Способ получения органо-минерального удобрения из осадков городских сточных вод
Патент 2556721
Авторы
- Вайсман Яков Иосифович (RU)
- Глушанкова Ирина Самуиловна (RU)
- Гуляева Ирина Сергеевна (RU)
- Дьяков Максим Сергеевич (RU)
Правообладатели
Классы МПК
Способ получения органо-минерального удобрения из осадков городских сточных вод
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ получения органо-минерального удобрения из осадков городских сточных вод заключается в реагентной обработке осадков городских сточных вод с последующим компостированием смеси, причем в качестве реагента используют органо-минеральную композицию, содержащую оксид кальция и низинный торф в массовом соотношении к осадкам городских сточных вод, равном (25-75):(2-3,5):10 соответственно осадки городских сточных вод: оксид кальция: низинный торф, а компостируют обработанные осадки в течение не менее 7 дней на воздухе. Изобретение позволяет снизить потенциальную опасность загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами при хранении осадков, получить органоминеральное удобрение по более низкой стоимости, вовлечь отходы во вторичный оборот. 4 табл., 4 пр.
Реферат
Изобретение относится к области экологии и сельского хозяйства и может быть использовано при утилизации осадков сточных вод, образующихся на городских биологических очистных сооружениях, с получением органо-минеральных удобрений.
Известен способ переработки сточных вод (патент РФ №2457909 от 10.08.2012 г.), заключающийся в обработке осадков сточных вод аминокислотным реагентом-детоксикантом, содержащим ионы меди, цинка, свинца, хрома, кобальта, никеля и кадмия. Обработанные осадки сточных вод выдерживаются до достижения рН 7,2-7,5 с последующим их распределением на иловых картах. Далее проводится повторная обработка перемешанного с водой аминокислотным реагентом-бактерицидом на основе гидратов гидроксоаминокислотных комплексных соединений меди (2+) с выдерживанием обработанного осадка по времени, зависящим от объема осадка на одной площадке и числа мест дозировки на иловых картах. Последующая обработка осадка, распределенного на карте, проводится аминокислотным реагентом-детоксикантом, приготавливаемым из белоксодержащих материалов, перемешенным с водой в процентном содержании 10% реагента-детоксиканта к 90% воды и выдержкой осадков в течение 20 дней.
Недостатком известного способа является необходимость проведения повторной обработки осадков, низкое связывание ионов тяжелых металлов в комплексные соединения, увеличение содержания металлов в почве в связи с их наличием в используемом реагенте.
Известен способ получения органо-минерального удобрения из осадков сточных вод с помощью компостирования (патент РФ №2489414 от 10.08.2013 г.), включающий смешивание осадков городских сточных вод с наполнителем, разрыхлителем и детоксикантом, в качестве которых используют сосновые опилки с размером фракции до 2 мм, которые смешиваются с осадками городских сточных вод с размером фракции до 5 мм в массовом соотношении 1:0,5 соответственно, с последующим компостированием.
К недостаткам известного способа относят длительный период компостирования, который достигает 98 дней.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ получения органо-минеральных удобрений из осадков сточных вод (патент РФ №2445297 от 20.03.2012 г.), согласно которому осадки сточных вод сроком хранения менее 3 лет смешивают с торфом при объемном соотношении соответственно 0,5:0,5 или 0,6:0,4. После смешения проводится аэробное компостирование смеси в присутствии биоактиватора в количестве не менее 15% от объема компостируемой смеси. В качестве биоактиватора в компостируемую массу вводят посевной компост на основе птичьего помета и штаммов микроорганизмов Bacillus subtilis В-168, Bacillus mycoides B-691, Streptomyces sp.Ac-154, Mukor psychrophilus F-1441, Candida utilis Y-2441 в количестве 1·106-1·107 клеток в 1 мл на 1 т птичьего помета. Данный способ принят за прототип.
Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым решением, - реагентная обработка осадков городских сточных вод с последующим компостированием смеси.
Недостатком известного способа, принятого за прототип, является необходимость внесения большого количества торфа (от 40 до 50%), подготовки специального посевного компоста, длительный процесс компостирования, что усложняет и удорожает технологию получения органо-минерального удобрения.
Задача, решаемая предлагаемым способом, заключается в разработке экологически безопасного и экономически эффективного способа утилизации осадков городских сточных вод с получением органо-минерального удобрения, который выражается в повышении эффективности связывания ионов тяжелых металлов в прочные комплексные соединения, сохранении удобрительной ценности осадков, уменьшении длительности процесса детоксикации осадков, упрощении технологии утилизации осадков.
