СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТАТЕЛЬНЫХ ГРУНТОВ НА ОСНОВЕ МЕХАНИЧЕСКИ ОБЕЗВОЖЕННЫХ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF PRODUCING NUTRIENT SOILS BASED ON MECHANICALLY DEHYDRATED SEWAGE SLUDGE (OPTIONS)

Описание изобретения
Изобретение относится к способам переработки осадков сточных вод с целью их последующей утилизации, в частности, путем получения на их основе питательных грунтов.
По удобрительной ценности осадки сточных вод не уступают подстилочному навозу и являются источником органоминеральных веществ с широким спектром питательных элементов. Полученные на их основе питательные грунты могут быть использованы для восстановления плодородия почвы и повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
Известно, что непереработанный осадок сточных вод по своей токсичности относится к 4-му классу опасности, а органическое вещество осадка сточных вод находится в форме, малоусвояемой растениями в первый год применения. Это требует разработки способов переработки осадков сточных вод.
Известен способ переработки осадков сточных вод (SU 1225832 A1, 23.04.1986), включающий смешение осадков сточных вод со связующей добавкой, гранулирование и последующую сушку полученных гранул, причем в качестве связующей добавки применяют аммонизированный торф влажностью 45-60% в количестве 10-20% от массы удобрений, а гранулы сушат до влажности 8-16%. Недостатком является то, что торф мало эффективен для сорбции ионов тяжелых металлов, а гуматы, входящие в состав торфа, при технологической обработке снижают свою эффективность, что не позволяет снизить класс опасности переработанных осадков сточных вод.
Известен способ переработки осадков сточных вод (RU 2293070 C1, 10.02.2007), включающий смешивание осушенных осадков сточных вод с песком из песколовок и обеззараживание посредством перемешивания с обеззараживающим и обезвреживающим реагентом, в качестве которого используют комплексный порошковый реагент следующего состава: глина 40-60 мас. %, известь 20-40 мас. %, цемент 5-40 мас. %, комплексообразователь, выбранный из ряда: смесь оксидов металлов, зола, дробленый шлак, доломитовая мука, молотый известняк 5-10 мас. %. Недостатком этого способа является низкая сорбционная активность используемого реагента по отношению к ионам тяжелых металлов.
Известен способ производства экологически чистого искусственного грунта и песка с использованием осадка сточных вод (KR 100967837 В1, 05.07.2010), в котором перемешивание осуществляется в три этапа: на первом этапе перемешивания изготавливается отвердитель путем смешивания обожженной доломитовой муки с шламом бумажной золы, на втором этапе перемешивания изготавливается ускоритель отверждения путем смешивания порошка карбоната кальция с кислым обезвоженным осадком, на третьем этапе смешиваются осадок сточных вод с отвердителем и ускорителем отверждения с получением искусственного земли. Недостатком этого способа является то, что полученный грунт при снижении класса опасности не является эффективным в качестве питательных грунтов, служащих для восстановления плодородия почвы.
Известен способ обезвреживания загрязненных осадков (RU 2150437 C1, 10.06.2000) путем внесения в них алюмосиликатов, предварительно гидролизованных до значений pH 9-12. Недостатками такого способа является необходимость гидролизации алюмосиликатов для получения полидисперсной минерально-матричной системы и золь-гелевой фазы, возможность выполнения обеззараживания только в жидкой фазе, а также высокий расход алюмосиликатов (от 1:1 до 1:5 к сухой массе загрязненных осадков).
Наиболее близким аналогом разработанных способов можно считать способ переработки осадков сточных вод путем смешения осадков (RU 2508253 C2, 27.02.2014) со связующей добавкой и минеральными компонентами, последующего гранулирования и сушки полученных гранул до влажности 8-16%, отличающийся тем, что используют осадки сточных вод с влажностью 20-40%, предварительно отферментированные в естественных условиях в течение не менее трех месяцев, в качестве связующей добавки применяют гумат натрия в количестве 2-3% от сухой массы осадков, в качестве минеральных компонентов применяют источник азота-карбамид и источник калия-хлористый калий в количестве соответственно 5-7% и 5-6% от сухой массы осадков, а гранулирование осуществляют при температуре 45-95°C. Недостатком такого способа является длительная предварительная ферментация осадков с применением небольшого количества гумата для повышения активности гуминового компонента и повышения степени усвоения питательных веществ растениями из почв.
