Способ обезвреживания осадка сточных вод и получения из него сырьевых продуктов для производства жидких и твёрдых органоминеральных удобрений Российский патент 2020 года по МПК C05F7/00 

Изобретение относится к технологиям получения сырья для производства удобрений из возобновляемого источника - осадка сточных вод (ОСВ).

ОСВ, непосредственно получаемый при очистке сточных вод, опасен заражением почв и отравлением атмосферы.

Предлагаемым изобретением предусматривается создание технологии обработки ОСВ, продукты которой будут обезврежены и будут соответствовать требования ГОСТ Р 17.4.3-07-2001 «Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрения» в части: агрохимических показателей, допустимого валового содержания тяжелых металлов, мышьяка и санитарно-бактериологических и санитарно-паразитологических показателей.

Традиционно осадки сточных вод или утилизируют сжиганием или перерабатывают в полезный продукт, например, после обезвоживания и выдержки на иловых площадках, в зависимости от климатических условий района, в течение года, 2-х лет, 3-х лет могут быть использованы для удобрения, так как они содержат макро- микроэлементы, гуматы и питательные вещества (N:P:K) в большем объеме, чем навозы и торф.

Технологии обеззараживание ОСВ на полигонах имеют ряд недостатков:

- значительные площади под полигоны;

- отчуждение территорий под санитарно-защитную зону;

- не обеспечивается соблюдение требований ГОСТ в части агрохимических показателей и допустимого валового содержания тяжелых металлов при схеме общесплавной канализации.

Поэтому применяются специальные способы обезвреживания ОСВ и далее производства из него полезных веществ - удобрений или их компонентов.

Известны различные технологии получения из ОСВ сырья для удобрений.

Наиболее близкими для представленного технического решения может быть группа патентов: RU 2210550, RU 2477710, RU 2433962.

RU 2210550. Способ обработки органических осадков сточных вод, включающий смешивание сырого осадка с избыточным активным илом, кавитационную обработку при числе кавитации 0,01-0,05, аэробную стабилизацию, отстаивание, уплотнение и выгрузку обработанного осадка, его обезвоживание, отличающийся тем, что смешивание сырого осадка и избыточного активного ила ведут при соотношении от 1:1 до 1:3, кавитационную обработку проводят в течение 9-12 ч совместно с процессом аэробной стабилизации с эжекционной аэрацией многократно с числом циркуляционных циклов 3-10, аэробную стабилизацию ведут с добавлением надиловой воды в обрабатываемую смесь в количестве 1/3 от объема обрабатываемой смеси, выгрузку обработанного осадка производят из нижней уплотненной его части в количестве 1/3 объема обработанной смеси, обезвоживание производят без предварительной аэрации.

Изобретение обладает определенными недостатками.

При кавитационной и аэробной обработке ОСВ, кавитация создается при прокачивании ОСВ через эжектор для обеспечения эжекционной аэрации жидкости атмосферным воздухом. Процесс длится 9 часов, что значительно повышает расход электроэнергии. В патенте отсутствуют технологические переделы, обеспечивающие требования ГОСТ в части получения санитарно-бактериологических и санитарно-паразитических показателей.

RU 2477710. Способ переработки депонированного илового осадка, включающий смешивание осадков, проведение ферментативной обработки, кондиционирование и обезвоживание полученной биомассы, отличающийся тем, что в качестве осадков используют депонированный иловый осадок и предварительно обработанный избыточный ил, при этом предварительная обработка, заключающаяся в превращении избыточного ила в активную ферментную массу, осуществляется два и более раз при насыщении кислородом воздуха до концентрации не менее чем 10 мг/л в процессах воздушно-кавитационной и электрохимической обработки с использованием гальванической пары, где в качестве материалов гальванической пары используют медь и сталь, при этом к перекачиваемому избыточному илу периодически прикладывают прерывистый переменный ток, а активную ферментную массу, полученную в результате предварительной обработки, наносят на поверхность или подают внутрь депонированного илового осадка один, два или более раз.

Изобретение по патенту RU 2477710 направлено на снижение стоимости обработки депонированных иловых осадков и обеспечение высокой эффективности их очистки от тяжелых металлов (удовлетворение требования ГОСТ в части требования обеспечения допустимого валового содержания тяжелых металлов).

В патенте упомянуто об обезвреживании получаемой биомассы, но нет ссылки на соответствующий технологический передел. Технологические переделы предусматривают превращение избыточного ила в активную ферментную массу, то есть получение полуфабриката, а не конечного продукта - сырья для производства органического органоминерального удобрения.

В данном патенте отсутствуют характеристики получаемой обезвоженной биомассы и соответствие ее качественных показателей требованиям ГОСТ в части допустимого валового содержания тяжелых металлов и санитарно-бактериологических и санитарно-паразитических показателей.

