Модернизированный способ одновременного обезвреживания осадков сточных вод и золы с получением полезного вещества для строительства, сельского хозяйства и промышленности Российский патент 2020 года по МПК C02F11/06 

Изобретение относится к области экологии, а точнее к обезвреживанию вредных для экологии осадков сточных вод (ОСВ) и золы.

Осадок сточных вод и золы являются опасными для природы и жизни и здоровья человека веществами и требуют утилизации.

Одним из способов утилизации сточных вод и золы является хранение их на специальных полигонах. Данный способ имеет недостатки. Во-первых, под такие полигоны необходимы значительные площади хранения. Во-вторых, не происходит обезвреживание отходов. В-третьих, для каждого из этих видов отхода необходимы собственные полигоны. В-четвертых, такие полигоны должны быть далеко удалены от жилых районов.

Известно техническое решение по патенту RU 2293070, по которому для обезвреживания используется комплексный реагент, состоящий из глины, извести, цемента, смеси оксидов металлов, золы, дробленого шлака, доломитовой муки, молотого известняка. Недостатком данного способа является использование комплексной добавки, что делает технологию дорогой и зависимой от наличия большого количества разнообразных компонентов. При этом конечный продукт малопригоден для использования в народном хозяйстве.

Известно техническое решение по патенту RU 2460704, смешивают фильтрат и золу, при этом на 100 мас.ч. фильтрата вводят более 150 мас.ч. золы, а затем после окончания газовыделения связывают их составом для капсулирования, включающим цемент в количестве 50-100 мас.ч. и дополнительно песок в количестве 3-30 мас.ч. на 100 мас.ч. фильтрата. Данный способ имеет недостатки. Он используется для твердых бытовых отходов, но не для обезвреживания ОСВ. Требуется использовать состав для капсулирования (цемент, песок), что удорожает и усложняет технологию.

Известно техническое решение по патенту SU 729130 (СССР), по которому сланцевую золу используют как обеззараживающую добавку к животноводческим стокам в соотношении 0,5 л стоков 15 г золы. Технология имеет ряд недостатков. Стоки остаются жидкими и выделяются хлопья осадка, сохраняются бактерии. Не происходит выработка полезного продукта для строительства и промышленности. Все это объясняется низким содержанием золы в смеси.

Известен способ по патенту CN102219420, по которому из высококальциевой золы-уноса и отходов (ОСВ и ТБО) производят пористый кирпич. При этом содержание золы-уноса составляет 15-30%. Способ имеет недостаток - использование золы с эквивалентным содержанием СаО более 40%, что на практике делает способ практически не реализуемым и экономически не выгодным. Такая зола - дорогой дефицитный продукт, ее общая доля от всей золы образующейся в промышленности составляет примерно 1-2%. Велика вероятность, что такую золу просто невозможно будет найти.

Известен способ по патенту CN102476896, по которому предлагается исключить запах и обеззараживать ОСВ. При этом вводятся добавки содержащие хлор, железо, кальций, серу, барий, гидроксильные радикалы с целью перевода тяжелых металлов в нерастворимые соединения, добавление золы и дальнейшее спекание получившегося вещества в кирпичи. Дополнительно добавляют песок, цемент и камень. Способ имеет недостатки, в частности, из-за применения термообработки способ является дорогостоящим и технологически сложным. Необходимо использовать много компонентов для получения результата.

Известен «Способ обработки осадков сточных вод» по изобретению SU 812771, включающий сушку ОСВ в присутствие золы, отличающийся тем, что, с целью получения сыпучего продукта, пригодного для использования в качестве удобрения в сельском хозяйстве, в качестве золы используют сланцевую золу пылевидной консистенции в количестве 50-70% от веса обрабатываемого осадка.

Данный способ выбран в качестве прототипа. Он имеет некоторые недостатки. Главным недостатком является наличие технологического процесса - сушки ОСВ в присутствие золы, что усложняет и удорожает процесс. Количество золы составляет 50-70% от веса обрабатываемого осадка, что делает готовый продукт слишком твердым для его дробления/измельчения и формования. В способе используется исключительно сланцевая зола, что ограничивает сферу применения технологии. При увеличении массовой доли золы свыше 50% от массы ОСВ происходит образование комков, вследствие недостаточного количества влаги в осадке, необходимой для равномерного увлажнения добавляемой золы. Используется пылевидная зола, что усложняет ее транспортировку (требуются герметичные контейнеры) и дальнейшую технологию обработки. При содержании золы 50-70% готовый продукт имеет слишком высокий рН и содержание тяжелых металлов, что ограничивает его применение, в том числе в сельском хозяйстве.

