СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОГО УДОБРЕНИЯ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ СТОЧНЫХ ВОД ШЕРСТЕМОЕЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2021 года по МПК B09B3/00 C05F7/00 C05F5/00 C02F1/38 C02F11/127 C02F9/08 

Изобретение относится к производству продукции сельскохозяйственного назначения, более конкретно - к получению органоминеральных удобрений при утилизации сточных вод шерстемоечного производства.

Известен способ по патентному документу Японии № Н 04305085 (опубл. 28.10.1992) [1], в соответствии с которым средство для использования в качестве органоминерального удобрения получается "автоматически" при выполнении операций по обработке гранулированных минеральных удобрений, выполняемой для предотвращения их слеживания органическим экстрактом из жировых отходов, получаемых при мойке шерсти. После нагревания обработанных гранул экстрагент испаряется и собирается для вторичного использования, а гранулы покрываются биоразлагаемой пленкой, являющейся высокоэффективным органическим компонентом удобрений. Однако доля органического компонента в получаемом таким способом удобрении весьма невелика.

Известен также способ по патентному документу КНР №103739330 (опубл. 23.04.2014) [2], в соответствии с которым получают удобрение из сточных вод шерстемоек с помощью флокуляции и осаждения жиросодержащих компонентов смесью минерального и органического флокулянта, отделения полученного твердого субстрата и ферментации полученного продукта с помощью различных бактериальных культур. Недостаток данного способа состоит в необходимости использования больших количеств минерального флокулянта - хлорида алюминия, которые безвозвратно теряются, оставаясь в составе удобрения и являясь при этом легко растворимым вредным компонентом.

Известна группа способов по патентным документам КНР №№:106242786, опубл. 21.12.2016 [3]; 107337560, опубл. 10.11.2017 [4]; 108314570, опубл. 24-07-2018 [5]; 108794278, опубл. 21.09.2018 [6]; 108840763, опубл. 20.11.2018 [7]; 111675584, опубл. 18.09.2020 [8]. В соответствии с этими способами получают удобрение в виде многокомпонентного органоминерального композита, содержащего в качестве одного из компонентов растворимую часть овечьего жира. Недостатком этих способов является отсутствие универсальности действия удобрения, а именно, для каждого типа растения подбирается и составлется специфический состав из большого количества органических и минеральных компонентов.

Известен способ по патентной заявке США №20170144943 (опубл. 25.05.2017) [9], в соответствии с которым в почву вносят в разных формах необработанную овечью шерсть, на которой в течение длительного времени сохраняется водно-ланолиновая эмульсия и которая способствует улучшенной корневой подкормке. Недостатком этого способа является относительная дороговизна, связанная с использованием овечьей шерсти и с необходимостью подготовки из нее различных готовых форм, например, в виде прессованных гранул.

Наиболее близким к предлагаемому является способ по патенту РФ №2734239 (опубл 13.10.2020) [10]. В этом способе в качестве сорбента и минерального компонента используется недорогой и широко распространенный природный материал - серпентинит, который одновременно является сорбентом для жира и его производных. В соответствии с этим способом жидкие отходы шерстемоечного производства из «хвостохранилища» - накопителя центрифугируют до пастообразного состояния, отделяют фугат, а полученную пасту смешивают с предварительно измельченным серпентинитом или проводят такое измельчение одновременно с указанным смешиванием. После этого проводят компостирование приготовленной смеси, получая основное органоминеральное удобрение - продукт №1. Фугат пропускают через колонну со смесью гранулированного серпентинита и природного цеолита, получая частично очищенную сточную воду и побочное органоминеральное удобрение - продукт №2.