RU 2433962. Способ для аэробной биологической очистки сточных вод, включающий механическую обработку исходной воды и отделение от нее твердого осадка, отстаивание сточной воды в первичном отстойнике и отделение сырого осадка из первичного отстойника, аэробную биологическую очистку, отстаивание сточной воды и активного ила во вторичном отстойнике, вывод избыточного активного ила из вторичного отстойника и отвод очищенной воды, отличающийся тем, что сточные воды передподачей на первичное отстаивание усредняют по концентрации и по расходу воды, и затем осветленные сточные воды подают на биологическую очистку и биоокисление, которые проводят в режиме циркуляции в течение 2-3 ч, затем на вторичное отстаивание, доочистку и обеззараживание, а сырой осадок и избыточный активный ил, выделенные после первичного и вторичного отстаивания, направляют на совместную ферментно-кавитационную обработку для получения комплексного удобрения, при этом иловую смесь предварительно активируют кавитацией низкой интенсивности в течение 2-3 с во время перекачки ее на обработку и насыщают кислородом до 8-10 мг/л во время перекачки для образования бактерий, а в рабочем режиме в течение 4-6 ч бактериальную активацию иловой смеси ведут кавитацией низкой интенсивности постоянно при давлении свыше 1 кг/м², а концентрацию кислорода поддерживают в пределах 10-20 мг/л, при этом бактериальная активация иловой смеси идет с выделением тепла, необходимого для протекания процесса и образования ферментов, которые являются белковыми катализаторами процесса, а также производных ферментов, образующих хелатные соединения.

Недостатком способа является то, что присутствует сброс вытесненной из ОСВ воды, которая, естественно, в дальнейшем должна быть утилизирована. Процесс требует значительных производственных площадей.

Общими недостатками упомянутых выше патентов являются: длительность обработки ОСВ и высокая энергоемкость, как следствие низкая экономическая эффективность. При этом остается вероятность того, что из-за незавершенности биохимических процессов в продукте останутся жизнеспособные яйца гельминтов и глисты.

В патентах отсутствуют указания, каким образом обеспечиваются стабильные параметры ОСВ перед его обработкой. Известно, что состав ОСВ меняется в течение суток, недель, сезона. Нестабильность исходного продукта, ОСВ, создает сложности в получении итогового продукта с заданными качественными характеристиками.

Представленное техническое решение ставит своей целью обезвреживание осадка сточных вод и получение из него сырьевых продуктов для производства жидких и твердых органоминеральных удобрений. При этом способ устраняет недостатки прототипов, а именно:

- сокращается время обработки ОСВ;

- процесс направлен на получение продукта (сырья, для производства удобрений органических, органоминеральных жидких и гранулированных, в котором гарантировано за счет дополнительного применения обработки озоном и теплом завершение биохимических процессов и, что отсутствуют жизнеспособные яйца гельминтов, глисты), а не только на утилизацию ОСВ;

- при производстве сырья для удобрений из ОСВ последний используются практически на 100%, отсутствует сброс вытесненной из ОСВ воды;

- процесс требует меньший объем производственных площадей;

- снижение объемов потребления тепловой и электрической энергии, увеличение выхода товарного продукта, уменьшение производственных площадей дают способу экономические преимущества.

Представленный способ содержит технологические переделы обработки ОСВ, позволяющие сократить временные сроки разрушения углеводов, жироподобных и белковых веществ с их превращением в растворимые органические вещества, с одновременным прекращением выделения газов, резкого снижения биологического потребления кислорода (ВПК) и ликвидацией патогенной флоры.

Это достигается за счет того, что в разработанной технологии последовательно применяются следующие технологические процессы обработки ОСВ:

- тепловая обработка с целью ликвидации яиц гельминтов и патогенных организмов и первичному разрушению органических веществ;

- кавитация, при которой резко ускоряются химические реакции по преобразованию веществ за счет ионизации газов, находящихся в смеси.

Происходит разрушение и измельчение веществ смеси за счет ударных волн, образующихся при схлопывании пузырьков.

Озоно-кислородная обработка ОСВ, прошедшего тепловую обработку и подвергшегося воздействию ультразвуковой кавитации.

В результате озоно-кислородной обработки в ОСВ образуются перекиси различных веществ и соединений, гарантировано завершены биохимические процессы (контролируются показателями ВПК и выделением газов) с образованием гуминовых и углеродных соединений (углерод гуминовых кислот, углерод фульвокислот и триптофан).

Сочетание нагрева, кавитации и озонирования позволяет добиться технического эффекта - гарантированного обезвреживания ОСВ и создание на его основе продукта, который пригоден для производства удобрений.

Продукт, получаемый из ОСВ, является органическим удобрением, содержащим азот, фосфор, калий в соотношении, не менее 5:3:2 (в навозе соотношение 2:1:2), водорастворимые углеродные и иные органические водорастворимые соединения, триптофан (получаемый при озонировании) и макро-, микроэлементы.