Известно техническое решение по заявке на изобретение RU 2018102775. Способ заключается в смешивании осадка сточных вод с золой и отличающийся тем, что используется высоко кальциевая зола с эквивалентным содержанием СаО не менее 10%, а массовая доля золы составляет 70-300% массы осадка сточных вод.

Данный способ взят в качестве прототипа. Он имеет следующие недостатки. Из-за высокого содержания золы в смеси (более 70%) результирующий продукт получается очень твердым. При этом он имеет высокую ударную вязкость, что усложняет его дробление или формование. После полного высыхания продукт, как оказалось на практике, невозможно разбить ручным способом. Также при таком высоком содержании золы продукт имеет очень высокий рН, а содержание тяжелых металлов превышает ПДК (предельно-допустимая концентрация), что делает не возможным его использование в сельском хозяйстве или близко к сельскохозяйственным землям.

Предлагаемое изобретение ставит своей целью одновременное и обезвреживание ОСВ и золы с получением полезного продукта, который может быть использован в народном хозяйстве, например в качестве удобрения, для рекультивации земель и/или как строительный грунт общего назначения, при этом готовый продукт возможно дробить или формовать.

Для этого по изобретению смешивают ОСВ и не пылевидную золу, при этом массовая доля золы составляет 10-50% от веса обрабатываемого ОСВ. Используется кальциевая зола, например зола бурых углей, торфа, древесины, или их сочетание.

В случае образования комков добавляется вода для получения однородной смеси.

При этом происходит разложение мочевины NH₂-CO-NH₂ в присутствии СаО и рН выше 10 на аммиак NH₃, воду Н₂O и углекислый газ СO₂. Происходит гидратация силикатов и алюминатов кальция водой, связанной осадком сточных вод и получение твердых гидросиликатов и гидроалюминатов кальция.

Фактически происходит процесс цементации. С получением экологически безопасного продукта. Смесь не требует термообработки нагреванием, так как реакция цементации происходит с выделением тепла (экзотермическая).

В начале смешивания в золе рН достигает 13 (вредное для человека вещество), а в готовой смеси рН уменьшается во времени менее 10 (обезвреживание) за счет связывания СO₂ выделяющегося при разложении органических веществ (мочевина) гидроксидами щелочных металлов, находящихся в золе. Обеззараживание ОСВ производится щелочью, содержащейся в золе. Уничтожаются патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов.

На практике реализация способа происходит следующим образом. ОСВ и высоко кальциевую золу подают в общий объем, где смешивают аппаратами гравитационного или принудительного типа. В качестве высоко кальциевой золы используют золу бурых углей, торфа, древесины, сланцевую, золы, полученные в ТЭС, котельных или их сочетание. В случае образования сгустков, смесь в процессе разбавляют водой до получения равномерной консистенции. Изменяя процентное содержание воды и золы в смеси добиваются нужных физико-механических свойств продукта. Чем больше содержание золы, тем более твердым получается готовый продукт. Затем смесь можно распределять по формам, или передавать по трубопроводу.

Предлагаемое изобретение позволяет одновременное обезвреживать ОСВ и золы с получением полезного продукта, который может быть использован в народном хозяйстве, например в качестве удобрения, для рекультивации земель и/или как строительный грунт общего назначения, при этом легко поддается дроблению/формообразованию, что выгодно отличает его от прототипов. Предлагаемое изобретение позволяет рекультивировать и уже существующие полигоны осадков сточных вод и золы.

Изобретение относится к области экологии, а точнее к обезвреживанию вредных для экологии осадков сточных вод (ОСВ) и золы. Осадок сточных вод и золы являются опасными для природы и жизни и здоровья человека веществами и требуют утилизации. Осадок сточных вод смешивают с не пылевидной золой. В случае образования комков при смешивании добавляется вода для получения однородной смеси. Массовая доля золы составляет 10-50% от веса обрабатываемого ОСВ. В заявленном способе используется кальциевая зола, например зола бурых углей, торфа, древесины или их сочетание. Технический результат: одновременное обезвреживание ОСВ и золы с получением полезного продукта, который может быть использован в народном хозяйстве, например, в качестве удобрения, для рекультивации земель и/или как строительный грунт общего назначения. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ одновременного обезвреживания осадков сточных вод и золы с получением полезного вещества для строительства, сельского хозяйства и промышленности, заключающийся в смешивании осадка сточных вод с золой, отличающийся тем, что используется кальциевая зола, массовая доля золы составляет 10-50% массы осадка сточных вод, используется зола бурых углей, торфа, древесины или их сочетание, зола при этом не пылевидной консистенции.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае образования комков при смешивании добавляется вода для получения однородной смеси.