Недостатки этого способа обусловлены тем, что он ориентирован на использование жидких суспендированных отходов шерстемоечного производства после их продолжительного хранения в накопителях. В таких отходах имеет место практически полное разделение жидких органической жировой и водной фаз. При продолжительном хранении тонкая водожировая ланолиновая эмульсия шерстяного жира разрушается. В фугате остается лишь небольшая доля водорастворимой части ланолина по сравнению с ее исходным содержанием в свежей сточной воде шерстемоек, а выделившаяся жировая фаза уже не может быть усвоена растениями без предварительного компостирования упомянутого продукта №1, необходимость которого усложняет процесс осуществления способа и увеличивает его продолжительность.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в ускорении процесса и обеспечении возможности использования при получении органоминерального удобрения жира, содержащегося в сточных водах шерстемоечного производства без осуществлении стадии компостирования в сочетании с решением задачи оперативной (не связанной с продолжительным хранением и компостированием) утилизации имеющих большие объемы сточных вод шерстемоечного производства при сокращении сопутствующих как хранению, так и компостированию, объемов используемого оборудования и размеров производственных площадей. Ниже при более подробном рассмотрении предлагаемого способа, в том числе в частных случаях его осуществления, будут названы и другие виды достигаемого технического результата.

Предлагаемый способ получения органоминерального удобрения при переработке жидких отходов шерстемоечного производства включает, как и наиболее близкий к нему известный способ по патенту [10], контактирование жиросодержащих органических отходов шерстемоечного производства с серпентинитом.

Для достижения названного технического результата в способе по предлагаемому изобретению, в отличие от указанного наиболее близкого к нему известного способа, используют порошкообразный серпентинит с размерами частиц не более 250 мкм, а в качестве жидких отходов шерстемоечного производства - свежеобразованные сточные воды шерстемоечного производства, срок хранения которых не превышает трех суток. Для осуществления указанного контактирования используют реактор с мешалкой или вращающийся перемешивающий реактор, в который загружают указанный порошкообразный серпентинит, заливают порцию свежеобразованной сточной воды шерстемоечного производства объемом не менее объема загруженного серпентинита и производят обработку последнего путем перемешивания при работающем реакторе в течение не менее 0,5 часа. После этого частично очищенную сточную воду сливают из реактора и направляют ее в канализацию или на дальнейшую очистку, а в реактор заливают новую порцию свежеобразованной жиросодержащей сточной воды и производят обработку загруженного серпентинита с использованием этой порции. При этом осуществляют повторение операций заливки новых порций свежеобразованной жиросодержащей сточной воды и обработки загруженного серпентинита до тех пор, пока не будет использовано не менее 20 объемов такой воды по отношению к объему загрузки в реактор серпентинита. После этого обработанный серпентинит в виде покрытых жиром частиц выгружают из реактора и направляют на сушку для получения готового продукта.

Именно использование свежеобразованной сточной воды шерстемоечного производства со сроком хранения, не превышающим трех суток, обеспечивает эффективность предлагаемого способа. Автором было установлено, что в такой воде сохраняется водожировая ланолиновая эмульсия, интенсивное самопроизвольное разрушение которой с образованием всплывающей на поверхность гидрофобной жировой фазы начинается после выдерживания сточной воды в течение трех суток. Четыре опыта разной продолжительности с отбором с поверхности 1 л сточной воды всплывающего жира, высушиванием последнего и взвешиванием показали следующие результаты: 1 сутки - 0,15 г; 2 суток - 0,4 г; 2,5 суток - 0,6 г, 3 суток - 1,9 г. Таким образом, после выдерживания в течение 3 суток резко возрастает скорость расслаивания.

Вместе с тем указанный период продолжительностью до трех суток вполне достаточен для того, чтобы использовать сточные воды для осуществления процесса по предлагаемому способу. При этом необходимость их дальнейшего хранения отпадает.

