воды, поступающей в бак разбавления; насос перекачки готового раствора флокулянта; промежуточный бак производительностью 6 м³/ч; обвязку из труб и шлангов DN50 с электромагнитными клапанами и датчиками давления и шкаф управления с панелью Siemens, с которой проводят контроль за всеми параметрами приготовления и дозирования раствора флокулянта.

Приготовленные растворы флокулянта поступают в промежуточный (дозировочный) бак объемом 1400 л, изготовленный из устойчивого к коррозии металла, из которого шнековым насосом, производительностью 9 м³/ч, подают раствор флокулянта через установку для введения раствора полимера в обрабатываемый осадок.

Раствор флокулянта приготавливают следующим образом.

При включении установки приготовления сухой флокулянт забирают из мешка насосом для сыпучих веществ и по полиэтиленовым шлангам, оснащенным обмоткой из проволоки для снятия статического напряжения, подают в емкость для дозирования. Вибратор на емкости дозирования предотвращает налипания флокулянта на стенки и обеспечивает равномерное распределение флокулянта внутри емкости. Одновременно в бак V=650 л с использованием насоса подают около ста литров воды. Таким образом, сухой флокулянта после начала дозирования попадает сразу в воду, а не на сухую поверхность бака. Дозировку сухого флокулянта осуществляют с использованием ячеечного дозатора, приводимого в движение электромотором. Скорость работы ячеечного дозатора устанавливается автоматически в зависимости от заданной концентрации раствора флокулянта. Производительность установки дозировки флокулянта составляет до 30 кг сухого полимера в час.

После приготовления раствор флокулянта шнековым насосом перекачивают в промежуточную (дозировочную) емкость V=1400 л. откуда шнековым насосом перекачки подают в установку для смешения раствора флокулянта с суспензией осадка.

Датчик содержания СВ, установленный в напорном трубопроводе с суспензией сразу после насоса перекачки осадка, подает сигнал на насос перекачки раствора флокулянта. В зависимости от уменьшения или увеличения концентрации СВ в суспензии подача раствора флокулянта уменьшается или увеличивается. Также объем подаваемого раствора флокулянта регулируют в зависимости от объема поступающей суспензии осадка. Для контроля этого параметра в напорный трубопровод с суспензией вмонтирован расходомер, который в свою очередь подает сигнал на насос перекачки раствора флокулянта в систему смешения подготовленной суспензии осадка с раствором флокулянта.

Система смешения вмонтирована в напорный трубопровод перекачки суспензии осадка и представляет собой два смесителя. Первый - это кавитационный смеситель, предназначенный для разбивания комков в суспензии и обеспечения однородности смеси. Второй смеситель представляет собой лопатку с прорезями по бокам. Внутрь этой лопатки и подают раствор флокулянта. Выходя через прорези, раствор флокулянта как бы наматывается на суспензию, при этом достигается наилучшее перемешивание, особенно высококонцентрированных растворов с суспензией. Скорость вращения лопаток может варьироваться от 300 до 3000 об/мин. В трубопроводе после лопатки смешения флокулянта с суспензией установлено смотровое окно, через которое можно визуально контролировать процесс флокуляции, то есть разделение жидкой и твердой фазы.

В процессе подготовки статического обезвоживания смеси предварительно готовят площадки и мешки и геотекстиля. Мешки располагают на специально подготовленных площадках. При подготовке площадку застилают гидроизоляционным материалом и засыпают крупным щебнем. Площадку делают под небольшим уклоном в сторону сточного коллектора. Это необходимо для отвода фильтрата, вытекающего из мешка.

