РЕАГЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И ИЛОВОГО ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
REAGENT FOR PURIFICATION OF WASTE WATER AND WASTE WATER SLUDGE TREATMENT AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способу получения регента, используемый для очистки загрязненных сред, например, очистки осадков сточных вод различных химических и пищевых предприятий, в том числе, сред, содержащих радиоактивные загрязнения, а также их обеззараживания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известен способ получения аминокислотного реагента-детоксиканта, раскрытый в RU 2457909 С1, опубл. 10.08.2012, прототип. В соответствии со способом, раскрытым в указанном источнике, аминокислотный реагент-детоксикант, содержащий ионы меди, цинка, свинца, хрома, кобальта, никеля и кадмия, получают из   белоксодержащих материалов.
Недостатком раскрытого выше технического решения является низкая степень очистки осадков сточных вод, ограниченная сфера применения.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей заявленного изобретения является разработка реагента, позволяющего осуществлять очистку загрязненных средств с высокой степенью очистки.
Техническим результатом изобретения является повышение степени очистки загрязненных средств.
n
2n+1
Указанный технический результат достигается за счет того, что реагент для очистки загрязненных сред содержит натриевые соли аминокислот - смесь натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот, поврехностно-активные вещества (ПАВ) - смесь натриевых солей жирных кислот, имеющих формулу CHCOONa, где n=4-18, продукты гидролиза полисахаридов и медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - смесь медно-аммиачно-аминокислотных комплексов на основе 20-ти стандартных аминокислот, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Натриевые соли аминокислот - 0,1-1;
Натриевые соли жирных кислот - 5-10;
Медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - 5-30;
Продукты гидролиза полисахаридов - 1-5;
Вода - остальное.
Указанный технический результат достигается также за счет того, что способ получения реагента  для очистки загрязненных сред включает следующие этапы:
- подготовка исходного сырья - биологических отходов, содержащих смесь белков, жиров и углеводов;
n
2n+1
- гидролиз сходного сырья в присутствии NaOH для получения гидролизата в виде смеси, содержащей натриевые соли 20-ти стандартных аминокислот, ПАВ - натриевые соли жирных кислот, имеющих формулу CHCOOH, где n=4-18 и продукты гидролиза полисахаридов;
- получение конечного продукта, содержащего гидролизат и медно-аммиачно-аминокислотные комплексы путем добавления в гидролизат сульфата меди (II) и водного раствора аммиака.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
n
2n+1
Для получения реагента для очистки загрязненных сред, содержащего натриевые соли аминокислот - смесь натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот, ПАВ - смесь натриевых солей жирных кислот, имеющих формулу CHCOOH, где n=4-18, продукты гидролиза полисахаридов и медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - смесь медно-аммиачно-аминокислотных комплексов на основе 20-ти стандартных аминокислот, при следующем соотношении компонентов, мас. %: Натриевые соли аминокислот - 0,1-1; Натриевые соли жирных кислот – 5-10; Медно-аммиачно-аминокислотные комплексы – 5-30; Продукты гидролиза полисахаридов - 1-5; вода - остальное, осуществляют следующие операции.
На первом этапе осуществляют подготовка исходного сырья - биологических отходов, содержащих смесь белков (Б), жиров (Ж) и углеводов (У) при следующем соотношении компонентов в мас. %: Б - 0,1-95; Ж - 0,1-50, У - 0,1-50; вода остальное. Подготовка исходного сырья включает промывку водой с целью удаления твердых частиц (песка, земли и тд), отделение костей, измельчение костей. В качестве биологических отходов могут применятся: не утилизируемые внутренности, волосы, пух, перо, кости, рога, копыта, панцири моллюсков, морепродуктов, рыбья чешуя, кожные покровы, соединительная ткань, мездра, не кондиционные мясо, птица, рыба, морепродукты, продукция из мяса, птицы, рыбы или моллюсков, молоко, творог, кисломолочная продукция, яйцо птицы, а также трупы животных, птицы, погибшая рыба и моллюски.