"Порции" сточной воды шерстемоечного производства должны быть по объему не меньше объема загруженного серпентинита для обеспечения возможности контакта поверхности его частиц со сточной водой. Проведение обработки серпентинита каждой "порцией" сточной воды шерстемоечного производства в течение не менее, чем 0,5 часа, в сочетании с суммарным объемом этих "порций", не менее, чем в 20 раз превышающим объем загрузки серпентинита, и использованием серпентинита с размером частиц не более 250 мкм необходимо для получения удобрения с приемлемым содержанием органического углерода (не менее 4%). При отступлении от первого из этих требований серпентинит не успевает "захватить" жир; при отступлении от второго требования количество жира в объеме контактирующей с серпентинитом сточной воды оказывается недостаточным; при отступлении от третьего требования суммарная поверхность частиц серпентинита оказывается менее необходимой для сорбирования желаемого количества жира. Вместе с тем, использование серпентинита с предлагаемым размером частиц позволяет привлечь отходы связанных с переработкой серпентинита производств, в которых имеет место его дробление и измельчение.

Как можно видеть из приведенной выше характеристики предлагаемого способа, получаемый после обработки серпентинита продукт не требует компостирования и может быть сразу использован для удобрения почвы. Данный продукт, обладая присущей серпентиниту способностью удерживать влагу и раскислять почву и полезными компонентами, находящимися в серпентините, включая магний и микрокомпоненты, содержит также водо-ланолиновую эмульсию. Благодаря этому он является существенно более эффективным кондиционером почвы, чем сам серпентинит.

Заслуживает внимания и другая особенность продукта, получаемого в соответствии с предлагаемым способом, связанная с обнаруженным автором эффектом, заключающимся в том, что собираемая серпентинитом водолано-линовая жировая эмульсия сохраняется устойчивой в течение длительного времени. Об этом свидетельствует то, что полученное удобрение одинаково эффективно как сразу после приготовления, так и в течение не менее чем одного года его хранения.

Для более эффективного извлечения жира при осуществлении предлагаемого способа дополнительно к указанному реактору с мешалкой или вращающемуся перемешивающему реактору могут быть использованы N-1 одинаковых с ним и имеющих такую же серпентнитную загрузку реакторов, в совокупности образующих группу из N реакторов для осуществления последовательной обработки. В этом случае по завершении указанной не менее, чем получасовой обработки серпентинита в каждом из N реакторов такой группы, сточную воду, получившую частичную очистку, перемещают из каждого реактора в следующий за ним в указанной группе. Из реактора, который расположен последним в этой группе, такую воду сливают, направляя ее в канализацию или на дальнейшую очистку, а в реактор, являющийся первым в группе для осуществления последовательной обработки, подают очередную порцию свежеобразованной сточной воды шерстемоечного производства и продолжают обработку серпентинита во всех реакторах. При этом периодически после подачи каждых 20+k, где k≥0, объемов сточной воды по отношению к объему серпентинитной загрузки одного реактора наряду с указанными перемещениями сточной воды между реакторами и ее сливом осуществляют выгрузку обработанного серпентинита из реактора, который является первым в группе для осуществления последовательной обработки, загружают в него свежий порошкообразный серпентинит и ставят этот реактор последним в указанной группе, а свежеобразованную сточную воду шерстемоечного производства подают в реактор, который после этого стал первым в этой группе.

В описанном частном случае осуществления способа, являющемся циклическим процессом, в установившемся режиме в каждом реакторе загруженный в него порошкообразный серпентинит поочередно обрабатывается сточной водой, использованной в предшествующих ему сначала N минус одном, потом N минус двух и т.д., наконец, в только одном реакторе и лишь затем - свежеобразованной сточной водой шерстемоечного производства. Сточная вода, использованная в любом из этих реакторов, тоже содержит водоланолиновую жировую эмульсию, хотя и в меньшем количестве, чем свежеобразованная сточная вода. Благодаря этому, в конечном итоге, выгруженный из ставшего первым реактора обработанный серпентинит содержит большее количество органического углерода, чем если бы в этом реакторе осуществлялась обработка только 20+k порций свежеобразованной сточной воды. Вместе с тем обеспечивается и лучшая очистка сточной воды шерстемоечного производства.