Продукт, получаемый из ОСВ, может быть основным сырьем для получения органоминерального удобрения. Добавляя в технологию блок обогащения растворами азотных, фосфорных, калийных веществ, а также при выделении методами центрифугирования плотной и жидкой фазы веществ, производятся органоминеральные удобрения: жидкие на базе фугата и гранулированные из кека.

Предлагаемая технология реализуется на практике следующим образом: ОСВ поступает в расходный бак, в котором происходит усреднение состава.

Усреднение осуществляется с целью создания, на определенный период,

однородную по составу смесь ОСВ.

Из бака ОСВ направляется на измельчитель и далее на тепловую обработку.

Тепловая обработка при температуре 70°С ОСВ разрушит молекулы белка и ускорит биохимическое разложение белковых, жироподобных веществ и углеводов. Выдержка нагретого вещества составляет не менее 20 минут.

После тепловой обработки ОСВ осуществляется кавитация нагретой смеси, во время которой происходит разрушение и измельчение веществ смеси за счет ударных волн, образующихся при схлопывании пузырьков. При кавитации резко ускоряются химические реакции по преобразованию веществ за счет повышения температуры и воздействия на смесь ионами газов, образующихся при кавитации. При этом происходит ликвидация патогенной флоры и преобразование большой части выделяемого сероводорода в кислоту и сернистое железо (происходит изменение цвета ОСВ на черный). Кавитационная обработка осуществляется при помощи ультразвукового генератора. Процесс кавитационной обработки длится, с учетом повторных прокачек, не более одной минуты.

По завершении кавитационной обработки ОСВ смесь охлаждается до температуры не выше 25°С и направляется на озоно-кислородную обработку. ОСВ подается на обработку в емкость циркуляционного озонирования. Насыщение ОСВ озоном производится путем многократной циркуляции воды через эжектор, установленный на оборотном трубопроводе, замкнутым через емкость. В результате обработки смеси озоном будут образовываться перекиси различных веществ и соединения углерода, гуминовые и фульфовые кислоты, триптофан. Таким образом, гарантированно завершаются биохимические процессы и выделение газов. Далее смесь проходит через технологический блок обогащения растворами азотных, фосфорных, калийных веществ. На последней стадии ОСВ преобразуется в жидкое органическое удобрение, либо в продукт для последующего обезвоживания, с целью получения кека. Водоотделение производится методом центрифугирования с получением кека, который является сырьем для производства гранулированных органических и органоминеральных удобрений и фугата, который является сырьем для производства жидких органических и органоминеральных удобрений.

Результатом применения технологии является получение сельским хозяйством органических, органоминеральных удобрения, гарантированно высокого качества за счет обработки (с одновременным обезвреживанием) ОСВ.

Изобретение относится к технологиям получения сырья для производства удобрений из возобновляемого источника - осадка сточных вод. Способ заключается в том, что осадок сточных вод поступает в расходный бак, в котором происходит усреднение состава, направляется на измельчитель и далее на тепловую обработку. Тепловую обработку осуществляют при температуре 70°С, с выдержкой не менее 20 мин. После тепловой обработки осуществляют кавитацию нагретой смеси. Процесс кавитационной обработки длится, с учетом повторных прокачек, не более 1 мин. По завершении кавитационной обработки смесь охлаждают до температуры не выше 25°С и направляют на озоно-кислородную обработку. Далее смесь проходит через технологический блок обогащения растворами азотных, фосфорных и калийных веществ. На последней стадии осуществляют водоотделение с получением кека и/или фугата. Техническим результатом является получение высококачественных органических и органоминеральных удобрения, с одновременным обезвреживанием осадка сточных вод и сокращением временем его обработки. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ обезвреживания осадка сточных вод и получения из него сырьевых продуктов для производства жидких и твердых органоминеральных удобрений, по которому обезвоженный осадок сточных вод последовательно направляется на тепловую и кавитационную обработку, охлаждается до температуры не выше 25°С, подается на озоно-кислородную обработку, проходит через технологический блок обогащения растворами азотных, фосфорных и калийных веществ, отличающийся тем, что перед обработкой обезвоженный осадок сточных вод подают в расходный бак и измельчитель для усреднения состава, тепловую обработку производят при температуре 70°С с выдержкой нагретого вещества не менее 20 мин, а процесс кавитационной обработки длится, с учетом повторных прокачек, не более 1 мин, после процедуры обогащения смесь подают на водоотделение с получением кека и/или фугата.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кавитационную обработку осуществляют при помощи ультразвукового генератора.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что озоно-кислородную обработку производят в емкости циркуляционного озонирования путем многократной циркуляции воды через эжектор, установленный на оборотном трубопроводе, замкнутом через емкость.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что водоотделение производят методом центрифугирования.