После смешения с флокулянтом суспензию сфлокулированного осадка по напорному трубопроводу, изготовленному из металлических труб длиной 4 м, подают в геотекстильные мешки. Размеры геотекстильного мешка: длина 65 м, высота 2,5 м. Каждый мешок имеет три отверстия для ввода осадка внутрь. Для ввода суспензии сфлокулированного осадка в геотекстильные мешки к напорному трубопроводу через переходники подсоединены рукава пожарных шлангов, подсоединенные в свою очередь к отверстиям для ввода суспензии внутрь. Геотекстильные мешки сделаны по мембранной технологии, то есть обладают односторонней проводимостью. Образовавшийся в процессе флокуляции фильтрат из мешка выходит свободно, а атмосферные осадки или любая другая жидкость извне в мешок не попадает.

Таким образом, в результате статического обезвоживания в мешке остается только обезвоженный осадок, который под действием собственного веса в течение 4-8 месяцев после последней закачки, обезвоживается до состояния 25-28% по СВ (на вид как чуть сырая земля).

Освободившийся из геотекстильных мешков фильтрат попадает в сточный коллектор, проходящий возле всех бетонных карт, где располагают мешки. Через дренажный колодец фильтрат забирают погружным насосом в первый бак и используют затем для разбавления суспензии осадка, поступающей из илового накопителя. Таким образом, обеспечивается вторичное использование выделенного фильтрата, т.е. достигается цикличность процесса.

Технология получения композиционных материалов предусматривает выемку биошлама после вскрытия геотубы экскаватором и размещение его на предварительно подготовленной площадке, как правило, бетонной карте. Одновременно на рядом расположенных площадках размещают песок и золу.

После нахождения в геотубе не менее одного месяца обработанное первичное сырье (ОПС) в зависимости от процентного содержания СВ готово для дальнейшей переработки.

Дальнейшая переработка биошлама в геотубе зависит от результатов химического и микробиологического анализа.

Если полученный продукт отвечает требованиям ГОСТ Р 17.4.3.07-2001, то он является удобрением и может применяться: без дальнейшей переработки и носит товарное название «ГРИНЛАЙФ-П».

Если продукт по каким-то параметрам не соответствует требованиям ГОСТ на почвы, то для доведения его параметров до этих требований используют систему смешения осадка с различными наполнителями-разбавителями, размещенными на полигоне: зола от сжигания осадка, песок с песколовок. Полученный композиционный материал носит товарное название «ГРИНЛАЙФ-К» и может применяться в дорожно-транспортном строительстве, в качестве удобрений для придорожного озеленения, лесоразведении, рекультивации полигонов твердых бытовых отходов и полигонов промышленных отходов, для биологической рекультивации нарушенных земель.

Для получения композиционных материалов «ГРИНЛАЙФ-К» предпочтительно используют трехкамерную мобильную установку на шасси, оснащенную дизельной установкой для автономной эксплуатации агрегата смешение.

Агрегат смешения размещают на одноосной ходовой части с тяговым дышлом. Общая длина составляет около 13000 мм, ширина - 2750 мм, высота 4000 мм. Общий вес 13000 кг.

Агрегат состоит из трех бункеров. Первый бункер с объемом загрузки 10-12 м³ предназначен для размещения биошлама из геотубы. Основная поверхность - 4000 мм × 1900 мм, отверстие для загрузки - 4000 мм × 2200 мм, бортовые стенки - 1250 мм, односторонний съемный борт - 500 мм откидной, насадка для передней стенки - 500 мм вставлена, опорная пластина - 5 мм Hardox, боковые стенки - 4 мм Hardox, цепочка скребкового транспортера типа 125 HV, планки скребкового транспортера U-образной формы - 60×30×6 закрыты, высота загрузки приблизительно - 2800 мм, заслонка дозатора, открывающаяся гидравлически - 800 мм Hub, стенки заслонки дозатора - 3 мм Hardox, привод донного скребкового транспортера над цилиндрической зубчатой передачей, электрогидравлическое обслуживание скребкового транспортера и заслонки дозатора.

