СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ИЗБЫТОЧНОГО АКТИВНОГО ИЛА Российский патент 2022 года по МПК C02F11/122 C02F11/13 C02F11/147 

Область техники, к которой относится изобретение

Предлагаемое изобретение относится к области переработки осадков сточных вод, в частности избыточного активного ила, относящегося к мелкодисперсным веществам высокой влажности, с последующей утилизацией в качестве удобрений для повышения плодородия земель самого различного назначения (сельхозугодия, леса, городские парк и газоны, теплицы и т.д.).

Уровень техники

Из уровня техники известен способ обеззараживания, обезвреживания и переработки осадков сточных вод в полезные продукты, включающий обезвоживание осадков сточных вод и обработку их реагентами, отличающийся тем, что в качестве реагентов используют следующие реагенты, вводимые в осадки сточных вод, в следующих количествах: 0,3÷8% гидрата окиси калия или натрия в сухом виде, 3÷15% соли сернокислого цинка и 15-30% низинного торфа по массе от полученной смеси, полученную смесь обрабатывают в высокоскоростном десольвере с получением гуминовых удобрений, при этом перед обработкой реагентами обезвоженные осадки подвергаются высокоскоростной дезинтеграции головками импеллерного типа, снабженными разрядными электродами электроплазменной установки напряжением 3-7 кВ и частотой разрядов 0,2-2 Гц (патент на изобретение РФ №2484024, Оленников Владимир Григорьевич (RU), C02F 11/14; B09C 1/02; B09C 1/08; B09B 3/00, опубл. 10.06.2013). Общими признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: способ обеззараживания и переработки осадков сточных вод в полезные продукты, включающий обезвоживание осадков сточных вод и обработку их реагентом, в качестве реагента используют вводимый в осадки сточных вод торф, полученную смесь обрабатывают в смесительном оборудовании с получением удобрений.

Наиболее близким по технической сущности является способ переработки осадка сточных вод, включающий перевод осадка в пастообразное состояние путем перемешивания с пастообразующим агентом, последующее формирование гранул и их сушку, для переработки используют осадок сточных вод со средней влажностью 67-85%, в качестве пастообразующего агента используют биоразлагаемые в почве и/или биологически усваиваемые растениями вещества в количестве от 35 до 85% от массы получаемой пастообразной смеси, имеющие влажность на 30-35% ниже средней влажности перерабатываемой партии осадка сточных вод, гранулы формируют объемом от 1,4 до 18 см³, а сушку полученных гранул осуществляют при температуре не выше 50°С до достижения влажности гранул 12-14% (патент на изобретение РФ №2421288, Лужков Юрий Михайлович (RU), Воловик Евгений Львович (RU), B09B 3/00, C05F 7/00, опубл. 20.06.2011). Общими признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: способ переработки осадка сточных вод, включающий перемешивание обезвоженного осадка с биологически усваиваемыми растениями веществом (торф), последующее формирование гранул и их сушку до достижения влажности гранул 12-14%.

Общим недостатком вышеописанного аналога изобретения (RU 2484024) и прототипа (RU 2421288) является недостаточно высокие эффективность и универсальность предлагаемых технологий переработки осадка с получением удобрений, необходимость применения реагента (или пастообразующего агента) в большом количестве. Для реализации того и другого способа необходимо обязательное применение большого количества энергопотребляемого, при этом, малофункционального оборудования, т.к. на каждой стадии переработки применяется только соответствующее технологическое оборудование, которое нельзя применить для проведения одновременно нескольких стадий (процессов). Так, согласно описания RU 2484024, обезвоживание осадка проводят с помощью центрифуги или фильтра, для обеззараживания от патогенной микрофлоры обезвоженные осадки подвергаются высокоскоростной дезинтеграции головками импеллерного типа, снабженными разрядными электродами электроплазменной установки, создающей напряжение 3-7 киловольт и частотой разрядов 0,2-2 Гц, смешивание осадков с реагентами проводят в высокоскоростном десольвере. Согласно описания RU 2421288, смешивание осадка с пастообразующим агентом производят в смесителях барабанного типа с лопастью-мешалкой, для гранулирования пастообразной смеси применяется оборудование для продавливания пасты через калиброванную фильеру с разделением полученной «колбаски» на отрезки одинаковой длины или используются машины, по конструкции идентичные машинам для нарезания готового теста в хлебопекарной промышленности, для сушки «сырых» гранул применяется печь и движущийся в ней транспортер. Для получения удобрений, используемых для восстановления плодородности грунтов, требуемого качества, вышеописанными в аналоге и прототипе способами, необходимо применение реагента в большом по весу количестве (низинный торф в количестве 15-30% по массе от полученной смеси (RU 2484024) или верховой торф в количестве от 35 до 85% от массы получаемой пастообразной смеси (RU 2421288), т.к. применяемый реагент имеет неоформленный вид, высокую влажность и применяется только в качестве органической добавки.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является создание универсальной и эффективной технологии переработки избыточного активного ила, предусматривающей увеличение количества проводимых одновременно, совмещенных друг с другом стадий, уменьшение количества единиц энергопотребляемого оборудования и повышение функциональности его использования, снижение количества используемого в процессе переработки торфа.

