способ обработки осадков бытовых и/или промышленных сточных вод

Формула изобретения

1. Способ обработки осадков бытовых и/или промышленных сточных вод, включающий тепловую обработку суспензии осадков, разделение жидкой и твердой фаз, отличающийся тем, что после окончания тепловой обработки суспензии при поддержании температуры 150 220^oC ее обрабатывают щелочью до pH более 10 и кислородсодержащим газом при давлении 1,5 5,0 МПа в течение 20 180 мин, после чего давление снижают до атмосферного и охлажденную до температуры менее 100^oC суспензию подают на разделение с выделением органоминерального комплекса в виде жидкой фазы и нерастворимого твердого остатка, содержащего соли тяжелых металлов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тепловую обработку суспензии ведут при температуре 150 220^oC, давлении 0,5 3,0 МПа в течение 10 - 120 мин.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что выделенную жидкую фазу концентрируют.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам переработки осадков бытовых сточных вод и осадков сточных вод промышленных предприятий, где имеются стоки, загрязненные смесью органических и неорганических соединений, например, гальваношламами.

Известен способ [1] очистки производственных сточных вод, содержащих бионеразлагаемые органические примеси. Сточные воды (СВ), содержащие вещества, не поддающиеся биоразложению из-за токсичности или сложного состава, подвергаются мокрому окислению при температурах 150 375^oC и давлении 150 400 атм с дальнейшим отделением газовой и твердой фаз от жидкой фазы, которую направляют в аэротенк для окисления органических веществ с помощью подходящего биоценоза микроорганизмов в присутствии порошкообразного активного угля. Смесь избыточной биомассы и отработанного активного угля подают в реактор мокрого окисления, что позволяет избавиться от избыточной биомассы и регенерировать активированный уголь.

Основным недостатком способа является то, что тяжелые металлы, содержащиеся в производственных сточных водах, по данному способу очистки переходят в жидкую фазу и тем самым отрицательно сказываются на работе микроорганизмов в аэротенках. Кроме того, введение в систему активированного угля приводит к увеличению содержания органических примесей в жидкой фазе в процессе окисления. Для промышленного осуществления известного способа очистки требуется применение реакторов и теплообменников, изготовленных из титана с добавками палладия. Реакторы и теплообменники из углеродистых сталей для данного способа жидкофазного окисления непригодны.

Известен способ обработки осадков, образующихся при очистке биогенных осадков сточных вод [2] По этому способу биомасса с концентрацией до 8% подвергается жидкофазному гидролизу при температуре 150 300^oC в течение 30 120 мин с применением катализаторов. В результате гидролиза высокомолекулярных компонентов биомассы образуются амино- и карбоновые кислоты, спирты, моносахара. При этом достигается полное растворение соединений тяжелых металлов (ТМ) в жидкой фазе гидролиза, которые в дальнейшем подвергаются разделению посредством ионообмена на растворы ТМ и растворы органических веществ, причем растворы ТМ затем обезвреживаются. Существенным недостатком способа является необходимость применения многостадийной технологической схемы обезвреживания растворов ТМ (диализ) с применением реагентов для перевода ТМ из раствора в нерастворимые соединения, которые тем не менее не обеспечивают достаточно полное выведение ТМ из гидролизата. Способ требует значительных энергозатрат и не позволяет перерабатывать биомассу с концентрацией более 8%

Наиболее близким аналогом к изобретению является способ, описанный в [3] Согласно этому способу осадок сточных вод подвергают тепловой обработке при 170 220^oC давлением до 3 МПа и времени 120 мин. Такая обработка приводит к гидролизу органических соединений с переводом их в жидкую фазу, но не приводит к удалению ионов тяжелых металлов.

Задачей изобретения является создание способа переработки осадков сточных вод, позволяющего перевести органическую составляющую осадков в нетоксичные соединения, растворимые в воде, а тяжелые металлы неорганической составляющей осадков в нерастворимые в воде соединения с возможностью последующего их использования в сельском хозяйстве, промышленности, строительстве.