Техническая задача заявляемой группы изобретений состоит в разработке новой технологии обезвреживания механически обезвоженных осадков сточных вод и получения на их основе питательных грунтов.
Технический результат, получаемый при реализации разработанных способов, состоит в снижении класса опасности обезвреженных осадков сточных вод и сокращении времени приготовления питательного грунта.
Технология способа по первому варианту раскрыта на фиг. 1 и состоит в выполнении следующих операций:
- проводят прием адсорбента (например, акваионита) в количестве не менее 3% от абсолютно сухой массы механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют дозирование адсорбента в первый узел смешивания,
- проводят прием инертного материала (например, сухого песка) в количестве 15-450% от массы механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют обработку каменистых включений инертного материала,
- выполняют дозирование первого инертного материала в первый узел смешивания,
- выполняют перемешивание адсорбента и первого инертного материала в первом узле смешивания с получением активной смеси,
- выполняют дозирование активной смеси во второй узел смешивания,
- проводят прием механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют дозирование механически обезвоженных осадков сточных вод во второй узел смешивания,
- выполняют перемешивание активной смеси и механически обезвоженных осадков сточных вод с получением смеси,
- выполняют дозирование смеси в сушильное устройство,
- выполняют подсушивание смеси до влажности 0-20%,
- если емкость катионного обмена инертного материала менее 15 мг-экв/100 г, то:
а) выполняют дозирование смеси в третий узел смешивания,
б) проводят прием глинистых добавок в количестве до 450% от массы инертного материала,
в) выполняют дозирование глинистых добавок в третий узел смешивания,
г) выполняют перемешивание в третьем узле смешивания с получением питательного грунта.
Далее питательный грунт поступает на склад, откуда осуществляется его отгрузка.
Технология способа по второму варианту раскрыта на фиг. 2 и состоит в выполнении следующих операций:
- проводят прием адсорбента (например, акваионита) в количестве не менее 3% от абсолютно сухой массы механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют дозирование адсорбента в первый узел смешивания,
- проводят прием первого инертного материала (например, сухого песка) в количестве 15-450% от массы механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют обработку каменистых включений первого инертного материала,
- выполняют дозирование первого инертного материала в первый узел смешивания,
- выполняют перемешивание адсорбента и первого инертного материала в первом узле смешивания с получением активной смеси,
- выполняют дозирование активной смеси во второй узел смешивания,
- проводят прием механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют дозирование механически обезвоженных осадков сточных вод во второй узел смешивания,
- выполняют перемешивание активной смеси и механически обезвоженных осадков сточных вод с получением смеси,
- выполняют дозирование смеси в сушильное устройство,
- выполняют подсушивание смеси до влажности 0-20%,
- выполняют дозирование смеси в третий узел смешивания,
- проводят прием второго инертного материала (например, влажного песка) в количестве до 450% от массы смеси,
- выполняют обработку каменистых включений второго инертного материала,
- выполняют дозирование второго инертного материала в третий узел смешивания,
- если общая емкость катионного обмена первого и второго инертных материалов менее 15 мг-экв/100 г, то:
а) проводят прием глинистых добавок в количестве до 450% от суммарной массы первого и второго инертных материалов,
б) выполняют дозирование глинистых добавок в третий узел смешивания,
в) выполняют перемешивание в третьем узле смешивания с получением питательного грунта.
Далее питательный грунт поступает на склад, откуда осуществляется его отгрузка.