Сушку отработанного жиром серпентинита проводят на открытых площадках с продуванием или без продувания воздуха или с использованием известных устройств для сушки сыпучих материалов при температуре не более 45°С.

Предлагаемый способ иллюстрируется примерами получения удобрения и представленными на фото фиг. 1 и фиг. 2 результатами применения удобрения, полученного в соответствии со способом по предлагаемому изобретению.

На фиг. 1, 2 приведены фотографии опытного и контрольного горшков при выращивании, соответственно, травянистого растения и травы с использованием почвенного субстрата с добавлением удобрения, полученного согласно предлагаемому способу, и серпентинита, не подвергнутого обработке в соответствии с этим способом.

Пример 1

Использовали измельченный до порошкообразного состояния с частицами размером не более 250 мкм природный серпентинит Веденского месторождения, характеризующийся низким содержанием токсичных металлов, в частности, оксида хрома (менее 0,52% Cr₂O₃). Состав использованного образца серпентинита показан в таблице 1.

В качестве реактора для осуществления контактирования со сточной водой шерстемоечного производства использовали бетономешалку с внутренними стенками, специально покрытыми полиэтиленом. Выполняли следующие операции.

А1. В реактор загружали 10 кг сухого порошкообразного серпентинита и заливали 50 литров полученной накануне сточной воды шерстемоечного производства. При вращающемся реакторе выдерживали смесь в контакте в течение 30 минут.

Б1. Давали отстояться суспензии, и осветленную сточную воду сливали, заливали в реактор 50 л такой же сточной воды, как в п. А, и при вращающемся реакторе выдерживали смесь в контакте в течение 30 мин. Давали отстояться суспензии и осветленную сточную воду сливали.

В1. Еще дважды повторяли операции по п. Б. Итого было использовано 200 литров свежеобразованной (срок хранения ее был менее двух суток) сточной воды. При массе серпентинита, составлявшей 10 кг, объем его, учитывая, что плотность его - выше плотности воды, был меньше 10 л, т.е. объем каждой "порции" сточной воды превышал объем серпентинитной загрузки реактора более, чем в 5 раз, а общий объем использованной сточной воды - более, чем в 20 раз.

Сливаемую сточную воду направляли в канализацию. В отличие от обычной сточной воды шерстемоек, не было необходимости направлять указанную подвергнутую очистке сточную воду в пруд-накопитель.

Г1. Обработанный серпентинит, содержащий также органические и минеральные частицы исходной суспензии, выгружали.

Микрочастицы порошкообразного серпентинита покрыты толстым слоем водожировой эмульсии с интенсивным зеленовато-желтым цветом. Обработанный мелкодисперсный серпентинит сушили и анализировали на содержание органического углерода. Последнее составило 7,9%.

Проводили анализ на содержание микроэлементов, суммарное количество которых, включая марганец, хром, никель и медь не превысило 0,1%. Содержание необратимо сорбированного мышьяка - менее 0,0003%, свинца - менее 0,0004%. Содержание ценных микроэлементов: железа - 5,5%, цинка 0,05%. Содержание макрокомпонентов: магния - 17,5%, кремния - 18,6%.

Пример 2

А2. Для осуществления последовательной обработки серпентинита одновременно использовали два одинаковых, таких же как в Примере 1, реактора, загруженных таким же, как в Примере 1, серпентинитом в таком же количестве. Использовали такую же, как в Примере 1, свежеобразованную сточную воду шерстемоечного производства. 50 л указанной сточной воды заливали в первый из реакторов. При вращающемся реакторе выдерживали смесь в контакте в течение 30 минут. Давали отстояться суспензии, и осветленную сточную воду переливали во второй реактор. В первый реактор заливали 50 л используемой сточной воды.

Б2. После этого оба реактора работали в течение 30 минут, по прошествии которых суспензии в обоих реакторах давали отстояться. Затем воду из второго (в данном случае - последнего в цепи последовательной обработки) реактора сливали, а воду из первого реактора переливали в следующий за ним (в данном случае - второй) реактор.