Указанная задача решается с помощью предлагаемого способа обработки осадков, который осуществляется в две стадии. На первой стадии сгущенная до 85 90% -ной влажности известным способом [3] смесь осадков первичных и/или вторичных отстойников очистных сооружений поступает в реактор, где подвергается термической обработке при температуре 150 220^oC в течение 10 120 мин при давлении 0,5 3,0 мПа при рН ниже 7.

При этом происходит следующие процессы: полисахариды клеточных стенок микроорганизмов и полисахариды, попадающие в иловый осадок в виде целлюлозосодержащих отходов (бумага, хлопчатобумажные ткани и т.п.), гидролизуются до моносахаридов с последующим их распадом и образованием органических кислот и углекислого газа. Образующиеся органические кислоты и ионы тяжелых металлов катализируют процесс автогидролиза.

На второй стадии в нагретую на первой стадии до температуры 150 - 220^oC cуспензию осадков сточных вод подается щелочь до достижения рН>10 для перевода образующихся органических кислот в растворимые соли. После этого суспензию в течение 20 180 мин обрабатывают кислородсодержащим газом (например компримированным сжатым воздухом) в количестве, необходимом для окисления органических веществ. Обработку ведут при давлении 1,5 5 МПа.

При этом происходят следующие процессы: окисление моносахаров, жиров, белков и др. органополимеров с последующей конденсацией мономеров в высокомолекулярные соединения с выделением углекислого газа и воды. Ионы тяжелых металлов в этих условиях образуют нерастворимые соединения, которые при последующем охлаждении обрабатываемой суспензии выпадают в осадок. Затем суспензию охлаждают до температуры ниже 100^oC, снижают давление до атмосферного, после чего производят разделение суспензии на жидкую и твердую фазы (фильтрацией, отстоем, центрифугированием и т.п.). Таким образом суспензия разделяется на раствор органических веществ и твердый осадок, состоящий из песка, солей тяжелых металлов и части нерастворимых в воде органических веществ. Раствор концентрируется (выпаркой, сушкой) и может быть использован в технике или сельском хозяйстве. Неокисленный осадок отправляется в отвал или может быть, например, использован в дорожном строительстве.

На чертеже изображена принципиальная технологическая схема переработки осадков сточных вод.

Суспензия осадков влажностью до 85 90% образующаяся после биологической очистки сточных вод, поступает из первичных и/или вторичных отстойников в сборник 1 илового осадка, из которого насосом подается в реактор 2 (например реактор МГТ-2,5-6,3-1к-0,2 Старорусский механический завод), где нагревается до температуры 150 220^oC в течение 10 120 мин паром через рубашку и змеевик, расположенный внутри реактора. На этом завершается первая стадия процесса и далее из сборника 3 приготовления щелочи подается щелочь. Затем в течение 20 180 мин в реактор 2 подается сжатый воздух при интенсивном перемешивании суспензии. За указанное время осуществляется вторая стадия процесса окисление органической части осадка, образование нерастворимых в воде соединений тяжелых металлов, образование углекислого газа, который удаляется через конденсатор 4 в атмосферу.

В качестве конденсатора может быть использован кожух трубчатый теплообменник ТП-2,5.

После завершения второй стадии в реакторе 2 снижают давление до атмосферного и охлаждают окисленную суспензию до температуры ниже 100^oC. Охлажденную суспензию самотеком подают в сборник 5 окисленной суспензии. Из сборника 5 суспензия подается на фильтр 6, где происходит отделение жидкой фазы от твердой. Твердая фаза удаляется из фильтра 6 автоматически и передается на дальнейшую переработку, например на производство строительных материалов, а раствор органических веществ из сборника 7 раствора окисленных веществ подается на концентрирование в роторный испаритель 8, например ИРС-4 (Дзержинский завод химического машиностроения), где и концентрируется. При этом выпариваемая жидкость, главным образом вода, конденсируется в теплообменнике конденсаторе 9, а конденсат, содержащий воду, направляется на очистные сооружения.

