СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ НЕКОНДИЦИОННОЙ ПОЛИМЕРИЗОВАННОЙ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ С ПОМОЩЬЮ КОМПОСТИРОВАНИЯ
METHOD FOR UTILISATION OF SUB-STANDARD POLYMERISED CARBAMIDE-FORMALDEHYDE RESIN VIA COMPOSTING

Изобретение относится к биотехнологии защиты окружающей среды и, в частности, к области химической, деревообрабатывающей, мебельной и строительной промышленности, а также сельскому хозяйству и может быть использовано для утилизации некондиционных карбамидоформальдегидных смол после потери технических свойств с целью получения органоминеральных удобрений - компостов.
Карбамидоформальдегидные смолы незаменимы в производстве древесностружечных, древесноволокнистых плит, фанеры и другой продукции. Они широко применяются в производстве карбамидных пенопластов, стеклохолста, находят применения в продуктах теплоизоляции и в производстве влагопрочных специальных сортов бумаги и картона. Карбамидоформальдегидные смолы представляют собой продукт поликонденсации карбамида с формальдегидом. Существуют различные марки карбамидоформальдегидных смол, отличающихся по своим свойствам и областям применения [1, 2].
Синтезированный конечный продукт представляет собой однородную вязкую суспензию, от белого до светло-желтого цвета без посторонних механических включений. Недостатком смолы является короткий срок хранения. Смолу необходимо хранить при температуре 5-25°С в чистых закрытых емкостях, защищенных от воздействия солнечных лучей и атмосферных осадков, периодически перемешивая. Гарантийный срок хранения смолы - до 45 суток со дня изготовления [3-5].
На сегодняшний день в мире сложились два механизма обеспечения потребностей деревообрабатывающих производств карбамидоформальдегидными смолами:
- централизованная поставка карбамидоформальдегидных смол предприятиями химической промышленности; и
- приготовление смол непосредственно на деревообрабатывающих производствах.
3
Типовое предприятие по производству древесно-стружечной плиты мощностью 100000 м потребляет около 10000 тонн карбамидоформальдегидной смолы в год. При этом на таком предприятии в результате различных причин объективного характера практически 4-5% смолы становится непригодной для производства, что составляет около 450 тонн в год. Некондиционная смола представляет собой твердый полимеризованный продукт, который необходимо утилизировать. Способов утилизации такого продукта в настоящее время не имеется и такие отходы производства необходимо вывозить на полигоны или мусорные свалки [2].
Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом способе утилизации карбамидоформальдегидной смолы, пришедшей в негодность в результате окончания срока ее хранения и которая применяется в деревообрабатывающей промышленности для производства клееной продукции, состоит в биоконверсии полимеризованного продукта - отхода производства с помощью микроорганизмов во время процесса компостирования. Карбамидоформальдегидная смола в своем составе содержит и углерод (около 25%), и азот (около 25%), которые могут использоваться почвенными микроорганизмами как источник питания и превращаться в биодоступные для растений питательные формы элементов.
Другими источниками образования твердых отходов полимеров являются предприятия по производству карбамидных смол.
Цель изобретения - утилизация, рециклинг и биоконверсия пришедшей в негодность карбамидоформальдегидной смолы с помощью компостирования в полезный продукт - органоминеральное удобрение (компост).
Поставленная цель достигается тем, что компостированию подвергается смесь осадка сточных вод с органосодержащим наполнителем (опилки) с добавлением некондиционной карбамидформальдегидной смолы (5% к массе осадка), предварительно размолотой до частиц размером 1-2 мм, в соотношении осадок сточных вод (птичий помет, свиной навоз, навоз крупного рогатого скота):опилки:смола, равном 1:0,058:0,05 по массе или 1:0,29:0,04 по объему, для получения компоста при расчетной влажности органических отходов (птичий помет, свиной навоз, навоз крупного рогатого скота) 68%.
Основным требованием к качеству осадка сточных вод является его влажность, которая не должна превышать 82%. С уменьшением влажности снижается количество наполнителя (опилки), обеспечивающего рыхлую структуру компостируемой смеси и смолы.
Результаты агрохимических анализов полученных конечных продуктов компостирования представлены в таблице 1.
Результаты микробиологических анализов конечных продуктов компостирования представлены в таблице 2.
Одним из качественных показателей возможного экологически безопасного использования компостов является отсутствие у них фитотоксичности. Результаты исследования конечных продуктов компостирования показали, что смесь осадка сточных вод с органосодержащим наполнителем (опилки) с добавлением некондиционной карбамидформальдегидной смолы (5% к массе осадка), предварительно размолотой до частиц размером 1-2 мм, после компостирования при данных условиях не обладала фитотоксичностью.
Таблица 1
Результаты агрохимического анализа компостов
Показатели
Единицы измерений
Исходная смесь (ОСВ + опилки)
Смесь + 5% КФС
Смесь + 10% КФС
Влажность
%
67,6
41,7
45,0
Зольность
%
44,9
34,5
33,4
Значение рН<sub>сол.</sub>
Ед.
6,9
6,9
6,85
Содержание на сухое
вещество:
- азот общий
%
2,04
5,31
5,51
- фосфор общий
%
5,56
3,5
3,36
- калий общий
%
0,32
0,24
0,21
- фосфор подвижный
мг/100 г
421
1317
1570
- калий подвижный
мг/100 г
41
4,4
1,8
- азот аммиачный
%
0,19
0,16
0,16
- азот нитратный
мг/кг
121
494
723
Заявляемое изобретение иллюстрируется следующим примером.