Технология способа по третьему варианту раскрыта на фиг. 3 и состоит в выполнении следующих операций:
- проводят прием адсорбента (например, акваионита) в количестве не менее 3% от абсолютно сухой массы механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют дозирование адсорбента в первый узел смешивания,
- проводят прием первого инертного материала (например, сухого песка) в количестве 15-450% от массы механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют обработку каменистых включений первого инертного материала,
- выполняют дозирование первого инертного материала в первый узел смешивания,
- выполняют перемешивание адсорбента и первого инертного материала в первом узле смешивания с получением активной смеси,
- выполняют дозирование активной смеси во второй узел смешивания,
- проводят прием механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют дозирование механически обезвоженных осадков сточных вод во второй узел смешивания,
- выполняют перемешивание активной смеси и механически обезвоженных осадков сточных вод с получением первичной смеси,
- выполняют дозирование первичной смеси в третий узел смешивания,
- проводят прием второго инертного материала (например, влажного песка) в количестве до 450% от массы смеси,
- выполняют обработку каменистых включений второго инертного материала,
- выполняют дозирование второго инертного материала в третий узел смешивания,
- выполняют перемешивание первичной смеси и второго инертного материала с получением вторичной смеси,
- выполняют дозирование вторичной смеси в сушильное устройство,
- выполняют подсушивание вторичной смеси до влажности 0-20%,
- если общая емкость катионного обмена первого и второго инертных материалов менее 15 мг-экв/100 г, то:
а) выполняют дозирование вторичной смеси в четвертый узел смешивания,
б) проводят прием глинистых добавок в количестве до 450% от суммарной массы первого и второго инертных материалов,
в) выполняют дозирование глинистых добавок в четвертый узел смешивания,
г) выполняют перемешивание в четвертом узле смешивания с получением питательного грунта.
Далее питательный грунт поступает на склад, откуда осуществляется его отгрузка.
Технология способа по четвертому варианту раскрыта на фиг. 5 и состоит в выполнении следующих операций:
- проводят прием адсорбента (например, акваионита) в количестве не менее 3% от абсолютно сухой массы механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют дозирование адсорбента в первый узел смешивания,
- проводят прием реагента (гуматы) в количестве не менее 0,03% от абсолютно сухой массы механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют приготовление 3% раствора реагента и подачу раствора реагента в первый узел смешивания,
- проводят прием инертного материала (например, сухого песка) в количестве 15-450% от массы механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют обработку каменистых включений инертного материала,
- выполняют дозирование инертного материала в первый узел смешивания,
- выполняют перемешивание адсорбента, раствора реагента и первого инертного материала в первом узле смешивания с получением активной смеси,
- выполняют дозирование активной смеси во второй узел смешивания,
- проводят прием механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют дозирование механически обезвоженных осадков сточных вод во второй узел смешивания,
- выполняют перемешивание активной смеси и механически обезвоженных осадков сточных вод с получением смеси,
- выполняют дозирование смеси в сушильное устройство,
- выполняют подсушивание смеси до влажности 0-20%,
- если емкость катионного обмена инертного материала менее 15 мг-экв/100 г, то:
а) выполняют дозирование смеси в третий узел смешивания,
б) проводят прием глинистых добавок в количестве до 450% от массы инертного материала,
в) выполняют дозирование глинистых добавок в третий узел смешивания,
г) выполняют перемешивание в третьем узле смешивания с получением питательного грунта.
Далее питательный грунт поступает на склад, откуда осуществляется его отгрузка.