В2. Далее снова заливали 50 л сточной воды в первый из реакторов и осуществляли действия по п. Б2.

Г2. После этого еще дважды выполняли действия по п. В2 (включая указанный в нем п. Б2), в результате чего количество поданной в первый реактор сточной воды составило 200 л.

Д2. Затем серпентинит из первого реактора выгружали, загружали в него свежий серпентинит в таком же, как и ранее, количестве и рассматривали этот реактор как последний, а следовавший за ним ранее (в данном случае тот, который был вторым) - как первый. Заливали в этот реактор 50 л используемой сточной воды

Е2. Выполняли действия по пп. Б2, В2 и Г2, после чего возвращались к п. Д2 и Е2, действуя далее циклически.

В установившемся режиме, т.е. после начала циклического повторения действий, в результате пропускания каждых 200 л свежеобразованной сточной воды получали серпентинит, выгружаемый из первого реактора, с гранулами, покрытыми жировой пленкой. Полученный продукт имел практически такой же состав, как и в Примере 1, за исключением содержания органического углерода, которое составило 9,7%, т.е. являлось заметно более высоким, чем в Примере 1. Направляемая в канализацию сточная вода, получавшая очистку последовательно в двух реакторах, была более светлой и имела более слабый запах, чем прошедшая очистку сточная вода по Примеру 1.

Пример 3

Для экспериментальной проверки удобрения, полученного в соответствии с примером 1, его использовали в качестве компонента, добавляемого в почвенный субстрат. При этом в 2 кг субстрата, представляющего собой взятые в массовом соотношении 1:4 грунт универсальный «Добрый» и разрыхленную и очищенную от корешков и примесей почву, вскопанную на открытом грунте в р-не п. Зеленоградский Московской обл., вносили 20 г удобрения.

В опытном горшке выращивали травянистое растение Агератум. Одновременно готовили контрольный горшок в полностью аналогичных условиях, за исключением того, что вместо удобрения использовали 20 г не обработанного сточной водой серпентинита такого же гранулометрического состава, как и при получении удобрения. По истечении трех недель сравнивали интенсивность роста газонной травы. Как можно видеть на фото (фиг. 1), в опытном горшке (расположенном слева) в течение двух недель наблюдается более интенсивный рост растения.

Пример 4

Для экспериментальной проверки удобрения, полученного в соответствии с примером 1, его использовали в качестве компонента для такого же почвенного субстрата, как в Примере 3, внося в 2 кг субстрата 20 г удобрения. В опытном горшке выращивали траву для кошек «Титбит». Одновременно готовили контрольный горшок в полностью аналогичных условиях, за исключением того, что вместо удобрения использовали 20 г серпентинита такого же гранулометрического состава, как и при получении удобрения, но не подвергнутого обработке сточной водой.

Как видно на фото фиг. 2, в опытном горшке (расположенном справа) в течение двух недель вырастает трава с более массивными стебельками и более ярко-зеленого цвета. Масса травы на 20% превышает массу в контрольном горшке, расположенном на фото слева.

Таким образом, экспериментальное применение получаемого в соответствии с предлагаемым изобретением продукта показало, что он успешно выполняет функцию удобрения и что изобретение может быть использовано для получения пригодных для применения органоминеральных удобрений с использованием сточных вод шерстемоечного производства. При этом одновременно решается экологическая задача очистки сточных вод шерстемоечного производства.

Источники информации

1. Патентный документ Японии № Н 04305085, опубл. 28.10.1992.

2. Патентный документ КНР №103739330, опубл. 23.04.2014.

3. Патентный документ КНР №106242786, опубл. 21.12.2016.

4. Патентный документ КНР №107337560, опубл. 10.11.2017.

5. Патентный документ КНР №108314570, опубл. 24.07.2018.