Второй бункер с объемом загрузки 5,7-9 м³ предназначен для загрузки песка. Основная поверхность - 3000 мм x 1900 мм, погрузочное отверстие - 3000 мм × 1900 мм, бортовые стенки - 1000 мм, односторонний съемный борт - 500 мм откидывающийся, насадка передней стенки - 500 мм вставлена опорная плита - 5 мм Hardox, боковые стенки - 4 мм Hardox, цепочка скребкового транспортера - типа 125 HV, планки скребкового транспортера U-образной формы - 60×30×6 закрыты, высота загрузки прибл. - 3800 мм, заслонка дозатора, открывающаяся гидравлически - 800 мм Hub, стенки заслонки дозатора - 3 мм Hardox, привод донного скребкового транспортера, смесительные вальцы с гидравлическим приводом и закаленными резцами, электрогидравлическое обслуживание для скребкового транспортера и заслонки дозатора.

Третий бункер имеет объем загрузки 2 м³ и предназначен для размещения золы. После добавления исходных объемов компонентов в агрегат смешения полученный продукт подают внутренним транспортером на дисковый грохот: рабочая поверхность грохота: ширина - 1200 мм, длина - 3500 мм, общая ширина конструкции - 2100 мм, общая длина конструкции - 4200 мм, количество валов - 22, расстояние между ножами дисков - 25 мм, частота вращения - приблизительно 250 об/мин, отвальный конвейер - ширина ремня 980 мм, мощность приводного двигателя - 5,5 кВт.

После прохода через грохот готовый продукт рабочим транспортером подают на автономный телескопический транспортер и размещают на специально подготовленную площадку или подают под погрузку на соответствующий транспорт. Каждую партию продукта анализируют по основным показателям качества и выписывают паспорт продукта перед отгрузкой потребителю.

Изобретение может быть использовано в дорожно-транспортном строительстве, в производстве удобрений для придорожного озеленения, лесоразведении, рекультивации полигонов твердых бытовых отходов и полигонов промышленных отходов, для биологической рекультивации нарушенных земель. Для осуществления способа последовательно проводят забор осадка сточных вод с разбавлением его до рабочей концентрации 5% в узле приготовления осадка. В подготовленную суспензию добавляют средства для связывания ионов тяжелых металлов, дезинфекции и устранения неприятных запахов. Подготавливают обезвоживающий раствор флокулянта. Готовят площадки и оборудование для обезвоживания подготовленного осадка. Смешивают обработанный осадок с раствором флокулянта и помещают полученную смесь в мешки из геотекстильного материала. Выдерживают смесь в мешках до получения осадка, обезвоженного до состояния 25-28% по сухому веществу. Смешивают полученный осадок с песком и золой, при этом перед смешением с флокулянтом осадок проходит кавитационный смеситель. Способ обеспечивает эффективную утилизацию значительного объема осадка сточных вод предприятий коммунального хозяйства с получением композиционных материалов, применяемых по разному назначению.

Способ получения композиционных материалов для дорожно-транспортного строительства на основе переработанных осадков сточных вод предприятий коммунального хозяйства, характеризуемый тем, что последовательно производят забор осадка сточных вод предприятий коммунального хозяйства с разбавлением его до рабочей концентрации в узле приготовления осадка, добавляют в подготовленный раствор средство устранения неприятных запахов, средство связывания ионов тяжелых металлов и средство дезинфекции, подготавливают раствор флокулянта для обезвоживания обработанного осадка, подготавливают площадки и мешки из геотекстильного материала для обезвоживания подготовленного осадка, смешивают обработанный осадок с раствором флокулянта и помещают полученную смесь в мешки из геотекстильного материала, выдерживают смесь в мешке из геотекстильного материала до получения осадка, обезвоженного до состояния 25-28% по сухому веществу, смешивают полученный осадок с песком и золой, причем рабочая концентрация составляет 5 мас.% по сухому веществу, при этом перед смешением с флокулянтом осадок проходит кавитационный смеситель.