СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ ИЗ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД
METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING ORGANIC FERTILISER FROM SEWAGE SLUDGE

Изобретение относится к области изготовления органических удобрений, а именно к производству удобрений для сельского хозяйства, и предназначено для переработки активного ила и осадков, образующихся при очистке сточных вод на станции очистки сточных вод или на специализированных станциях для получения органических удобрений из осадков сточных вод (ОСВ).
ОСВ представляют собой шлам, состоящий из органических и минеральных веществ, выделенных в процессе очистки бытовых сточных вод под действием комплекса микроорганизмов, участвующих в процессе биологической очистки сточных вод, и выведенный из технологического процесса избыточный активный ил.
С учетом того что в шламе содержится большое количество питательных веществ, он может использоваться в качестве органоминерального удобрения. Однако в шламе содержится также большое количество патогенных микроорганизмов, а органические и минеральные вещества в шламе необходимо перевести в формы, легко усваиваемые растениями. Необходимо также ликвидировать неприятные запахи, обеспечить заданные нормативными документами влажность и наличие необходимого количества питательных веществ.
Известно много способов переработки ОСВ в удобрения. Наиболее распространенный способ - компостирование (см., например, http://cbio.ru/page/51/id/3976/, принят в качестве ближайшего аналога). При компостировании ОСВ перемешивают с другими органическими отходами и оставляют на длительное время, периодически перемешивая эту массу. Компостирование - это сложный процесс взаимодействия органических отходов с микроорганизмами в присутствии влаги и кислорода.
Компостирование является многостадийным процессом, протекающим под действием большого числа видов бактерий (более 2000) и грибов (не менее 50 видов). Процесс весьма длительный и протекает в течение многих месяцев. Все это время насекомые, грызуны, птицы, ветер и вода разносят по округе патогенные микроорганизмы, содержащиеся в ОСВ, распространяя заразу, загрязняя подземные источники и разрушая экологию. На систематическое перемешивание и обработку смеси приходится затрачивать большое количество труда и горючего для специализированных машин, что существенно увеличивает стоимость удобрения.
Известен способ изготовления удобрения (см. http://npckvadra.ru/wp-content/uploads/2013/10/il.pdf), при котором первоначально удаляют избыточную влагу за счет ее отжима с использованием фильтр-прессов либо роторных декантеров. Концентрированные органические отходы вначале подвергаются кавитационной активации с последующим смешением со щелочным агентом (негашеная известь), минеральным структурообразователем-дезактиватором (может использоваться глина, зола уноса либо золошлаковый материал угольных ТЭЦ). Авторы утверждают, что при смешивании с известью смесь разогревается до 70°C.
В зависимости от исходной влажности органических отходов возможно использование дополнительных количеств структурообразователей, например торфа. По опыту авторов равномерное распределение извести в обезвоженном ОСВ и увеличение при этом температуры до 70°C невозможно. Поэтому для того чтобы обеспечить гарантированный контакт извести с частицами ОСВ и уничтожение патогенных микроорганизмов необходимо вводить в смесь очень большое количество извести. При этом резко увеличится pH, что плохо влияет на качество почв и растений, особенно на почвах с малой кислотностью. Увеличится количество кальция, что также не приемлемо для большинства растений. Добавления глины и золы существенно снижает концентрацию органических соединений, которые определяют эффективность удобрения (В соответствии с российским стандартом содержание органики в удобрении должно быть не менее 30%). Поэтому продукт, полученный по этой технологии, не может быть использован в качестве удобрения. Добавка в продукт извести, золы, глины, торфа, транспортировка которых требует сравнительно больших затрат, увеличит себестоимость продукта и затруднит реализацию в качестве почвогрунтов.
Из http://www.live-ecologv.ru/17.0.BACTERIA-KATALOG.htm известна технология обработки сточных вод биопрепаратами, которая позволяет ликвидировать плохие запахи. Однако эта технология оставляет в осадке патогенные микроорганизмы, а предлагаемые биопрепараты не создают необходимый растениям гумус. Поэтому эти осадки не могут быть использованы в качестве удобрения. Предлагаемые биопрепараты являются расходным материалом, стоимость которого может существенно увеличить стоимость получаемого продукта.
Для изготовления удобрения из ОСВ необходимо:
1. Уничтожить в ОСВ все патогенные микроорганизмы.
2. Обеспечить влажность удобрения в соответствии с требованиями нормативных документов страны, в которой будет использовано удобрение.
3. Уничтожить неприятные запахи.
4. Превратить органические вещества ОСВ в гумус.
В естественных условиях процесс превращения органических отходов в удобрения длителен и включает в себя 4 основные фазы:
- лагфазу;
- мезофильную фазу;
- термофильную фазу;
- фазу созревания.
