способ получения органоминеральной удобрительной смеси

Формула изобретения

Способ получения органоминеральной удобрительной смеси, включающий смешивание осадков городских сточных вод с детоксикантом, отличающийся тем, что в качестве детоксиканта используют гумат натрия в виде мелкодисперсной фракции с размером частиц не более 100 мкм в количестве не менее 10% массы осадка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способам получения удобрений на основе осадков сточных вод.

Применение осадков сточных вод в качестве удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур может занять конкурирующее место среди используемых удобрений. Осадки сточных вод имеют в своем составе 30-40% органического вещества (на сухое вещество) и элементы минерального питания (N_общ - 0,6-4,3%, P₂O₅ - 1,2-4,5% и др.) и обладают большой удобрительной ценностью.

Использование осадков сточных вод в качестве органического удобрения способствует восстановлению баланса органического вещества и питательных элементов в почве. Применение осадков при рекультивации нарушенных земель позволяет решить проблему плодородного слоя почв и вернуть их в хозяйственный оборот.

Однако, вследствие загрязненности осадков сточных вод тяжелыми металлами и другими токсикантами, их утилизация ограничена, и они являются одними из проблемных отходов в народном хозяйстве.

Известен способ получения удобрения из осадков сточных вод за счет снижения в них тяжелых металлов, используя биомассу активного ила и малорастворимый кальцийсодержащий минерал. В результате перемешивания, разделения фаз методом отстаивания из водной среды выделяют тяжелые металлы. Кальцийсодержащий материал вводится в ил в количестве 10-25 кг/м³, а перемешивание осуществляют аэрацией в течение 1-4 часов (патент РФ № 2209237, C02F 11/14). Однако авторы не дают сравнительных данных по эффективности извлечения тяжелых металлов, а также утилизации тяжелых металлов, выделенных из водной фазы.

Известен также способ получения удобрений, при котором суспензию активного ила с концентрацией биомассы 0,5-5,0% на сухое вещество смешивают с торфом в соотношении «активный ил : торф» от соответственно 1:1 до 1:8. Выращивание активного ила осуществляют в течение 5-15 часов, зольность его составляет 15-45% (авторское свидетельство № 1532551, C05F 7/00, C05F 11/12).

Однако при внесении осадков сточных вод в почву подвижные формы тяжелых металлов могут мигрировать в растение. В заявке не указано, насколько прочно связаны тяжелые металлы, сорбируемые торфом.

В качестве прототипа рассмотрен способ получения органоминеральной удобрительной смеси, включающий смешивание осадков городских сточных вод с морденитсодержащим туфом в качестве детоксиканта с размером фракции до 2 мм. Осадки сточных вод с размеров фракции до 5 мм смешивают с туфом в соотношении 1:1-2, соответственно (патент РФ № 2197452, C05F 7/00). Детоксикация осадков городских сточных вод происходит за счет высоких сорбционных свойств морденитсодержащего туфа. В этом случае также не исключена десорбция тяжелых металлов при внесении удобрения в почву, что может превысить предельно допустимые концентрации. Авторы не приводят данные по содержанию тяжелых металлов в исходных осадках и после добавления к ним морденитсодержащего туфа. Не приводятся также данные по содержанию тяжелых металлов в растениях.

Целью изобретения является увеличение эффективности детоксикации осадков сточных вод путем повышения прочности связи тяжелых металлов с детоксикантом при одновременном улучшении качества удобрительной смеси.

Технический результат достигается тем, что в способе, включающем смешивание осадков сточных вод с детоксикантом, в качестве детоксиканта используют гумат натрия в виде мелкодисперсной фракции с размером частиц не более 100 мкм в количестве не менее 10% от массы осадка.

Эффективность использования гумата натрия обусловлена тем, что гуминовые кислоты, благодаря наличию в своем составе большого количества реакционноспособных функциональных групп, вступают в реакции с ионами тяжелых металлов, переводя их в нерастворимые устойчивые соединения.

Взаимодействие растворимых солей гуминовых кислот (гумата) с катионами тяжелых металлов с образованием водорастворимых гуматов происходит по схеме:

nY_um-COONa+nMe ⁿ⁺X^n- [Yum-COOMe]_n +nNaX.

Указанное взаимодействие происходит интенсивно и завершается с образованием устойчивых нерастворимых соединений. Эта закономерность показана для большинства тяжелых металлов, являющихся наиболее опасными загрязнителями окружающей среды: цинка, никеля, меди, свинца, хрома и др., помимо взаимодействия по схеме ионного обмена гуминовые кислоты вступают с тяжелыми металлами в реакции комплексообразования с образованием органоминеральных лиганд, прочно удерживающих тяжелые металлы в своем составе. Экспериментально подтверждена значительная устойчивость во времени образующихся соединений тяжелых металлов с гуминовыми кислотами.

Введение гумата в состав удобрительной смеси позволяет также повысить ее качество, поскольку гумат является регулятором роста и развития растений, а также способствует лучшему усвоению минеральных удобрений.

Заявленный способ подтверждается экспериментальными примерами.

Пример 1

В качестве исходного сырья используют осадок сточных вод станций аэрации г. Дзержинского Московской области. С целью его детоксикации добавляют гумат натрия с размером частиц 100 мкм в количестве 10% массы осадка и смешивают в смесителе любого типа до достижения полной гомогенизации смеси. В ходе перемешивания происходит взаимодействие гумата натрия с тяжелыми металлами, содержащимися в осадке, которые переводятся в неподвижные формы.

Пример 2

Проводят аналогично примеру 1 с разницей в том, что используют гумат натрия в количестве 20% массы осадка.

Результаты проведенных экспериментов по влиянию гумата натрия на связывание тяжелых металлов приведены в таблице:

Наименование тяжелого металла (ТМ)	Содержание подвижных форм ТМ, мг/кг
Осадки сточных вод до обработки	Осадки сточных вод после обработки гуматом натрия
10%	20%
свинец	7,2	3,0	2,6
кадмий	0,55	0,40	0,25
медь	0,60	0,30	отс.
цинк	115,0	12,4	8,3
марганец	56,9	48,3	33,4
никель	3,6	1,5	0,3
хром	0,60	отс.	отс.

Из данных таблицы видно, что содержание тяжелых металлов: свинца, кадмия, меди, цинка, марганца, никеля и хрома уменьшается.