Технология способа по пятому варианту раскрыта на фиг. 6 и состоит в выполнении следующих операций:
- проводят прием адсорбента (например, акваионита) в количестве не менее 3% от абсолютно сухой массы механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют дозирование адсорбента в первый узел смешивания,
- проводят прием реагента (гуматы) в количестве не менее 0,03% от абсолютно сухой массы механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют приготовление 3% раствора реагента и подачу раствора реагента в первый узел смешивания,
- проводят прием первого инертного материала (например, сухого песка) в количестве 15-450% от массы механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют обработку каменистых включений первого инертного материала,
- выполняют дозирование первого инертного материала в первый узел смешивания,
- выполняют перемешивание адсорбента, раствора реагента и инертного материала в первом узле смешивания с получением активной смеси,
- выполняют дозирование активной смеси во второй узел смешивания,
- проводят прием механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют дозирование механически обезвоженных осадков сточных вод во второй узел смешивания,
- выполняют перемешивание активной смеси и механически обезвоженных осадков сточных вод с получением смеси,
- выполняют дозирование смеси в сушильное устройство,
- выполняют подсушивание смеси до влажности 0-20%,
- выполняют дозирование смеси в третий узел смешивания,
- проводят прием второго инертного материала (например, влажного песка) в количестве до 450% от массы смеси,
- выполняют обработку каменистых включений второго инертного материала,
- выполняют дозирование второго инертного материала в третий узел смешивания,
- если общая емкость катионного обмена первого и второго инертных материалов менее 15 мг-экв/100 г, то:
а) проводят прием глинистых добавок в количестве до 450% от суммарной массы первого и второго инертных материалов,
б) выполняют дозирование глинистых добавок в третий узел смешивания,
в) выполняют перемешивание в третьем узле смешивания с получением питательного грунта.
Далее питательный грунт поступает на склад, откуда осуществляется его отгрузка.
Технология способа по шестому варианту раскрыта на фиг. 7 и состоит в выполнении следующих операций:
- проводят прием адсорбента (например, акваионита) в количестве не менее 3% от абсолютно сухой массы механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют дозирование адсорбента в первый узел смешивания,
- проводят прием реагента (гуматы) в количестве не менее 0,03% от абсолютно сухой массы механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют приготовление 3% раствора реагента и подачу раствора реагента в первый узел смешивания,
- проводят прием первого инертного материала (например, сухого песка) в количестве 15-450% от массы механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют обработку каменистых включений первого инертного материала,
- выполняют дозирование первого инертного материала в первый узел смешивания,
- выполняют перемешивание адсорбента, раствора реагента и первого инертного материала в первом узле смешивания с получением активной смеси,
- выполняют дозирование активной смеси во второй узел смешивания,
- проводят прием механически обезвоженных осадков сточных вод,
- выполняют дозирование механически обезвоженных осадков сточных вод во второй узел смешивания,
- выполняют перемешивание активной смеси и механически обезвоженных осадков сточных вод с получением первичной смеси,
- выполняют дозирование первичной смеси в третий узел смешивания,
- проводят прием второго инертного материала (например, влажного песка) в количестве до 450% от массы смеси,
- выполняют обработку каменистых включений второго инертного материала,
- выполняют дозирование второго инертного материала в третий узел смешивания,
- выполняют перемешивание первичной смеси и второго инертного материала с получением вторичной смеси,
- выполняют дозирование вторичной смеси в сушильное устройство,
- выполняют подсушивание вторичной смеси до влажности 0-20%,
- если общая емкость катионного обмена первого и второго инертных материалов менее 15 мг-экв/100 г, то:
а) выполняют дозирование вторичной смеси в четвертый узел смешивания,
б) проводят прием глинистых добавок в количестве до 450% от суммарной массы первого и второго инертных материалов,
в) выполняют дозирование глинистых добавок в четвертый узел смешивания,
г) выполняют перемешивание в четвертом узле смешивания с получением питательного грунта.
Далее питательный грунт поступает на склад, откуда осуществляется его отгрузка.
Обработка каменистых включений инертного материала необходима для сокращения износа деталей узлов смешивания и их нормального функционирования, а также с целью выполнения технических условий [1] на включения камней и других посторонних предметов (размером более 0,5 см - не допускается, размером менее 0,5 см - не более 5%) в питательный грунт и состоит в дроблении каменистых включений, если инертный материал влажный и имеется наличие каменистых включений, или просеивании каменистых включений, если инертный материал сухой и имеется наличие каменистых включений. Порядок определения влажности инертного материала и наличия каменистых включений не существенен и не влияет на достижение технического эффекта (фиг. 9, фиг. 10).