В том случае когда компостированию подвергаются органические отходы типа ОСВ, которые представляют собой частично разложившиеся органические остатки, процесс может быть ускорен благодаря тому, что нет необходимости в лагфазе, во время которой микроорганизмы должны адаптироваться к типу отходов и условиям обитания в компостной куче, где начинается распад отходов.
Процесс мезофильного разложения органических соединений в шламе ОСВ протекает в основном в ходе биологической очистки сточных вод под действием активного ила. Поэтому мезофильная фаза при обработке ОСВ может быть исключена.
Техническим результатом, для получения которого предназначено заявленное изобретение, является сокращение срока получения органического удобрения из осадков сточных вод, упрощение процесса получения указанного удобрения, а также повышение экологичности процесса.
Получение указанного технического результата обеспечивается тем, что заявленный способ получения органического удобрения из осадков сточных вод включает термофильную фазу обработки осадков сточных вод и фазу созревания готового продукта, причем при термофильной фазе осуществляют пастеризацию осадков сточных вод путем их принудительной термической обработки в камере нагрева и выдерживания при полученной температуре в течение времени, достаточного для полного уничтожения патогенных микроорганизмов, после чего в полученную массу добавляют биоактивный компонент в пропорции, соответствующей влажности и степени переработки осадков сточных вод до пастеризации, осуществляют тщательное перемешивание и оставляют полученную массу для созревания готового продукта, обеспечивая при этом требуемую температуру для бактерий биоактивного компонента в течение времени, достаточного для получения удобрения нужной влажности, без запаха и с требуемым содержанием гумуса.
В предлагаемой технологии процесс начинается с термофильной фазы, при которой ОСВ нагревают до заданной температуры и выдерживают при этой температуре в течение нескольких часов. Точное время и температура задаются в зависимости от влажности ОСВ после обезвоживания и степени переработки ОСВ в ходе биологической очистки сточных вод. На разных станциях очистки сточных вод влажность ОСВ разная и степень разложения органики разная. Она зависит от времени разложения, температуры в реакторах и других факторов. Поэтому температура и время обработки в термофильной фазе должна согласовываться с исходным состоянием ОСВ. После окончания термофильной фазы ОСВ перемешивают с биоактивным компонентом, предпочтительно с готовым удобрением, содержащим микроорганизмы, способные перерабатывать органику ОСВ. Наступает фаза созревания, во время которой органические соединения, созданные в результате деятельности бактерий биоактивного компонента, образуют сложные комплексы, устойчивые к дальнейшему разложению, так называемые гуминовые кислоты - основу гумуса. Количество биоактивного компонента, которое надо добавить в ОСВ, и время, необходимое для созревания, также существенно зависят от влажности ОСВ после обезвоживания и степени переработки ОСВ в ходе очистки сточных вод. Температура, необходимая для наиболее активной деятельности бактерий, образуется в смеси ОСВ и биоактивного компонента за счет деятельности мезофильных бактерий. В процессе созревания из смеси выделяется биогаз. Поэтому смесь помещают в закрытый контейнер, который соединен с газгольдером для хранения биогаза. Температуру смеси регулируют в заданных пределах с помощью встроенных в контейнер трубопроводов. В холодное время или если необходимо ускорить процесс созревания, удобрение можно подогреть в первую очередь воздухом, выходящим из термофильной камеры. Поскольку прогрев ОСВ происходит при относительно низкой температуре, для снижения себестоимости удобрения нагрев ОСВ в термофильной фазе осуществляется биогазом, который выделяется при созревании смеси или в результате деятельности соседних производств, а также отходящими газами: двигателя внутреннего сгорания, тепловой турбины, водогрейного котла и других вторичных источников тепловой энергии.
После завершения процесса созревания часть готового удобрения, равного по весу количеству использованного биоактивного компонента, возвращают в технологический процесс для изготовления последующей партии. Оставшийся продукт передают на склад готовой продукции.
Процесс созревания, в условиях доступа воздуха, осуществляют в буртах, при этом необходимую температуру поддерживают с помощью терморегуляторов, расположенных на площадке для созревания удобрения или регулировкой соотношения площади поверхности бурта и его объема.
Без доступа воздуха созревание производят в закрытых контейнерах, а необходимую температуру поддерживают с помощью встроенных в каждый контейнер терморегуляторов.
Для реализации этого способа предлагается устройство, представленное на фигуре 1. По существу это комплекс, состоящий из приемного бункера 1, насоса 2 для подачи ОСВ в камеру нагрева, трубопровода 3, подающего ОСВ в камеру нагрева 4, выполненную преимущественно в виде периодически вращающегося барабана, агрегата для подготовки горячего воздуха 5, бункера 6 для приемки ОСВ из камеры нагрева 4 после термофильной фазы, бункера 7 для хранения биоактивного компонента, насоса 8 для перекачки ОСВ в шнековый насос 10, насоса 9 для перекачки биологически активного компонента в шнековый насос 10, шнекового насоса 10 для перемешивания ОСВ с биоактивным компонентом, трубопроводов 11 для подачи удобрения в бункеры 12 для созревания удобрения, трубопроводов 13 для подачи биогаза в газгольдер 14, трубопровода 15 для подачи биогаза из газгольдера 14 в агрегат для подготовки горячего воздуха 5 и трубопровода 16 с насосом для подачи готового удобрения в бункер 7 для хранения биоактивного компонента и на склад готовой продукции.
