Способ утилизации отработанного активного ила очистных сооружений Российский патент 2019 года по МПК C02F11/14 C02F1/76 C02F9/04 C02F101/30 

Изобретение относится к способам утилизации отработанного (избыточного) активного ила станций биологической очистки и может быть использовано для улучшения экологического состояния окружающей среды, а также для интенсификации процессов очистки промышленных и бытовых сточных вод.

Известен способ утилизации осадков сточных вод в качестве удобрений с предварительной обработкой, предусматривающей уплотнение, стабилизацию и обезвоживание. При этом, в осадок добавляют известь, которая улучшает водоотдачу осадка (Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. М. Стройиздат, 1988, с. 63-81, 208-220).

Однако указанный способ требует значительный капитальных и энергетических затрат по удалению воды, не обеспечивает нейтрализации токсичных тяжелых металлов, токсичных и канцерогенных органических соединений, приводит к постепенному накоплению этих и других вредных веществ в почве и их переходу в организм человека.

Известен способ утилизации осадка с его обеззараживанием с помощью извести, которая вводится в количестве, обеспечивающем pH 11-12, и ее доза при влажности осадка 70-80% составляет 15-20% (по СаО) от массы осадка. При этом происходит повышение температуры и прогрев осадка до 60°C за счет экзотермической реакции гашения извести. (Покровская С.Ф. Касатиков В.А. Использование осадка городских сточных вод в сельском хозяйстве, М. ВНИИГЭИагропром. 1987, с. 3-19).

Однако и этот способ не исключает необходимости удаления воды и связанных с этим энергозатрат, так как для удобрений осадок используется в сыпучем твердом состоянии, кроме того введение извести также не обеспечивает нейтрализации токсичных тяжелых материалов.

Известен способ утилизации активного ила путем сушки и пиролиза избыточного активного ила. Стадия сушки производится при температуре 150-200°С с улавливанием низкокипягцих органических веществ; пиролиз избыточного активного ила - при температуре 450-500°С в течение 30 мин (Дьяков М.С., Вайсман Я.М., Глушанкова И.С., Калинина Е.В. Термическая утилизация избыточного активного ила муниципальных биологических очистных сооружений на примере г. Перми. Эква тэк-2008. Вода: Экология и технология: сб. докл. междунар. конгр. - М., 2008).

Однако этот способ не обеспечивает полного уничтожения массы избыточного активного ила. При сушке и пиролизе 1 т обезвоженного избыточного активного ила с влажностью 85-87% будет образовываться 70-80 кг твердого остатка. Кроме того данный способ требует обустройства дополнительных технологических узлов и энергетических затрат на поддержание необходимый температурных режимов.

Наиболее близким является способ обработки и утилизации избыточного активного ила включающий приготовлении 10% раствора сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ и 10% раствора реагентов в биомассу отработанного (избыточного) активного ила из расчета: 100 л 10%-го раствора сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ на 1 м³ биомассы; 100 л 10%-го раствора гипохлорита натрия NaClO на 1 м³ биомассы, затем полученную смесь выдерживают в естественных условиях не менее 2 часов.

Задача изобретения - защита окружающей среды от вредных веществ, образующихся в результате гниения активного ила (совокупность микроорганизмов) на иловых картах очистных сооружений.

Предложенный способ обработки и утилизации отработанного активного ила направлен на полную нейтрализацию твердой фазы биомассы избыточного активного ила, а также устранение неприятного запаха.

Это достигается введением в биомассу избыточного активного ила смеси растворов сульфат аммония 10% (NH₄)₂SO₄ + гипохлорит натрия 10% NaClO.

Способ осуществляют следующим образом.

После отвода отработанного (избыточного) активного ила от блока биологической очистки сточных вод, его перемещают на иловые карты, где он подвергается естественному разложению, выделяя резкий, неприятный запах и различные токсические вещества, образующиеся в результате его распада. Приготавливают 10%-й раствор сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ и 10%-й раствор гипохлорита натрия NaClO. Затем осуществляют одновременный ввод растворов реагентов в биомассу отработанного (избыточного) активного ила из расчета: 100 л 10%-го раствора сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ на 1 м биомассы; 100 л 10%-го раствора гипохлорита натрия NaClO на 1 м биомассы. Полученную смесь выдерживают в естественных условиях не менее 2 часов. В процессе реакции происходит растворение биомассы отработанного (избыточного) активного ила. После этого остаточную жидкость отводят в голову сооружений очистки сточных вод. При этом часть жидкой фазы естественным образом фильтруется в грунт.

