СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ НЕКОНДИЦИОННОЙ ПОЛИМЕРИЗОВАННОЙ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ С ПОМОЩЬЮ КОМПОСТИРОВАНИЯ Российский патент 2014 года по МПК C08J11/04 C05C9/02 C05F17/00 

Изобретение относится к биотехнологии защиты окружающей среды и, в частности, к области химической, деревообрабатывающей, мебельной и строительной промышленности, а также сельскому хозяйству и может быть использовано для утилизации некондиционных карбамидоформальдегидных смол после потери технических свойств с целью получения органоминеральных удобрений - компостов.

Карбамидоформальдегидные смолы незаменимы в производстве древесностружечных, древесноволокнистых плит, фанеры и другой продукции. Они широко применяются в производстве карбамидных пенопластов, стеклохолста, находят применения в продуктах теплоизоляции и в производстве влагопрочных специальных сортов бумаги и картона. Карбамидоформальдегидные смолы представляют собой продукт поликонденсации карбамида с формальдегидом. Существуют различные марки карбамидоформальдегидных смол, отличающихся по своим свойствам и областям применения [1, 2].

Синтезированный конечный продукт представляет собой однородную вязкую суспензию, от белого до светло-желтого цвета без посторонних механических включений. Недостатком смолы является короткий срок хранения. Смолу необходимо хранить при температуре 5-25°С в чистых закрытых емкостях, защищенных от воздействия солнечных лучей и атмосферных осадков, периодически перемешивая. Гарантийный срок хранения смолы - до 45 суток со дня изготовления [3-5].

На сегодняшний день в мире сложились два механизма обеспечения потребностей деревообрабатывающих производств карбамидоформальдегидными смолами:

- централизованная поставка карбамидоформальдегидных смол предприятиями химической промышленности; и

- приготовление смол непосредственно на деревообрабатывающих производствах.

Типовое предприятие по производству древесно-стружечной плиты мощностью 100000 м³ потребляет около 10000 тонн карбамидоформальдегидной смолы в год. При этом на таком предприятии в результате различных причин объективного характера практически 4-5% смолы становится непригодной для производства, что составляет около 450 тонн в год. Некондиционная смола представляет собой твердый полимеризованный продукт, который необходимо утилизировать. Способов утилизации такого продукта в настоящее время не имеется и такие отходы производства необходимо вывозить на полигоны или мусорные свалки [2].

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом способе утилизации карбамидоформальдегидной смолы, пришедшей в негодность в результате окончания срока ее хранения и которая применяется в деревообрабатывающей промышленности для производства клееной продукции, состоит в биоконверсии полимеризованного продукта - отхода производства с помощью микроорганизмов во время процесса компостирования. Карбамидоформальдегидная смола в своем составе содержит и углерод (около 25%), и азот (около 25%), которые могут использоваться почвенными микроорганизмами как источник питания и превращаться в биодоступные для растений питательные формы элементов.

Другими источниками образования твердых отходов полимеров являются предприятия по производству карбамидных смол.

Цель изобретения - утилизация, рециклинг и биоконверсия пришедшей в негодность карбамидоформальдегидной смолы с помощью компостирования в полезный продукт - органоминеральное удобрение (компост).

Поставленная цель достигается тем, что компостированию подвергается смесь осадка сточных вод с органосодержащим наполнителем (опилки) с добавлением некондиционной карбамидформальдегидной смолы (5% к массе осадка), предварительно размолотой до частиц размером 1-2 мм, в соотношении осадок сточных вод (птичий помет, свиной навоз, навоз крупного рогатого скота):опилки:смола, равном 1:0,058:0,05 по массе или 1:0,29:0,04 по объему, для получения компоста при расчетной влажности органических отходов (птичий помет, свиной навоз, навоз крупного рогатого скота) 68%.

Основным требованием к качеству осадка сточных вод является его влажность, которая не должна превышать 82%. С уменьшением влажности снижается количество наполнителя (опилки), обеспечивающего рыхлую структуру компостируемой смеси и смолы.

Результаты агрохимических анализов полученных конечных продуктов компостирования представлены в таблице 1.