На фигуре 1 показан также узел для созревания удобрения в аэробных условиях, который содержит трубопровод 18 для подачи смеси на площадку созревания 19, трубопровод 20 для подачи готового удобрения в бункер 7 для хранения биоактивного компонента и трубопровод 21 для подачи удобрения на склад готовой продукции.
С целью обеспечения равномерного прогрева ОСВ камера нагрева выполнена в виде барабана, периодически вращающегося по заданной программе и имеющего возможность реверсного вращения. Указанный барабан оснащен программным устройством, определяющим скорость, время вращения и периодичность реверса вращения (на фигуре не показан).
Бункер 7 для хранения биоактивного компонента снабжен весами для дозировки количества биоактивного компонента и переключения насосов для подачи удобрения на склад готовой продукции.
Если один шнековый насос 10 не сможет качественно перемешать ОСВ и биоактивный компонент, между этим насосом и трубопроводом 11 необходимо будет установить дополнительный шнековый насос или мешалку другого типа.
Комплекс работает следующим образом. ОСВ загружают в приемный бункер 1, из которого ОСВ насосом 2 подают через трубопровод 3 в камеру нагрева 4. Производительность насоса 2 обеспечивает заполнение камеры 4 на 2/3 в кратчайшее время, не более 12 минут. Одновременно агрегат для обогрева камеры пастеризации 5 подает воздух требуемой температуры в камеру нагрева 4, которая выполнена, например, в виде периодически вращающегося барабана. Камера 4 начинает периодически вращаться со скоростью несколько оборотов в час. Через заданное время, например 2 часа, барабан останавливают и обезвреженное ОСВ выгружают через люк в барабане в бункер 6. Из бункера 6 насос 8 подает ОСВ в шнековый насос 10. Одновременно насос 9 с помощью устройства синхронной подачи подает биоактивный компонент из бункера 7 в шнековый насос 10, который перемешивает ОСВ и биоактивный компонент и передает полученную смесь в контейнеры 12 или на площадку созревания для созревания удобрения. Если насос 10 не может качественно перемешать удобрение, между насосом 10 и контейнером устанавливают дополнительный шнековый насос или мешалку другого типа.
Контейнеры 12 соединены транспортом с бункером 7 и складом продукции 17. После окончания созревания часть удобрения, равная по весу количеству использованного биокомпонента, возвращают в бункер 7 в качестве биоактивного компонента. Остальное передают на склад готовой продукции.
Если комплекс получает необходимое количество бесплатного или дешевого тепла, то для ускорения процесса созревание делают в аэробных условиях. Если площадка для созревания удобрения расположена не далеко от комплекса, удобрение транспортируют на эту площадку ленточным транспортером или насосом с трубопроводом. В противном случае для транспортировки использую подвижный контейнер, который имеет дно, наклонное от передней к задней части по ходу контейнера, и регулируемый по высоте откидной люк на задней стенке контейнера, который обеспечивает равномерное распределение удобрения на поле для его созревания.
Пример реализации способа
Обрабатывается 100 тонн ОСВ с влажностью 80%. Указанная масса ОСВ выдерживается в камере нагрева при температуре 55-65°C в течение 2 часов. В результате уничтожаются все патогенные микроорганизмы. Влажность остается 80%. В пастеризованном ОСВ будет 20 тонн сухого вещества и 80 тонн воды. Добавляется 40 тонн готового удобрения с влажностью 40% (2:1 к количеству сухого вещества в ОСВ). В этом биоактивном компоненте влажность будет составлять 40%, 16 тонн воды и 24 тонны сухого вещества. В результате получается смесь, в которой будет 96 тонн воды, 44 тонны сухого вещества и влажность 68,6.
Полученная смесь помещается в закрытый контейнер, который соединяется с емкостью для хранения биогаза. Биогаз будет использован для привода электротурбины и нагрева камеры нагрева. В процессе созревания мезофильные бактерии удобрения будут перерабатывать органику ОСВ. При этом смесь будет нагреваться до температуры, наиболее благоприятной для деятельности мезофильных бактерий, и выделять биогаз. Температуру смеси можно регулировать с помощью воздуха, подаваемого в контейнер. В холодном климате смесь можно подогревать отходящим теплом камеры нагревы, температура которого 50°C.
В результате созревания получается 73,3 тонны удобрения с влажностью 40%. 40 тонн готового удобрения необходимо вернуть в технологический процесс, а 33,3 тонны могут быть переданы на склад готовой продукции.