Техническим результатом реализации способа получения органо-минерального удобрения из осадков городских сточных вод является снижение потенциальной опасности загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами при хранении осадков, получение органоминерального удобрения по более низкой стоимости, использование и уменьшение количества отходов производства, направляемых на иловые карты и илонакопители, вовлечение отходов во вторичный оборот.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе получения органо-минерального удобрения из осадков городских сточных вод, заключающемся в реагентной обработке осадков городских сточных вод с последующим компостированием смеси, в качестве реагента используют органо-минеральную композицию, содержащую оксид кальция и низинный торф в массовом соотношении к осадкам городских сточных вод, равном (25-75):(2-3,5):10 соответственно осадки городских сточных вод: оксид кальция: низинный торф, а компостируют обработанные осадки в течение не менее 7 дней на воздухе.
Признаки, отличительные от прототипа: в качестве реагента используют органо-минеральную композицию, содержащую оксид кальция и низинный торф в массовом соотношении к осадкам городских сточных вод, равном (25-75):(2-3,5):10 соответственно осадки городских сточных вод:оксид кальция:низинный торф; компостируют обработанные осадки в течение не менее 7 дней на воздухе.
В присутствии оксида кальция происходит выщелачивание из торфа гуминовых соединений, которые участвуют в процессах гумификации, детоксикации и связывании тяжелых металлов.
Способ осуществляют следующим образом.
Осадки городских сточных вод (ОСВ) влажностью 86% обрабатывают оксидом кальция и низинным торфом в массовом соотношении осадки городских сточных вод:оксид кальция:низинный торф, равном (25-75):(2-3,5):10 соответственно. Низинный торф служит источником гуминовых соединений, а оксид кальция использовался для выщелачивания гуминовых веществ. Обработанные осадки компостируют в течение не менее 7 дней на воздухе без необходимости постоянного перемешивания смеси. В процессе обработки осадков реагентами происходит образование прочных комплексных соединений тяжелых металлов с гуминовыми веществами, обеззараживание смеси и получение экологически безопасного товарного продукта.
Исследования по реагентной обработке осадков городских сточных вод проводили на примере осадков сточных вод городских биологических очистных сооружений г.Перми. Для обоснованного выбора метода детоксикации осадков сточных вод были проведены исследования физико-химических свойств и химического состава образцов ОСВ.
Результаты химического анализа образцов ОСВ, предварительно высушенных при 105°С до постоянной массы, представлены в табл.1. Показатели химического состава рассчитаны в мг/кг сухого образца.
| Таблица 1 | ||
| Физико-химический состав ОСВ | ||
| Показатели | Значение показателя | |
| Избыточный активный ил (ИАИ) | Осадок первичных отстойников (ОПО) | |
| Влажность, % | 87,15 | 98 |
| Массовая доля органических веществ, % (на сухое вещество) | 64 | 66 |
| Массовая доля золы, % (на сухое вещество) | 36 | 34,0 |
| Массовая доля общего азота, % (на сухое вещество) | 5,7 | - |
| Массовая доля общего фосфора (Р205), % (на сухое вещество) | 5,5 | - |
| рН солевой вытяжки | 6,9 | 6,6 |
| рН водной вытяжки | 6,6 | 6,5 |
| PO4 3-, МГ/КГ | 410 | 57,8 |
| Хлорид-ион, мг/кг | 10500 | 17080 |
| ХТТК водной вытяжки (1:5), мгО2/л | 3514 | 4440,5 |
| Содержание подвижной серы, мг/кг | 4050 | 5380 |
Для определения потенциальной опасности ОСВ проведен анализ химического состава на содержание в них тяжелых металлов.
В табл.2 представлены результаты анализа на содержание в образцах тяжелых металлов (мг/кг сух. образца).
| Таблица 2 | ||
| Содержание металлов в ОСВ | ||
| Показатели | Значение показателя | |
| ИАИ | ОПО | |
| Валовое содержание ТМ | ||
| Железо, мг/кг | 12000-15000 | - |
| Кадмий, мг/кг | 11,2 | 50 |
| Медь, мг/кг | 200-230 | 450 |
| Марганец, мг/кг | 900-950 | 86 |
| Никель, мг/кг | 75-77 | 300 |
| Свинец, мг/кг | 34,7 | 42,2 |
| Хром, мг/кг | 305-310 | 820 |
| Цинк, мг/кг | 700-800 | 580 |
| Содержание ТМ в подвижной форме | ||
| Цинк, мг/кг | 516,14 | 391,6 |
| Хром, мг/кг | 10,8 | 9,8 |
| Свинец, мг/кг | 4,2 | 5,6 |
| Медь, мг/кг | 6,8 | 2,2 |
Высокое содержание углерода, азота, фосфора, кальция, микроэлементов позволяет рассматривать ОСВ в качестве органо-минеральных удобрений. Однако высокая бактериальная загрязненность и содержание в осадках ионов тяжелых металлов требует дополнительной обработки ОСВ перед их использованием в качестве удобрений.