Далее биологические отходы загружаются в реактор, снабженный насосом-гомогенизатором и рамной мешалкой и к биологическим отходам добавляют расчетное количество NaOH (11.15 - 10.22 ммоль на 1 кг белка в пересчете на сухое вещество) и воду. Смесь, содержащую биологический отходы, перемешали с помощью мешалки и нагрели до 100 С. После чего включили насос-гомогенизатор. Процесс гидролиза занял 1 час. В результате гидролиза получают гидролизат, содержащий следующие компоненты в мас. %:
1. Продукт гидролиза белков (0,1-95 мас. % в смеси гидролизата) - натриевые соли аминокислот, представляющих собой смесь из натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот, т.е. смесь, состоящую из различных солей, в которых катионом является натрий, а анионами являются различные аминокислоты, выбранные из 20-ти стандартных аминокислот: а именно смесь солей: натриевая соль аланина, натриевая соль валина, натриевая соль лейцина, натриевая соль изолейцина, натриевая соль пролина, натриевая соль глицина, натриевая соль серина, натриевая соль треонина, натриевая соль цистеина, натриевая соль тирозина, натриевая соль триптофана, натриевая соль аспарагиновой кислоты, натриевая соль глутаминовой кислоты, натриевая соль гистидина, натриевая соль аспарагина, натриевая соль фенилаланина, натриевая соль аргинина, натриевая соль лизина, натриевая соль метионина, натриевая соль глутамина. Соотношении смеси натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот соответствует соотношению 20-ти стандартных аминокислот в белке.
4
9
5
11
6
13
7
15
8
17
9
19
10
21
11
23
12
25
13
27
14
29
15
31
16
33
17
35
18
37
2. Продукт гидролиза жирных кислот (0,1-50 мас. % в смеси гидролизата) - ПАВ, представляющие собой смесь из натриевых солей жирных кислот с содержанием атомов углерода от 4 до 18, т.е. смесь, состоящую из различных солей, в которых катионом является натрий, а анионами являются остатки жирных кислот с содержанием атомов углерода от 4 до 18, а именно смесь солей: CHCOONa, CHCOONa, CHCOONa, CHCOONa, CHCOONa, CHCOONa, CHCOONa, СНСООNa, СНСООNa, СНСООNa, СНСООNa, СНСООNa, СНСООNa, СНСООNa, СНСООН.
3. Продукт гидролиза углеводов (0,1-50 мас. % в смеси гидролизата) - продукты гидролиза полисахаридов (смесь целлюлозы, хитина, крахмала и гликогена) - продукты гидролиза смеси целлюлозы, хитина, крахмала и гликогена. Соотношении компонентов в продуктах гидролиза соответствует соотношению компонентов в полисахаридах.