Перед дозированием в третий узел смешивания (варианты 2, 3, 5 и 6) или в сушильное устройство (все варианты) возможно вылеживание смесей в течение нескольких суток.
Технический результат достигается за счет следующего.
В вариантах 1, 2 и 3 в первом узле смешивания происходит равномерное перемешивание адсорбента и инертного материала и механическая активация адсорбента с образованием активной смеси.
В вариантах 4, 5 и 6 помимо адсорбента и инертного материала в активную смесь подмешивается реагент из гуматов, при этом гуматы распределяются преимущественно вокруг частиц адсорбента.
Во втором узле смешивания выполняется перемешивание механически обезвоженных осадков сточных вод с активной смесью в соотношении приблизительно 4:1 по объему, что при таком соотношении объемов позволяет более равномерно распределить адсорбент по объему механически обезвоженных осадков сточных вод.
Так как гуматы распределяются преимущественно вокруг частиц адсорбента, часть ионов тяжелых металлов из механически обезвоженных осадков сточных вод сначала связываются гуматами, а адсорбируется лишь та часть ионов тяжелых металлов, которая прошла через гуматы. Это позволяет не только увеличить эффективность связывания ионов тяжелых металлов, но и значительно снизить расход адсорбента, стоимость которого превышает стоимость гуматов.
В вариантах 1 и 4 производится термообработка полученной смеси, которая приводит к снижению класса опасности, и дополнительного разбавления инертным материалом не требуется. Дополнительный технический результат в вариантах 1 и 4 состоит в обеспечении однородного состава обезвреженного материала на выходе (отсутствие расслоения) и в снижении пожаровзрывоопасности процесса термообработки.
В вариантах 2 и 5 производится термообработка смеси, а в третьем узле выполняется смешивание обработанной смеси с инертным материалом с получением на выходе обезвреженного материала. Дополнительный технический результат в вариантах 2 и 5 состоит в обеспечении наибольшего отношения производительности способа к расходу ресурсов (природного газа) на работу теплового оборудования.
В вариантах 3 и 6 в третьем узле выполняется смешивание полученной смеси с инертным материалом, после чего производится термообработка, которая приводит к снижению класса опасности конечной смеси. Дополнительный технический результат в вариантах 3 и 6 состоит в обеспечении однородного состава обезвреженного материала на выходе (отсутствие расслоения) и в снижении пожаровзрывоопасности процесса термообработки.
Снижение класса опасности смеси в ходе термообработки осуществляется за счет того, что в смеси происходит активированная адсорбция, скорость которой растет экспоненциально с ростом температуры [2]. Лабораторные исследования показывают для обезвреженных с помощью предложенных в изобретении способов механически обезвоженных осадков сточных вод снижение опасности до 5-го класса опасности (практически неопасные).
Внесение глинистых добавок во всех вариантах выполняется при общей емкости катионного обмена инертного материала менее 15 мг-экв/100 г, с целью выполнения технических условий [1] на емкость катионного обмена питательного грунта (не менее 15 мг-экв/100 г).
Технология способа, объединяющего в себе технологии вариантов 2 и 3, показана на фиг. 4, а технология способа, объединяющего в себе технологии вариантов 5 и 6, показана на фиг.8. Такое объединение позволяет как обеспечить однородный состав обезвреженного материала на выходе (отсутствие расслоения) и снизить пожаровзрывоопасность процесса термообработки, так и обеспечить большее отношение производительности способа к расходу ресурсов (природного газа) на работу теплового оборудования.
Также на фиг. 1-8 приведены примеры значений величин расхода веществ в каждой операции описанных способов.
Список использованных источников
1. ГОСТ Р 53381-2009. Почвы и грунты. Грунты питательные. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2009.
2. Химическая кинетика и катализ. Учебное пособие для вузов / Г.М. Панченков, В.П. Лебедев. - М., Химия, 1985. - 592 с.: ил.