Результаты микробиологических анализов конечных продуктов компостирования представлены в таблице 2.

Одним из качественных показателей возможного экологически безопасного использования компостов является отсутствие у них фитотоксичности. Результаты исследования конечных продуктов компостирования показали, что смесь осадка сточных вод с органосодержащим наполнителем (опилки) с добавлением некондиционной карбамидформальдегидной смолы (5% к массе осадка), предварительно размолотой до частиц размером 1-2 мм, после компостирования при данных условиях не обладала фитотоксичностью.

Таблица 1 Результаты агрохимического анализа компостов Показатели Единицы измерений Исходная смесь (ОСВ + опилки) Смесь + 5% КФС Смесь + 10% КФС Влажность % 67,6 41,7 45,0 Зольность % 44,9 34,5 33,4 Значение рН_сол. Ед. 6,9 6,9 6,85 Содержание на сухое         вещество:         - азот общий % 2,04 5,31 5,51 - фосфор общий % 5,56 3,5 3,36 - калий общий % 0,32 0,24 0,21 - фосфор подвижный мг/100 г 421 1317 1570 - калий подвижный мг/100 г 41 4,4 1,8 - азот аммиачный % 0,19 0,16 0,16 - азот нитратный мг/кг 121 494 723

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующим примером.

Компостирование вышеописанной смеси осуществляется на постоянной или временной площадке компостирования с грунтовым покрытием. При двухрядном расположении буртов (высота 2,5 м, ширина 6 м, длина 50 м) каждый бурт имеет объем 375 м³. Максимальное количество буртов равно 78. Данного количества буртов достаточно для 4-месячного цикла компостирования и хранения компоста на площадке компостирования. В летний период количество компоста в буртах сокращается на 30-40% за счет ускорения процесса компостирования компостной смеси на основе осадка сточных вод, опилок и смолы.

Время созревания компоста на основе осадка сточных вод, опилок и смолы в естественных климатических условиях Центрального округа Российской Федерации составляет в весенне-летнее время 3-4 месяца, в осенне-зимнее время - 5-6 месяцев. При этом для ускорения процесса компостирования проводится периодическое перемешивание компостной массы в весенне-летнее время каждые 4-6 недель, а в зимнее время - каждые 6-8 недель. Температурный режим восстанавливается в течение 3-4 дней в весенне-летнее время и 8-10 дней - в зимнее время за счет протекания аэробных микробиологических процессов.

В результате предлагаемой технологии компостирования вышеуказанной смеси получается конечный продукт (влажность 60-70%) с нейтральной или слабо щелочной реакцией среды (рН_сол. 6,5-7,5), представляющий собой насыщенный питательными веществами (азота общего (N_общ.) - 1,5; фосфора (Р₂О₅) - 2,0; калия (К₂О) - 0,25 в % от абс. сухого вещества), сыпучий и не слеживающийся продукт темно-серого цвета со слабовыраженным запахом аммиачного азота.

Область применения такого компоста - это сельскохозяйственное производство для выращивания технических, кормовых и сидеральных культур; в зеленом строительстве; в дорожном строительстве под посадки деревьев и кустарников вдоль дорог, формировании растительного слоя откосов, под посадки цветочно-декоративных растений; в питомниках лесных и декоративных культур; для рекультивации нарушенных земель, полигонов твердых бытовых отходов и полигонов промышленных отходов.

Дозы внесения компоста устанавливаются в зависимости от конкретных условий: области применения, вида сельскохозяйственной культуры и планируемой урожайности; наличия минеральных и органических удобрений в хозяйстве с учетом их качественных показателей; уровня плодородия почв и удобренности предшественника. Применение компоста под сельскохозяйственные культуры может существенно уменьшить потребность в азотных и фосфорных минеральных удобрениях.

Рекомендуемые дозы внесения компоста под основные полевые культуры приведены в таблице 3.