0
3
4
4
4
4
3
3
4
4
4
n
2n+1
Затем полученный гидролизат охладили до 25С и в него добавили 55-62 мас. % CuSO от содержания гидролизата и 18-20 мас. % NHOH (5-30 % раствор аммиака) от содержания гидролизата. Продолжили перемешивание еще в течение 20 мин, до появления синей окраски и полного растворения компонентов, в результате добавления к гидролизату CuSO и NHOH при взаимодействии с натриевыми солями 20-ти стандартных аминокислот добавленных веществ в нем образуются медно-аммиачно-аминокислотные комплексы, которые представляют собой смесь различных комплексов, формулы [Cu(NH)A]SO, где A - остаток аминокислоты, выбранной из 20-ти стандартных аминокислот, при этом часть (0,1-1 мас. %) смеси натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот не вступает в реакцию комплексообразования, введенное количественное содержание CuSO и NHOH недостаточно для того, чтобы все количественное содержание аминокислот в гидролизате вступили в реакцию комплексообразования. В результате получают водный раствор продукта реакции комплексообразования, содержащий в мас. % (в пересчете на сухое вещество): медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - 99-99,9; смесь натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот - 0,1-1. Далее смешали оставшиеся компоненты гидролизата (ПАВ, продукты гидролиза полисахаридов) и водный раствор продукта реакции комплексообразования, в результате получили продукт (жидкость темно-синего цвета с характерным запахом аммиака. PH: 8-12; Плотность: 1,0 - 1,35 г/см) - реагент  для очистки загрязненных сред, содержащий натриевые соли аминокислот - смесь натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот, ПАВ - смесь натриевых солей жирных кислот, имеющих формулу CHCOOH, где n=4-18, продукты гидролиза полисахаридов и медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - смесь медно-аммиачно-аминокислотных комплексов на основе 20-ти стандартных аминокислот, при следующем соотношении компонентов, мас. %: Натриевые соли аминокислот - 0,1-1; Натриевые соли жирных кислот - 0,1-50; Медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - 0,1-95; Продукты гидролиза полисахаридов - 0,1-50; вода - остальное.
В заявленном реагенте: натриевые соли аминокислот выполняют функцию ПАВ; продукты гидролиза полисахаридов выполняют функцию флоакулянтов; медно-аммиачно-аминокислотные комплексы выполняют функцию дезинфектантов; натриевые соли аминокислот необходимы для комплексообразования в осадке сточных, чтобы деактивировать тяжелые металлы.
3
3
4
Медно-аммиачно-аминокислотные комплексы представляют собой смесь различных комплексов, формулы [Cu(NH)A]SO, где A - аминокислота, выбранной из 20-ти стандартных аминокислот, т.е. смесь 20-ти комплексов, каждый из которых отличается остатком аминокислоты, выбранной из 20-ти стандартных аминокислот. Структурная формула комплекса представлена ниже, в которой R - радикал, который выбирают из радикалов, содержащихся в 20-ти стандартных кислотах (см. таблицу 3).
Пример 1
4
4
4
4
3
3
4
n
2n+1
В качестве исходного сырья взяли биологический отходы в количестве 100 кг, с параметрами БЖУ в мас. %: Белок - 95; Жир - 0,1; Углеводы - 0,1; вода - остальное. К отходам добавили 4 кг NaOH и 100 л воды. Смесь перемешали с помощью мешалки и нагрели до 100 С. После чего включили насос-гомогенизатор. Процесс гидролиза занял 1 час. Гидролизат охладили до 25 С, после чего к нему добавили 55 мас. % CuSO от содержания гидролизата и 18 мас. % NHOH (5% раствор аммиака) от содержания гидролизата. Продолжили перемешивание еще в течение 20 мин, до появления синей окраски и полного растворения компонентов, в результате добавления к гидролизату CuSO и NHOH в нем образуются медно-аммиачно-аминокислотные комплексы, которые представляют собой смесь различных комплексов, формулы [Cu(NH)A]SO, где A - остаток аминокислоты, выбранной из 20-ти стандартных аминокислот, при этом часть смеси натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот не вступает в реакцию комплексообразования. В результате вышеуказанных получили реагент для очистки загрязненных сред, содержащий натриевые соли аминокислот - смесь натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот, ПАВ - смесь натриевых солей жирных кислот, имеющих формулу CHCOOH, где n=4-18, продукты гидролиза полисахаридов и медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - смесь медно-аммиачно-аминокислотных комплексов на основе 20-ти стандартных аминокислот, при следующем соотношении компонентов, мас. %: Натриевые соли аминокислот - 0,1; Натриевые соли жирных кислот - 0,1; Медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - 95; Продукты гидролиза полисахаридов - 0,1; вода - остальное.