3
Компостирование вышеописанной смеси осуществляется на постоянной или временной площадке компостирования с грунтовым покрытием. При двухрядном расположении буртов (высота 2,5 м, ширина 6 м, длина 50 м) каждый бурт имеет объем 375 м. Максимальное количество буртов равно 78. Данного количества буртов достаточно для 4-месячного цикла компостирования и хранения компоста на площадке компостирования. В летний период количество компоста в буртах сокращается на 30-40% за счет ускорения процесса компостирования компостной смеси на основе осадка сточных вод, опилок и смолы.
Время созревания компоста на основе осадка сточных вод, опилок и смолы в естественных климатических условиях Центрального округа Российской Федерации составляет в весенне-летнее время 3-4 месяца, в осенне-зимнее время - 5-6 месяцев. При этом для ускорения процесса компостирования проводится периодическое перемешивание компостной массы в весенне-летнее время каждые 4-6 недель, а в зимнее время - каждые 6-8 недель. Температурный режим восстанавливается в течение 3-4 дней в весенне-летнее время и 8-10 дней - в зимнее время за счет протекания аэробных микробиологических процессов.
сол.
общ.
2
5
2
В результате предлагаемой технологии компостирования вышеуказанной смеси получается конечный продукт (влажность 60-70%) с нейтральной или слабо щелочной реакцией среды (рН 6,5-7,5), представляющий собой насыщенный питательными веществами (азота общего (N) - 1,5; фосфора (РО) - 2,0; калия (КО) - 0,25 в % от абс. сухого вещества), сыпучий и не слеживающийся продукт темно-серого цвета со слабовыраженным запахом аммиачного азота.
Область применения такого компоста - это сельскохозяйственное производство для выращивания технических, кормовых и сидеральных культур; в зеленом строительстве; в дорожном строительстве под посадки деревьев и кустарников вдоль дорог, формировании растительного слоя откосов, под посадки цветочно-декоративных растений; в питомниках лесных и декоративных культур; для рекультивации нарушенных земель, полигонов твердых бытовых отходов и полигонов промышленных отходов.
Дозы внесения компоста устанавливаются в зависимости от конкретных условий: области применения, вида сельскохозяйственной культуры и планируемой урожайности; наличия минеральных и органических удобрений в хозяйстве с учетом их качественных показателей; уровня плодородия почв и удобренности предшественника. Применение компоста под сельскохозяйственные культуры может существенно уменьшить потребность в азотных и фосфорных минеральных удобрениях.
Рекомендуемые дозы внесения компоста под основные полевые культуры приведены в таблице 3.
Таблица 3
Рекомендуемые дозы внесения компоста под основные полевые культуры, т/га.
Культура
Основной способ внесения
Внесение под культивацию
Ячмень на фуражное зерно
60-80
30-40
Овес на фуражное зерно
60-80
30-40
Сидеральная культура
60-80
30-40
Кукуруза на зеленую массу
100-120
50-60
Подсолнечник на зеленую массу
100-120
50-60
Заявленный способ отличается новой совокупностью признаков, состоящих в том, что для улучшения процесса биоконверсии и детоксикации некондиционированной карбамидформальдегидной смолы осуществляют компостированием в смеси с осадком сточных вод и опилками - в определенной пропорции и это является принципиально новым. Вышеуказанное обстоятельство свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию "Новизна".
Заявленный способ утилизации некондиционированной карбамидформальдегидной смолы показывает, что он для специалиста не следует явным образом из уровня техники. Это свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию "Изобретательский уровень".
Таким образом, использование предлагаемого способа утилизации некондиционированной карбамидформальдегидной смолы позволяет с помощью компостирования в смеси с осадками сточных вод и опилками в соотношении осадок сточных вод (птичий помет, свиной навоз, навоз крупного рогатого скота):опилки:смола, равном 1:0,058:0,05 по массе или 1:0,29:0,04 по объему, получать конечный продукт удовлетворительного качества, который может использоваться в качестве удобрительной смеси при выращивании различных технических культур.
Источники информации
1. Кондратьев В.П., Кондращенко В.И. Синтетические клеи для древесных материалов. М.: Научный мир, - 2004. - 320 с.
2. Махлай В.Н., Афанасьев С.В. Химия и технология карбамидоформальдегидного концентрата. Монография. - Самара: СНЦ РАН, 2007. -234 с.
3. ГОСТ 14231-88. Смолы карбамидоформальдегидные. Технические условия. Введ. 01.10.89 до 01.07.94. -М.: Изд-во стандартов, 1988. -21 с.
4. ГОСТ 20907-75. Смолы фенолоформальдегидные жидкие. Технические условия. Введ. 01.01.77 до 01.01.92. М.: Изд-во стандартов, - 1987. - 30 с.
5. ТУ 2181-032-00203803-2003. Концентрат карбамидоформальдегидный. Технические условия.
Таблица 2
Микробиологический анализ компостов.
Наименованиекомпоста
Использующие органические формы
Использующие минеральные формы азота на КАА
Целлюлозоразрушающие на среде Гетчинсона
Грибы на среде Чапека
Общее
в том числе
Общее
в том числе
бактерии
актиномицеты
бактерии
грибы
актиномицеты
1
Контроль ОСВ + опилки
6467
9800
9799,6
0,4
14,0
1,3
2,0
10,7
1,33
2
ОСВ + опилки + 15% КФС
3200
6600
6599,8
0,2
29,3
3,0
12,7
13,6
8,6
3
ОСВ + опилки + 30% КФС
11267
24400
24399,2
0,8
180,5
6,2
168,2
6,1
75,3