способ получения органоминерального удобрения из осадка сточных вод

Формула изобретения

1. Способ получения органоминерального удобрения из осадка сточных вод, включающий приготовление смеси из осадка сточных вод и воды, циркуляцию смеси, ультразвуковую обработку смеси, слив жидкой фазы и выгрузку нерастворенной части осадка после отстаивания, отличающийся тем, что в приготовленную смесь добавляют щелочной реагент и осуществляют щелочную экстракцию смеси при ультразвуковой обработке.

2. Способ получения органоминерального удобрения из осадка сточных вод по п.1, отличающийся тем, что температура приготовленной смеси составляет 40-60°C.

3. Способ получения органоминерального удобрения из осадка сточных вод по п.1, отличающийся тем, что циркуляцию смеси осуществляют с помощью циркуляционного насоса.

4. Способ получения органоминерального удобрения из осадка сточных вод по п.1, отличающийся тем, что ультразвуковую обработку приготовленной смеси осуществляют в ультразвуковом реакторе серии «РУЗ».

5. Способ получения органоминерального удобрения из осадка сточных вод по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента используют KOH или NaOH.

6. Способ получения органоминерального удобрения из осадка сточных вод по п.1, отличающийся тем, что щелочную экстракцию смеси при ультразвуковой обработке осуществляют в течение 30-60 мин.

7. Способ получения органоминерального удобрения из осадка сточных вод по п.1, отличающийся тем, что жидкая фаза представляет собой органоминеральное удобрение.

8. Способ получения органоминерального удобрения из осадка сточных вод по п.1, отличающийся тем, что нерастворенная часть осадка представляет собой песок, загрязненный органическими остатками.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области химии, касается способа получения органоминеральных удобрений из осадков сточных вод, которое может быть использовано при утилизации осадков сточных вод, образующихся на городских очистных сооружениях.

Известен способ получения органоминеральных удобрений из осадков сточных вод (RU 2264998 C1, опубл. 27.11.2005 г., кл. C05F 7/00, C02F 11/14), включающий обработку помещенного в кассету осадка кислым промывочным раствором, регенерацию промывочного раствора, нейтрализацию осадка. Осадок сточных вод перед обработкой кислым промывочным раствором обрабатывают щелочным экстрактом с последующей промывкой промывочным раствором соляной кислоты. Регенерацию кислых промывочных растворов проводят в одну стадию путем дистилляции, промывные воды после кислотной промывки регенерируют методом перегонки. В качестве энергоносителя при дистилляции используют топочные газы, получаемые при сжигании природного газа или биогаза, получаемого в метантенках, входящих в состав очистных сооружений, или смеси природного газа и биогаза. Способ обеспечивает более полное извлечение из осадков сточных вод ценных компонентов, повышение их удобрительной ценности, расширение номенклатуры получаемых продуктов, сокращение расхода энергии и реагентов на обработку осадков и создание замкнутого цикла по технологическим растворам.

Известен способ получения органоминеральных удобрений (патент РФ № 2039726, кл. C05F 7/00, от 20.07.95), согласно которому из осадков сточных вод вначале удаляют ионы тяжелых металлов путем обработки осадков раствором азотной кислоты концентрацией 1,0-1,25 моль/дм³ при температуре 50-70°C в течение 10-20 минут. Процесс проводят при соотношении твердой и жидкой фаз, равном 1:5, и числах Рейнольдса больше 1·10⁵ . При этих условиях остаточное содержание тяжелых металлов соответствует нормам для данного вида удобрений. После фильтрации на барабанном вакуум-фильтре или рамном пресс-фильтре осуществляют нейтрализацию остаточной кислотности щелочными агентами, такими как гидроксид калия, гидроксид аммония, углекислый кальций с получением органоминерального удобрения. Выделенные из осадка металлы осаждают из раствора и перерабатывают в шлам, из которого затем регенерируют.

Недостатком указанного способа является то, что используемую для выделения металлов из осадков сточных вод кислоту не регенерируют, что ведет к повышенному ее расходу. Кроме того, на нейтрализацию кислоты при получении шламов необходимо затрачивать реагенты, что приводит к усложнению технологической схемы и повышает стоимость обработки.

Известен способ утилизации осадков сточных вод станций биологической очистки (патент РФ № 2109696 от 05.07.96, МКИ C02F 11/14, опубл. 27.04.1998). Этот способ заключается в обработке осадка сточных вод кислым промывочным раствором, в качестве которого используют 5-15% раствор серной кислоты. После обработки осадок нейтрализуют 5-25% раствором аммиака. Отработанный кислый промывочный раствор подвергают последовательно электрохимической и химической обработке с целью регенерации кислоты с одновременным извлечением тяжелых металлов.