Пример 2
4
4
4
4
3
3
4
n
2n+1
В качестве исходного сырья взяли биологический отходы в количестве 100 кг, с параметрами БЖУ в мас. %: Белок - 20; Жир - 50; Углеводы - 20; вода - остальное. К отходам добавили 4 кг NaOH и 100 л воды. Смесь перемешали с помощью мешалки и нагрели до 100 С. После чего включили насос-гомогенизатор. Процесс гидролиза занял 1 час. Гидролизат охладили до 25 С, после чего к нему добавили 57 мас. % CuSO от содержания гидролизата и 19 мас. % NHOH (15% раствор аммиака) от содержания гидролизата. Продолжили перемешивание еще в течение 20 мин, до появления синей окраски и полного растворения компонентов. В результате добавления к гидролизату CuSO и NHOH в нем образуются медно-аммиачно-аминокислотные комплексы, которые представляют собой смесь различных комплексов, формулы [Cu(NH)A]SO, где A - остаток аминокислоты, выбранной из 20-ти стандартных аминокислот, при этом часть смеси натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот не вступает в реакцию комплексообразования. В результате вышеуказанных операций получили реагент для очистки загрязненных сред, содержащий натриевые соли аминокислот - смесь натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот, ПАВ - смесь натриевых солей жирных кислот, имеющих формулу CHCOOH, где n=4-18, продукты гидролиза полисахаридов и медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - смесь медно-аммиачно-аминокислотных комплексов на основе 20-ти стандартных аминокислот, при следующем соотношении компонентов, мас. %: Натриевые соли аминокислот - 0,5; Натриевые соли жирных кислот - 50; Медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - 20; Продукты гидролиза полисахаридов - 20; вода - остальное.
Пример 3
4
4
4
4
3
3
4
n
2n+1
В качестве исходного сырья взяли биологический отходы в количестве 100 кг, с параметрами БЖУ в мас. %: Белок - 20; Жир - 20; Углеводы - 50; вода - остальное. К отходам добавили 4 кг NaOH и 100 л воды. Смесь перемешали с помощью мешалки и нагрели до 100 С. После чего включили насос-гомогенизатор. Процесс гидролиза занял 1 час. Гидролизат охладили до 25 С, после чего к нему добавили 62 мас. % CuSO от содержания гидролизата и 20 мас. % NHOH 30 % раствор аммиака) от содержания гидролизата. Продолжили перемешивание еще в течение 20 мин, до появления синей окраски и полного растворения компонентов, в результате добавления к гидролизату CuSO и NHOH в нем образуются медно-аммиачно-аминокислотные комплексы, которые представляют собой смесь различных комплексов, формулы [Cu(NH)A]SO, где A - остаток аминокислоты, выбранной из 20-ти стандартных аминокислот, при этом часть смеси натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот не вступает в реакцию комплексообразования. В результате вышеуказанных операций получили реагент для очистки загрязненных сред, содержащий натриевые соли аминокислот - смесь натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот, ПАВ - смесь натриевых солей жирных кислот, имеющих формулу CHCOOH, где n=4-18, продукты гидролиза полисахаридов и медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - смесь медно-аммиачно-аминокислотных комплексов на основе 20-ти стандартных аминокислот, при следующем соотношении компонентов, мас. %: Натриевые соли аминокислот - 0,5; Натриевые соли жирных кислот - 20; Медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - 20; Продукты гидролиза полисахаридов - 50; вода - остальное.