Технический результат достигается за счет того, что способ переработки избыточного активного ила включает смешивание посредством смесительного оборудования избыточного активного ила, имеющего среднюю влажность 67-85%, с биологически усваиваемым растениями веществом в виде торфа с получением пастообразной смеси, гранулирование полученной пастообразной смеси, сушку полученных гранул, при этом, на стадии смешивания избыточного активного ила с торфом используют гранулированный, обезвоженный, имеющий влажность до 10% торф, посредством которого одновременно производят обезвоживание избыточного активного ила до достижения средней влажности 35-50%; на стадии гранулирования пастообразной смеси одновременно производят обеззараживание избыточного активного ила от патогенной микрофлоры, а также дополнительное обезвоживание избыточного активного ила до достижения средней влажности 25-30% посредством подогрева смеси до 90-110°С при продавливании через пресс-гранулятор, выполненный с электроподогревом.

Создание универсальной и эффективной технологии переработки избыточного активного ила, предусматривающей увеличение количества проводимых одновременно, совмещенных друг с другом стадий (процессов) переработки, уменьшение количества единиц энергопотребляемого (энергозатратного) оборудования и повышение функциональности его использования обеспечивается:

- проведением стадии смешивания избыточного активного ила с торфом одновременно со стадией обезвоживания избыточного активного ила до достижения средней влажности 35-50% и проведением стадии гранулирования пастообразной смеси одновременно со стадией обеззараживания избыточного активного ила от патогенной микрофлоры и стадией дополнительного обезвоживания избыточного активного ила до достижения средней влажности 25-30% посредством подогрева смеси до 90-110°С при продавливании через пресс-гранулятор, выполненный с электроподогревом,

- применением для стадии смешивания, совмещенной со стадией обезвоживания, только смесительного оборудования (без применения оборудования по обезвоживанию) и применением на стадии гранулирования, совмещенной со стадией обеззараживания и стадией дополнительного обезвоживания, многофункционального оборудования в виде пресс-гранулятора, выполненного с электроподогревом до 90-110°С. Полученные после стадий смешивания и обезвоживания, гранулирования, обеззараживания и дополнительного обезвоживания гранулы имеют низкую влажность, не являются «сырыми», поэтому для их сушки достаточно проведения процесса сушки гранул в естественных условиях без применения специального оборудования с высоким энергопотреблением.

Снижение количества используемого в процессе переработки торфа обеспечивается:

- использованием в процессе переработки торфа в гранулированном виде, обезвоженном до 10% содержания в нем влаги, применяемом не только в качестве органической добавки - биологически усваиваемым растениями веществом, но и для одновременного проведения процесса обезвоживания избыточного активного ила до достижения средней влажности 35-50% на стадии смешивания избыточного активного ила с торфом без применения специального оборудования по обезвоживанию, что позволяет снизить количество потребляемого торфа для переработки до 3-5% от веса получаемой пастообразной смеси, и, в свою очередь, позволит снизить себестоимость всего процесса переработки.