6. Патентный документ КНР №108794278, опубл. 21.09.2018.

7. Патентный документ КНР №108840763, опубл. 20.11.2018.

8. Патентный документ КНР № N 111675584, опубл. 18.09.2020.

9. Патентная заявка США №20170144943, опубл. 25.05.2017.

10. Патент РФ №2734239, опубл. 13.10.2020.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ получения органоминерального удобрения при переработке жидких отходов шерстемоечного производства включает контактирование жиросодержащих органических отходов шерстемоечного производства с серпентинитом, при этом используют порошкообразный серпентинит с размерами частиц не более 250 мкм, а в качестве жидких отходов шерстемоечного производства - свежеобразованные сточные воды шерстемоечного производства, срок хранения которых не превышает трех суток, для осуществления указанного контактирования используют реактор, в который загружают указанный порошкообразный серпентинит, заливают порцию свежеобразованной сточной воды шерстемоечного производства объемом не менее объема загруженного серпентинита и производят обработку загруженного серпентинита путем перемешивания при работающем реакторе в течение не менее 0,5 часа, после чего обработанный серпентинит в виде покрытых жиром частиц выгружают из реактора и направляют на сушку для получения готового продукта. Изобретение позволяет ускорить процесс получения органоминерального удобрения и утилизировать большие объемы сточных вод шерстемоечного производства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 4 пр.

1. Способ получения органоминерального удобрения при переработке жидких отходов шерстемоечного производства, включающий контактирование жиросодержащих органических отходов шерстемоечного производства с серпентинитом, отличающийся тем, что используют порошкообразный серпентинит с размерами частиц не более 250 мкм, а в качестве жидких отходов шерстемоечного производства - свежеобразованные сточные воды шерстемоечного производства, срок хранения которых не превышает трех суток, для осуществления указанного контактирования используют реактор с мешалкой или вращающий перемешивающий реактор, в который загружают указанный порошкообразный серпентинит, заливают порцию свежеобразованной сточной воды шерстемоечного производства объемом не менее объема загруженного серпентинита и производят обработку загруженного серпентинита путем перемешивания при работающем реакторе в течение не менее 0,5 часа, после этого частично очищенную сточную воду сливают из реактора и направляют ее в канализацию или на дальнейшую очистку, а в реактор заливают новую порцию свежеобразованной жиросодержащей сточной воды, производят обработку загруженного серпентинита с использованием этой порции, осуществляя повторение операций заливки новых порций свежеобразованной жиросодержащей сточной воды и обработки загруженного серпентинита до тех пор, пока не будет использовано не менее 20 объемов такой воды по отношению к объему загрузки в реактор серпентинита, после чего обработанный серпентинит в виде покрытых жиром частиц выгружают из реактора и направляют на сушку для получения готового продукта.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно к указанному реактору с мешалкой или вращающемуся перемешивающему реактору используют N-1 одинаковых с ним реакторов, в совокупности образующих группу из N реакторов для осуществления последовательной обработки, при которой по завершении указанной не менее чем получасовой обработки серпентинита в каждом из реакторов, сточную воду, получившую частичную очистку, перемещают из каждого реактора в следующий за ним в указанной группе, из реактора, который расположен последним в этой группе, такую воду сливают, направляя ее в канализацию или на дальнейшую очистку, а в реактор, являющийся первым в группе для осуществления последовательной обработки, подают очередную порцию свежеобразованной сточной воды шерстемоечного производства и продолжают обработку серпентинита во всех реакторах, при этом периодически после подачи каждых 20+k, где k≥0, порций такой воды, наряду с указанными перемещениями сточной воды между реакторами и ее сливом, осуществляют выгрузку обработанного серпентинита из реактора, который является первым в группе для осуществления последовательной обработки, загружают в него свежий порошкообразный серпентинит и ставят этот реактор последним в указанной группе, а свежеобразованную сточную воду шерстемоечного производства подают в реактор, который после этого стал первым в этой группе.