Пример 4
4
4
4
4
3
3
4
n
2n+1
В качестве исходного сырья взяли биологический отходы в количестве 100 кг, с параметрами БЖУ в мас. %: Белок - 50; Жир - 40; Углеводы - 0,1; вода - остальное. К отходам добавили 4 кг NaOH и 100 л воды. Смесь перемешали с помощью мешалки и нагрели до 100 С. После чего включили насос-гомогенизатор. Процесс гидролиза занял 1 час. Гидролизат охладили до 25 С, после чего к нему добавили 55 мас. % CuSO от содержания гидролизата и 18 мас. % NHOH (25% раствор аммиака) от содержания гидролизата. Продолжили перемешивание еще в течение 20 мин, до появления синей окраски и полного растворения компонентов, в результате добавления к гидролизату CuSO и NHOH в нем образуются медно-аммиачно-аминокислотные комплексы, которые представляют собой смесь различных комплексов, формулы [Cu(NH)A]SO, где A - остаток аминокислоты, выбранной из 20-ти стандартных аминокислот, при этом часть смеси натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот не вступает в реакцию комплексообразования. В результате вышеуказанных операций получили реагент для очистки загрязненных сред, содержащий натриевые соли аминокислот - смесь натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот, ПАВ - смесь натриевых солей жирных кислот, имеющих формулу CHCOOH, где n=4-18, продукты гидролиза полисахаридов и медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - смесь медно-аммиачно-аминокислотных комплексов на основе 20-ти стандартных аминокислот, при следующем соотношении компонентов, мас. %: Натриевые соли аминокислот - 1; Натриевые соли жирных кислот - 40; Медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - 50; Продукты гидролиза полисахаридов - 0,1; вода - остальное.
Пример 5
4
4
4
4
3
3
4
n
2n+1
В качестве исходного сырья взяли биологический отходы в количестве 100 кг, с параметрами БЖУ в мас. %: Белок - 85; Жир - 3; Углеводы - 2; вода - остальное. К отходам добавили 4 кг NaOH и 100 л воды. Смесь перемешали с помощью мешалки и нагрели до 100 С. После чего включили насос-гомогенизатор. Процесс гидролиза занял 1 час. Гидролизат охладили до 25 С, после чего к нему добавили 55 мас. % CuSO от содержания гидролизата и 18 мас. % NHOH (25% раствор аммиака) от содержания гидролизата. Продолжили перемешивание еще в течение 20 мин, до появления синей окраски и полного растворения компонентов, в результате добавления к гидролизату CuSO и NHOH в нем образуются медно-аммиачно-аминокислотные комплексы, которые представляют собой смесь различных комплексов, формулы [Cu(NH)A]SO, где A - остаток аминокислоты, выбранной из 20-ти стандартных аминокислот, при этом часть смеси натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот не вступает в реакцию комплексообразования. В результате вышеуказанных операций получили реагент для очистки загрязненных сред, содержащий натриевые соли аминокислот - смесь натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот, ПАВ - смесь натриевых солей жирных кислот, имеющих формулу CHCOOH, где n=4-18, продукты гидролиза полисахаридов и медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - смесь медно-аммиачно-аминокислотных комплексов на основе 20-ти стандартных аминокислот, при следующем соотношении компонентов, мас. %: Натриевые соли аминокислот - 0,3; Натриевые соли жирных кислот - 3; Медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - 85; Продукты гидролиза полисахаридов - 2; вода - остальное.
Пример 6
4
4
4
4
3
3
4
n
2n+1
В качестве исходного сырья взяли биологический отходы в количестве 100 кг, с параметрами БЖУ в мас. %: Белок - 20; Жир - 8; Углеводы - 5; вода - остальное. К отходам добавили 4 кг NaOH и 100 л воды. Смесь перемешали с помощью мешалки и нагрели до 100 С. После чего включили насос-гомогенизатор. Процесс гидролиза занял 1 час. Гидролизат охладили до 25 С, после чего к нему добавили 55 мас. % CuSO от содержания гидролизата и 18 мас. % NHOH (25% раствор аммиака) от содержания гидролизата. Продолжили перемешивание еще в течение 20 мин, до появления синей окраски и полного растворения компонентов, в результате добавления к гидролизату CuSO и NHOH в нем образуются медно-аммиачно-аминокислотные комплексы, которые представляют собой смесь различных комплексов, формулы [Cu(NH)A]SO, где A - остаток аминокислоты, выбранной из 20-ти стандартных аминокислот, при этом часть смеси натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот не вступает в реакцию комплексообразования. В результате вышеуказанных операций получили реагент для очистки загрязненных сред, содержащий натриевые соли аминокислот - смесь натриевых солей 20-ти стандартных аминокислот, ПАВ - смесь натриевых солей жирных кислот, имеющих формулу CHCOOH, где n=4-18, продукты гидролиза полисахаридов и медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - смесь медно-аммиачно-аминокислотных комплексов на основе 20-ти стандартных аминокислот, при следующем соотношении компонентов, мас. %: Натриевые соли аминокислот - 0,1; Натриевые соли жирных кислот - 8; Медно-аммиачно-аминокислотные комплексы - 20; Продукты гидролиза полисахаридов - 5; вода - остальное.