Осуществление изобретения представлено в предпочтительном, но не единственном возможном варианте его использования.

Предложенный способ переработки избыточного активного ила предназначен для получения гранул, содержащих сбалансированный набор питательных элементов в легкоусвояемых растениями формах для широкого ряда сельскохозяйственных культур, используемых в качестве удобрений. Основными элементами питания растений являются углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий и кальций. В меньшей степени для питания растений нужна сера, магний и железо, микроэлементы бор, марганец, медь, цинк и др. Все элементы всасываются корневой системой из почвы, урожайность плодово-ягодных, овощных и зерновых культур зависит от плодородия почвы. Превышение определенной концентрации солей тяжелых металлов в почве не допустимо, поэтому для получения конечного продукта в виде удобрений из всех видов осадков сточных вод для их переработки более предпочтителен избыточный активный ил, являющийся мелкодисперсным веществом высокой влажности, в составе которого содержание солей тяжелых металлов находится в допустимых пределах по сравнению с сырым осадком, наиболее загрязненным и трудно поддающимся обезвреживанию от тяжелых металлов.

Избыточный активный ил со средней влажностью 67-85%, поступает на переработку предлагаемым способом с очистных сооружений водоканалов (очистных сооружений канализации водоканалов, иловых площадок, метантенок и илоуплотнителей), обеспечивающих приемлемые (допустимые) значения, не превышающие 200-300 мг/л, концентраций тяжелых металлов в химическом составе стоков. Оптимальный процент влажности избыточного активного ила для реализации предлагаемого способа составляет около 73%.

Для получения конечного продукта в виде удобрений обезвоженный до 73% избыточный активный ил смешивают со связующей добавкой, являющейся биологически усваиваемым растениями питательным веществом, в качестве которого используют торф. Использование торфа при осуществлении предлагаемого способа переработки избыточного активного ила наиболее эффективно для последующего использования полученных гранул на нейтральных и слабощелочных почвах, кроме того, выбор торфа определяется также относительно невысокой его стоимостью по сравнению с другими аналогичными по свойствам веществами с целью уменьшения себестоимости конечного продукта. Торф является прекрасным разбавителем для снижения концентрации при наличии органических добавок в конечном продукте. В качестве минеральных добавок в избыточном активном иле остаются присутствующие в нем в допустимых концентрациях соли металлов.

Торф используется в описываемом способе не только как органическая добавка (биологически усваиваемое растениями вещество) к удобрению, но и как компонент для обезвоживания исходного избыточного активного ила. Для осуществления предлагаемого способа применяют предварительно подготовленный на соответствующих предприятиях-поставщиках торф, обогащенный и структурно измененный, пропущенный через гранулятор, переведенный из мелкодисперсного состояния в среднедисперсное и обезвоженный до 10%. Для проведения процесса обезвоживания гранулированного обезвоженного торфа требуется в значительно меньшем количестве по объему и весу, чем просто обезвоженного торфа, например, если обычного торфа необходимо около 30%, то гранулированного 3-5%.

Смешивание избыточного активного ила и торфа производят в смесительном оборудовании, например, в мешалках, работающих по принципу бетономешалки с лопастью-мешалкой, до получения однородной пастообразной смеси. На стадии смешивании к избыточному активному илу добавляют гранулированный, обезвоженный, имеющий влажность до 10% торф в количестве 3-5% от массы получаемой пастообразной смеси. На этой же стадии смешивания одновременно производят обезвоживание избыточного активного ила, в результате чего его влажность снижается до достижения средней влажности 35-50%.

Применение для смешивания с избыточным активным илом в гранулированном виде и обезвоженном до 10% состоянии торфа в меньшем по весу количестве не влияет на качество конечного продукта, не изменяет его потребительские свойства.