После обработки активного ила смесью растворов сульфата аммония и гипохлорита натрия 10% (NH₄)₂SO₄+10% NaClO, освобождаются карты хранения избыточного активного ила, вся масса активного ила растворяется.

Остаточная вода фильтруется с большей скоростью освобождая карты для повторного заполнения.

Были рассмотрены и использованы различные химические способы решения поставленной задачи. В результате экспериментов были подобраны необходимые концентрации и взаимосочетания химических реагентов, что дало возможность устранить запахи и уничтожить весь активный ил, поступающий на иловые карты (иловые площадки).

Это дает возможность защитить окружающую среду от вредных выбросов, а также уменьшить количество карт, необходимых для хранения отработанного активного ила очистных сооружений.

В процессе эксперимента было большое количество различных окислителей и восстановителей: H₂SO₄, HJ, HBr, SnCl₂, FeSO₄, MnSO₄, Cr₂(SO₄)₃, KMnO₄, MnO₂, K₂Cr₂,O₇, (NH₄)₂SO₄, HNO₃, H₂O₂, CnO, FeCl₃, NaOCl и др.

Все перечисленные вещества применялись как в чистом виде, так и в виде растворов различной концентрации в диапазоне: 1%-20%.

Наилучший эффект был достигнут при применении смеси растворов 10% (NH₄)₂SO₄+10% NaClO.

Введение этого сочетания растворов с указанной концентрацией в массу отработанного (избыточного) активного ила, приводило к полной нейтрализации запаха, а также полому исчезновению осадка активного ила.

Применение данной смеси реагентов дает возможность убрать всевозможные запахи, сопутствующие гниению отходов активного ила, а также освободить значительные объемы иловых карт для последующего их заполнения, также полученная после обработки жидкость может быть использованна для получения различных металлов методом электролиза.

Кроме того снижаются транспортные затраты, затраты на горючее, связанные с доставкой активного ила на иловые карты или в качестве удобрения на сельскохозяйственные поля.

Испытание предлагаемого способа утилизации отработанного активного ила очистных сооружений проведено в лаборатории кафедры «Гидравлики, водоснабжения и водоотведения» ФГБОУВО «ВГТУ» в 2016 г. Способ рекомендован к внедрению на городских станциях очистки сточных вод или других производственных очистных сооружениях сточных вод, включающих в себя биологическую очистку.

Изобретение может быть использовано в области очистки промышленных и бытовых сточных вод при утилизации отработанного активного ила. Для осуществления способа в биомассу отработанного (избыточного) активного ила вводят смесь растворов сульфата аммония 10-12% (NH₄)₂SO₄ и гипохлорита натрия 10-12% NaClO из расчета 100 л 10% раствора сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ на 1 м³ биомассы и 100 л 10% раствора гипохлорита натрия NaClO на 1 м³ биомассы. Полученную смесь выдерживают в естественных условиях не менее 2 ч и ведут процесс утилизации отработанного активного ила при температуре окружающей среды. Способ обеспечивает значительное сокращение объемов иловых площадок и предотвращение негативного воздействия отработанного (избыточного) активного ила на окружающую среду при устранении неприятного запаха на очистных сооружениях. 1 пр.

Способ обработки и утилизации активного ила очистных сооружений, включающий приготовление раствора сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ и раствора гипохлорита натрия NaClO, затем одновременный ввод растворов реагентов в биомассу отработанного (избыточного) активного ила из расчета: 100 л 10% раствора сульфата аммония (NH₄)SO₄ на 1 м³ биомассы, 100 л 10%-го раствора гипохлорита натрия NaClO на 1 м³ биомассы, выдержку полученной смеси в естественных условиях не менее 2 ч, отличающийся тем, что в биомассу отработанного (избыточного) активного ила вводят смесь растворов сульфата аммония 10-12% (NH₄)SO₄ и гипохлорита натрия 10-12% NaClO и ведут процесс утилизации отработанного активного ила при температуре окружающей среды.