Этот способ позволяет удалить из осадков сточных вод не менее 90% тяжелых металлов, поэтому применение полученных органоминеральных удобрений исключает накопление в почве и в растениях токсичных тяжелых металлов.

Недостаток известного способа переработки заключается в том, что он требует больших затрат электроэнергии на регенерацию серной кислоты. Другим недостатком известного способа является то, что при кислой промывке осадков сточных вод вместе с раствором уходит до 50% гуминовых кислот, содержащихся в осадках сточных вод, которые затем безвозвратно теряются при регенерации кислого промывочного раствора. Это связано с тем, что гуминовые кислоты образуют с тяжелыми металлами соответствующие гуматы, выпадающие в осадок при pH=1,3-1,8. Однако степень извлечения гуматов из этих соединений очень невелика, так как эти соединения практически нерастворимы. Потеря такого значительного количества гуминовых веществ существенно снижает практическую ценность осадков сточных вод как удобрений для сельскохозяйственных культур. К недостатку известного способа можно отнести и то, что при обработке серной кислотой из осадка сточных вод практически не удаляется свинец, так как он образует нерастворимый сульфат свинца.

Известен способ получения органоминерального удобрения из осадков сточных вод (RU 2142930 C1, опубл. 20.12.1999, C05F 7/00, C02F 11/14) обработкой кислым промывочным раствором, нейтрализацией щелочным реагентом, в котором осадки сточных вод предварительно просушивают, измельчают, подвергают магнитной сепарации, немагнитную фракцию обрабатывают кислым промывочным раствором противотоком, промывают полученный осадок водой, промывную воду используют для приготовления кислого промывочного раствора, отработанный кислый промывочный раствор подщелачивают любым известным способом и при pH 1,5-1,8 выделяют осадок гуматов тяжелых металлов, который обрабатывают аммиачным раствором до pH 10,5-11,0, и полученный раствор гумата аммония используют для нейтрализации осадков сточных вод после операции промывки водой, полученное удобрение сушат, из отработанного кислого промывочного раствора выделяют тяжелые металлы, а регенерированный раствор используют для обработки осадков, в качестве кислого промывочного раствора используют смесь из четырех частей серной кислоты с pH 0,0-0,25 и одной части отработанного сернокислого раствора травления стали. Технический результат от использования изобретения заключается в сокращении расхода кислоты на обработку осадка при сохранении высокой степени очистки от ионов тяжелых металлов, создании замкнутой безотходной системы обработки сточных вод и извлечении тяжелых металлов с регенерацией промывочного раствора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения биогумуса из органических отходов, защищенный патентом на изобретение RU 2207328 C2, опубл. 27.06.2003 г., C05F 7/00, C02F 11/00, принятый за ближайший аналог (прототип).

Способ, по прототипу, включает последовательное аэробное, а затем анаэробное брожение отходов с поддержанием температуры 65-75°C. Перед брожением готовят смесь органических отходов и воды, а брожение ведут в замкнутом контуре при температуре 65-75°C, в котором осуществляют циркуляцию смеси. При аэробном брожении на смесь воздействуют сначала низкочастотной, а затем высокочастотной составляющей колебательного спектра ультразвукового поля, причем воздействие высокочастотной составляющей колебательного спектра ультразвукового поля осуществляют совместно с воздействием света актиничного диапазона, а при анаэробном брожении смесь подвергают магнитной обработке. После этого часть сброженной массы отбирают из замкнутого контура после ее анаэробного брожения и замещают ее вновь приготовленной смесью органических отходов и воды до тех пор, пока температура смеси, находящейся в замкнутом контуре, не снизится до температуры не ниже 65°C. Замещающую смесь, подаваемую в замкнутый контур, подвергают сначала аэробному брожению, а из отобранной из замкнутого контура замещаемой сброженной массы выделяют густую фракцию и водный раствор, после чего густую фракцию подвергают электролизу.

Изобретение позволяет ускорить процесс переработки органических отходов с периодической загрузкой сырья и выгрузкой готового продукта без прерывания процесса.

Преимуществом и общим признаком с предлагаемым изобретением является использование ультразвука при обработке органических отходов сточных вод, который способствует тому, что тяжелые металлы из органических отходов переходят в водный раствор. Кроме этого, в результате использования ультразвука крупные частицы и молекулы распадаются на более мелкие составляющие, что способствует ускорению процесса переработки органических отходов.

Однако способ, по прототипу, не лишен недостатков:

- во-первых, неполное извлечение ионов тяжелых металлов;

- во-вторых, сложность и многостадийность процесса.