Полученный продукт по примерам 1-6 протестировали на сточных водах городской канализации и на иловом осадке сточных вод.
Для очистки сточных вод городской канализации было взято 500 мл осадка сточных вод городской канализации с влажностью 92%. После чего в осадок добавили 1 мл раствора заявленного реагента. Образец с осадком выдерживали в течение 24 часов при комнатной температуре. Через 24 часа наблюдали полную флоакуляцию твердых компонентов осадка и их выпадение в осадок. При этом водная часть была полностью осветлена. Далее, обработанный заявленным реагентом осадок, отфильтровали и провели анализ на наличие патогенной микрофлоры жидкой и твердой фазы. Результаты анализа воздействия заявленного реагента по примерам 1-6 на сточные воды городской канализации приведены в таблице 1. Аналогичные результаты показал заявленный реагент и с другими содержаниями компонентов из заявленного интервала.
3
Для очистки илового осадка сточных вод раствором заявленного реагента была обработана иловая карта с накопленным объемом илового осадка 50 м. Спустя 24 часа после обработки было отмечено, что характерный фекальный запах полностью исчез, а осадок отделился от водной фазы и осел на дно иловой карты. После чего провели анализ твердой и жидкой фазы илового осадка на наличие патогенной микрофлоры и концентрации подвижных ионов тяжелых метолов. Результаты анализа воздействия заявленного реагента по примерам 1-6 иловый осадок сточных вод приведены в таблице 2. Аналогичные результаты показал заявленный реагент и с другими содержаниями компонентов из заявленного интервала.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как оно раскрыто в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.
Таблица 1
Показатель
До обработки
После обработки
Яйца гельминтов
140 экз/кг
Не обнаружено
Цисты патогенных кишечных простейших
1000 экз/кг
Не обнаружено
Индекс БГКП
Более 1000 кл/г
100 кл/г
Индекс энтерококков
1000 кл/г
Менее 1 кл/г
Патогенные микроорганизмы, в т.ч. сальмонеллы
Более 100 экз/г
Не обнаружено
Таблица 2
Показатель
До обработки
После обработки
Микробиологические показатели
Яйца гельминтов
140 экз/кг
Не обнаружено
Цисты патогенных кишечных простейших
1000 экз/кг
Не обнаружено
Индекс БГКП
Более 1000 кл/г
100 кл/г
Индекс энтерококков
1000 кл/г
Менее 1 кл/г
Патогенные микроорганизмы, в т.ч. сальмонеллы
Более 100 экз/г
Не обнаружено
Количественный химический анализ
Кадмий, мг/кг
23,65
0,11
Медь, мг/кг
12,75
2,9
Мышьяк, мг/кг
4,34
0,6
Никель, мг/кг
132,76
31,6
Ртуть, мг/кг
0,31
0,02
Свинец, мг/кг
38,92
7,6
Хром, мг/кг
115,21
1,6
Цинк, мг/кг
174,58
25,9
Таблица 3
R в структурной формуле комплекса
R в структурной формуле комплекса
<img file="00000002.jpg" he="118" wi="39" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000003.jpg" he="128" wi="57" img-content="undefined" img-format="jpg" />