Таблица 3 Рекомендуемые дозы внесения компоста под основные полевые культуры, т/га. Культура Основной способ внесения Внесение под культивацию Ячмень на фуражное зерно 60-80 30-40 Овес на фуражное зерно 60-80 30-40 Сидеральная культура 60-80 30-40 Кукуруза на зеленую массу 100-120 50-60 Подсолнечник на зеленую массу 100-120 50-60

Заявленный способ отличается новой совокупностью признаков, состоящих в том, что для улучшения процесса биоконверсии и детоксикации некондиционированной карбамидформальдегидной смолы осуществляют компостированием в смеси с осадком сточных вод и опилками - в определенной пропорции и это является принципиально новым. Вышеуказанное обстоятельство свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию "Новизна".

Заявленный способ утилизации некондиционированной карбамидформальдегидной смолы показывает, что он для специалиста не следует явным образом из уровня техники. Это свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию "Изобретательский уровень".

Таким образом, использование предлагаемого способа утилизации некондиционированной карбамидформальдегидной смолы позволяет с помощью компостирования в смеси с осадками сточных вод и опилками в соотношении осадок сточных вод (птичий помет, свиной навоз, навоз крупного рогатого скота):опилки:смола, равном 1:0,058:0,05 по массе или 1:0,29:0,04 по объему, получать конечный продукт удовлетворительного качества, который может использоваться в качестве удобрительной смеси при выращивании различных технических культур.

Источники информации

1. Кондратьев В.П., Кондращенко В.И. Синтетические клеи для древесных материалов. М.: Научный мир, - 2004. - 320 с.

2. Махлай В.Н., Афанасьев С.В. Химия и технология карбамидоформальдегидного концентрата. Монография. - Самара: СНЦ РАН, 2007. -234 с.

3. ГОСТ 14231-88. Смолы карбамидоформальдегидные. Технические условия. Введ. 01.10.89 до 01.07.94. -М.: Изд-во стандартов, 1988. -21 с.

4. ГОСТ 20907-75. Смолы фенолоформальдегидные жидкие. Технические условия. Введ. 01.01.77 до 01.01.92. М.: Изд-во стандартов, - 1987. - 30 с.

5. ТУ 2181-032-00203803-2003. Концентрат карбамидоформальдегидный. Технические условия.

Таблица 2 Микробиологический анализ компостов.   Наименова
ние
компоста Использую
щие органичес
кие формы Использующие минеральные формы азота на КАА Целлюлозоразрушающие на среде Гетчинсона Грибы на среде Чапека Общее в том числе Общее в том числе   бактерии актиномицеты бактерии грибы актиномицеты 1 Контроль ОСВ + опилки 6467 9800 9799,6 0,4 14,0 1,3 2,0 10,7 1,33 2 ОСВ + опилки + 15% КФС 3200 6600 6599,8 0,2 29,3 3,0 12,7 13,6 8,6 3 ОСВ + опилки + 30% КФС 11267 24400 24399,2 0,8 180,5 6,2 168,2 6,1 75,3

Изобретение относится к биотехнологии защиты окружающей среды и, в частности, к области химической, деревообрабатывающей, мебельной и строительной промышленности, а также сельскому хозяйству и может быть использовано для утилизации некондиционной карбамидоформальдегидной смолы при ее производстве и использовании после окончания срока ее годности. Предлагаемый способ утилизации некондиционной карбамидоформальдегидной смолы после срока ее годности с помощью компостирования в смеси с осадком сточных вод и опилками может быть использован на предприятиях по производству смол химической, деревообрабатывающей, мебельной и строительной промышленности. Это позволяет утилизировать одновременно три вида отходов: осадок сточных вод, опилки, смола, образующиеся при производстве древесно-стружечной плиты, упростить, удешевить технологию получения органо-минеральных удобрений и повысить удобрительную ценность конечного целевого продукта. 3 табл.

Способ утилизации некондиционной полимеризованной карбамидоформальдегидной смолы, характеризующийся тем, что ее предварительно измельчают до частиц размером до 1-2 мм и смешивают с осадком сточных вод, который может представлять собой птичий помет, свиной навоз, навоз крупного рогатого скота, и опилками в качестве наполнителя, разрыхлителя и детоксиканта в соотношении осадок сточных вод - опилки - смола, равном 1:0,058:0,05 по массе или 1:0,29:0,04 по объему, соответственно, и затем эту смесь подвергают компостированию.