В задачу изобретения положено создание нового способа получения органоминерального удобрения из осадка сточных вод.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения органоминерального удобрения из осадка сточных вод, включающем приготовление смеси из осадка сточных вод и воды, циркуляцию смеси, в приготовленную смесь добавляют щелочной реагент и осуществляют щелочную экстракцию смеси при ультразвуковой обработке, температура приготовленной смеси составляет 40-60°C, слив жидкой фазы и выгрузку нерастворенной части осадка после отстаивания; циркуляцию смеси осуществляют с помощью циркуляционного насоса; ультразвуковую обработку приготовленной смеси осуществляют в ультразвуковом реакторе серии «РУЗ»; в качестве щелочного реагента используют KOH или NaOH; щелочную экстракцию смеси при ультразвуковой обработке осуществляют в течение 30-60 минут; жидкая фаза представляет собой органоминеральное удобрение; нерастворенная часть осадка представляет собой песок, загрязненный органическими остатками.

Технический результат от использования изобретения заключается в упрощении производства, ускорении процесса, повышении его эффективности.

Предложенный способ осуществляют на технологической установке периодического действия, включающей: основную емкость; циркуляционный насос; ультразвуковой (УЗ) реактор; соединяющие трубопроводы.

Предложенный способ получения органоминерального удобрения осуществляют следующим образом:

Готовят смесь из осадка сточных вод и воды в емкости, в которой осуществляют циркуляцию смеси. Циркуляцию смеси осуществляют, например, с помощью циркуляционного насоса. Температура приготовленной смеси должна составлять, например, 40-65°C. Затем в емкость с приготовленной смесью добавляют щелочной реагент и осуществляют щелочную экстракцию смеси при ультразвуковой обработке в течение 30-60 минут. В качестве щелочного реагента используют, например, KOH или NaOH. Ультразвуковую обработку приготовленной смеси осуществляют в ультразвуковом реакторе серии «РУЗ» (рабочая частота 20-30 кГц). Затем осуществляют слив жидкой фазы и выгрузку нерастворенной части осадка после отстаивания. Полученная жидкая фаза представляет собой органоминеральное удобрение.

При использовании нижних пределов температуры, рабочей частоты и концентрации щелочного реагента увеличивается время обработки осадка, что усложняет технологический процесс и несет энергетические затраты. При дальнейшем увеличении температуры начинается разрушение структуры гуминовых кислот. Дальнейшее увеличение концентрации щелочного реагента на скорость реакции не влияет и является экономически не обоснованным.

Нерастворенная часть осадка представляет собой песок, загрязненный органическими остатками, который может быть использован в дальнейшем на асфальтобетонном заводе без изменения технологии, а также для использования в качестве удобрения для выращивания технических и лесных культур. Количество его в зависимости от неоднородного по составу исходного сырья составляет около 20-35%.

Использование щелочной экстракции смеси из осадка сточных вод и воды при ультразвуковой обработке, обеспечивает упрощение производства органоминерального удобрения, ускоряет процесс и повышает его эффективность.

Ниже приведены примеры конкретного осуществления предлагаемого изобретения.

Пример 1.

Готовят 1000 л смеси из 200 л осадка сточных вод (насыпная плотность около 1 кг/дм ³) и воды в емкости, в которой осуществляют циркуляцию смеси. Циркуляцию смеси осуществляют с помощью циркуляционного насоса мощностью 4,0 кВт. Температура приготовленной смеси составляет 40°C. Затем в емкость с приготовленной смесью добавляют щелочной реагент - 12,5 кг NaOH и осуществляют щелочную экстракцию смеси при ультразвуковой обработке в течение 60 минут в ультразвуковом реакторе серии «РУЗ» с мощностью ультразвукового генератора 1,5 кВт (рабочая частота 20 кГц). Затем осуществляют отстаивание смеси в течение суток для отделения ультратонкой взвеси волокнистого органического материала, слив жидкой фазы и выгрузку нерастворенной части осадка. В результате получают 900 л жидкого органоминерального удобрения и около 100 л осадка (песка).

Пример 2.

Готовят 1000 л смеси из 200 л осадка сточных вод (насыпная плотность около 1 кг/дм³) и воды в емкости, в которой осуществляют циркуляцию смеси. Циркуляцию смеси осуществляют с помощью циркуляционного насоса мощностью 4,0 кВт. Температура приготовленной смеси составляет 65°C. Затем в емкость с приготовленной смесью добавляют щелочной реагент - 25 кг KOH и осуществляют щелочную экстракцию смеси при ультразвуковой обработке в течение 30 минут в ультразвуковом реакторе серии «РУЗ» с мощностью ультразвукового генератора 1,5 кВт (рабочая частота 30 кГц). Затем осуществляют отстаивание смеси в течение суток для отделения ультратонкой взвеси волокнистого органического материала, слив жидкой фазы и выгрузку нерастворенной части осадка. В результате получают 900 л жидкого органоминерального удобрения и около 100 л осадка (песка).