Из смесительного оборудования получаемая однородная пастообразная смесь, имеющая вязкое, пластичное состояние, поступает на стадию гранулирования. Для проведения процесса гранулирования однородную смесь из смесительного оборудования подают в пресс-гранулятор, выполненный с возможностью электроподогрева до температуры, равной 90-110°C. Гранулирование происходит в процессе прохождения (продавливания) смеси через матрицу под давлением. При прохождении рабочей смеси через матрицу происходит за счет трения дополнительное нагревание матрицы с проходящей через нее рабочей смесью. На стадии гранулирования при подогреве смеси до 90-110°C осуществляется ускоренное испарение жидкости из смеси, происходит процесс дополнительного обезвоживания избыточного активного ила. Влажность обработанного избыточного активного ила после стадии гранулирования, совмещенной со стадией дополнительного обезвоживания, снижается с 35-50% до 25-30%.

На стадии гранулирования за счет температурной обработки также происходит основной процесс обеззараживания избыточного активного ила от патогенных микроорганизмов (кишечная палочка, яйца гельминтов и т.д.), возбудителей различных болезней, гибель которых наступает при температуре, превышающей 70°C.

Размер полученных гранул, имеющих не строго определенную форму, в зависимости от исходного избыточного активного ила, размера содержащихся в них загрязняющих примесей варьируется от 1 до 10 см³.

Полученные после стадии гранулирования, совмещенной со стадиями обеззараживания и дополнительного обезвоживания, гранулы имеют низкие влажностные параметры. Гранулированный продукт поступает на стадию сушки в естественных условиях, его помещают в проветриваемую тару, в которой его размещают в закрытом помещении (можно не отапливаемом, но с хорошей аэрацией), где продукт продолжает, высыхать до достижения влажности 10-20% и затвердевать. После стадии сушки в естественных условиях получают конечный продукт в виде удобрений, его упаковывают и отгружают на склад готовой продукции.

В заявляемом способе может быть применено универсальное оборудование, которое может масштабироваться в зависимости от объема перерабатываемого отхода (избыточного активного ила) комплектами. Комплект рассчитывается на определенную производительность и в зависимости от объема отхода и по производительности устанавливаются кратно комплекты оборудования.

Изобретение относится к области переработки осадков сточных вод, в частности избыточного активного ила, с последующей утилизацией в качестве удобрений для повышения плодородия земель различного назначения. Способ переработки избыточного активного ила включает смешивание избыточного активного ила с торфом, гранулирование полученной пастообразной смеси и сушку полученных гранул. На стадии смешивания используют гранулированный, обезвоженный, имеющий влажность до 10% торф, посредством которого одновременно производят обезвоживание избыточного активного ила до достижения средней влажности 35-50%. На стадии гранулирования одновременно производят обеззараживание избыточного активного ила от патогенной микрофлоры, а также дополнительное обезвоживание избыточного активного ила до достижения средней влажности 25-30% посредством подогрева смеси до 90-110°С при продавливании через пресс-гранулятор, выполненный с электроподогревом. Использование изобретения позволяет создать универсальную и эффективную технологию переработки избыточного активного ила, предусматривающую увеличение количества проводимых одновременно, совмещенных друг с другом стадий, уменьшение количества единиц энергопотребляемого оборудования и повышение функциональности его использования, а также снижение количества используемого в процессе переработки торфа. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ переработки избыточного активного ила, включающий смешивание посредством смесительного оборудования избыточного активного ила, имеющего среднюю влажность 67-85%, с биологически усваиваемым растениями веществом в виде торфа с получением пастообразной смеси, гранулирование полученной пастообразной смеси, сушку полученных гранул, отличающийся тем, что на стадии смешивания избыточного активного ила с торфом используют гранулированный, обезвоженный, имеющий влажность до 10% торф, посредством которого одновременно производят обезвоживание избыточного активного ила до достижения средней влажности 35-50%; на стадии гранулирования пастообразной смеси одновременно производят обеззараживание избыточного активного ила от патогенной микрофлоры, а также дополнительное обезвоживание избыточного активного ила до достижения средней влажности 25-30% посредством подогрева смеси до 90-110°С при продавливании через пресс-гранулятор, выполненный с электроподогревом.

2. Способ переработки избыточного активного ила, отличающийся тем, что размер полученных гранул варьируется от 1 до 10 см³.

3. Способ переработки избыточного активного ила по п.1, отличающийся тем, что сушку полученных гранул производят до достижения влажности 10-20%.