В табл. 1 приведены примеры режимов проведения предлагаемого способа и показатели, характеризующие количество органических веществ и тяжелых металлов, перешедших в раствор и в твердую фазу в результате проведения указанного выше процесса. Из табл. 1 видно, что изменение температуры и давления, при которых осуществляется способ обработки осадков СВ, существенно влияет на время обработки осадков для достижения удовлетворительных результатов по выделению ТМ в твердую фазу и превращению органической составляющей в нетоксичные водорастворимые соединения. При этом проведение процесса при температуре ниже 150^oC приведет к значительному увеличению времени обработки более 6 ч, что резко снизит производительность аппаратуры и приведет к увеличению ее объемов и капитальных вложений при осуществлении процесса. При этом уменьшается количество перешедших в раствор органических соединений. Проведение процесса при температуре выше 220^oC приведет к резкому увеличению выделяющихся газов СО₂, CO в единицу времени и значительно усложнит отделение образующихся газов от жидкости, сделает процесс трудноуправляемым. Увеличение давления выше указанных в формуле изобретения пределов приведет к значительному усложнению аппаратуры для проведения процесса.

Пример. Берут 1000 кг суспензии иловых осадков очистных сооружений (например г. Пскова) 90%-ной влажности, содержащей 200 кг сухих веществ (с зольностью 61,2%) следующего химического состава: мас.

содержание углерода 15,5

содержание водорода 2,1

содержание азота 1,8

содержание серы 2,2

содержание фосфора 2,2

содержание кислорода 13,3

В табл. 2 приведен элементный состав суспензии по металлам.

Суспензию нагревают при температуре 180^oC в течение 1 ч при давлении 0,9 мПа и рН к концу процесса составляет 5,5. После этого в интенсивно перемешиваемую суспензию в течение 5 мин, добавляют 5 кг NaOH и, поддерживая температуру суспензии 180^oC, подают непрерывно в течение 2 ч компримированный сжатый воздух в количестве 5 м³/мин, который поддерживает давление 1,5 мПа. При этом ионы тяжелых металлов в виде трудно растворимых соединений переходят в твердую фазу, а органические соединения исходной суспензии подвергаются окислительно-гидролитической деструкции с образованием растворимых в воде нетоксичных соединений. Затем суспензию охлаждают до температуры 90^oC и фильтрованием отделяют твердую фазу от раствора.

После отделения твердой фазы от раствора получен следующий химический состав элементов водорастворимых продуктов в пересчете на абсолютно сухое вещество (с зольностью 39,6%), мас.

углерод 31,3

водород 4,9

азот 4,7

сера 3,3

фосфор 0,008

кислород 18,4

Элементный состав полученного раствора по металлам приведен в табл. 3.

Ниже приведен химический состав абсолютно сухого вещества твердой фазы (с зольностью 93%), мас.

углерод 4,8

водород 2,6

сера 1,2

фосфор 2,263

кислород

15,3

В табл. 4 приведен элементный состав твердой фазы.

Показатели по элементному составу исходной суспензии (табл. 2) и показатели по элементному составу сухих веществ раствора (табл. 3) иллюстрируют, что количество тяжелых металлов в твердой фазе составляет 14,608 г, а в растворе количество ТМ 0,539 г, что соответствует переходу в твердую фазу 96,39% от веса ТМ исходного илового осадка, а в растворе остается 3,61% Содержание элементов ТМ в растворенной части окисленной суспензии значительно ниже, чем в исходном образце (табл.4). При этом основная часть ТМ находится в твердой фазе. Например, следующие элементы Al, Si, Ca, Ti, Cr, Zn, Pb, Sr, Cd практически полностью перешли в твердую фазу, а содержание Ni снизилось в 3 раза, Cu в два раза, Fe в 90 раз.

Таким образом, предлагаемый способ обработки осадков сточных вод позволяет перевести органическую составляющую осадков в нетоксичные соединения, растворимые в воде, а тяжелые металлы неорганической составляющей в нерастворимые в воде соединения.