Примеры 1-4
Осадки городских сточных вод влажностью 86% с рН, равным 5,0, обрабатывали оксидом кальция и низинным торфом в соотношениях осадки городских сточных вод:СаО:низинный торф соответственно 50:2:10, 75:2:10, 50:3,5:10, 25:2:10. рН получаемой смеси составляет от 7,0 до 13,0. Обработанные осадки компостировали в течение 7 дней на воздухе без необходимости постоянного перемешивания смеси. Эффективность связывания тяжелых металлов контролировали по содержанию цинка и меди в подвижной форме. Цинк и медь выбраны в качестве индикатора в связи с наибольшим его содержанием в исходных ОСВ.
Эффективность детоксикации осадков данным способом подтверждается следующими показателями: снижение содержания подвижных форм тяжелых металлов (в частности цинка) в 5,6 раз, улучшение органолептических характеристик (снижение резкого запаха), ускорение процессов гумификации (улучшение структуры смеси, состава микрофлоры осадков). Результаты представлены в таблице 3.
| Таблица 3 | ||||||
| Результаты детоксикации осадков городских сточных вод | ||||||
| № при мера | Соотношение осадки:СаО:торф | Продолжительность компостирования | рН среды | Содержание тяжелых металлов в подвижной форме, мг/кг сух. образца | ||
| Zn | Cu | Pb | ||||
| Прототип | 1 месяц | 5,5-8,5 | 3500 | 1500 | 500 | |
| Исх. ОСВ | 0 | 5,0 | 516 | 6,8 | 3,8 | |
| 1 | 50:2:10 | 7 дней | 10-11 | 80 | 3,16 | 1,65 |
| 2 | 75:2:10 | 7 дней | 7-8 | 87 | 3,3 | 1,7 |
| 3 | 50:3,5:10 | 7 дней | 12-13 | 60 | 2,39 | 1,2 |
| 4 | 25:2:10 | 7 дней | 11-12 | 76 | 3,01 | 1,5 |
Обработка осадков заявляемым способом согласно примерам 1-4 показала, что эффективность детоксикации осадков сточных вод подтверждается снижением содержания цинка, меди и свинца в подвижной форме в осадках в 6,5-8,6 раза, 2,15-2,84 раза и 2,2-3,2 раза соответственно при различных рН.
Наибольшая эффективность по связыванию ионов тяжелых металлов в прочные комплексные соединения достигается обработкой осадков смесью оксида кальция и торфа в соотношении осадки:СаО:торф соответственно 50:3,5:10 (пример 3).
Обработанные заявляемым способом осадки сточных вод предлагается использовать в качестве органо-минеральных удобрений или технических грунтов на территории предприятий при проведении строительных работ, архитектурно-планировочных мероприятиях, для рекультивации нарушенных земель и благоустройства.
Использование получаемой смеси в качестве органо-минерального удобрения подтверждено проведением серии испытаний по выращиванию на нем сельскохозяйственных культур (овса) с дозой внесения в почву 40 г/л.
Исследования показали, что использование полученного согласно примерам 1-4 органо-минерального удобрения способствует быстрому нарастанию зеленой массы овса - прирост биомассы составляет от 20 до 74%, проявлений токсического воздействия на овес (хлороз листьев, замедление роста) не отмечалось. Поступление в биомассу овса таких тяжелых металлов как Сu, Zn и Рb усиливается, но при этом их содержание остается значительно ниже максимально допустимого уровня (МДУ) в 3,1, 1,27 и 2,9 раз соответственно, что подтверждается результатами, представленными в таблице 4.
| Таблица 4 | |||||
| Содержание тяжелых металлов в зеленой массе | |||||
| Проба | Содержание ТМ (мг/кг сухой массы) | ||||
| Ni | Cu | Zn | Pb | Cd | |
| Контроль ный образец | 2,0 | 3,0 | 17,0 | 0,7 | 0,065 |
| Исх. ОСВ | 14,0 | 35,0 | 78,5 | 7,28 | 0,614 |
| Пример 3 | 8,868 | 9,573 | 39,28 | 1,72 | 0,22 |
| МДУ | 3,0 | 30,0 | 50,0 | 5,0 | 0,3 |
Таким образом, проведение процесса обработки осадков городских сточных вод в заявленном режиме позволяет разработать комплексную ресурсосберегающую и экологически безопасную технологию утилизации ОСВ с получением органо-минерального удобрения, используемого при выращивании сельскохозяйственных культур, а также в качестве технического грунта при благоустройстве территорий.
Технико-экономические преимущества заявленного способа состоят в повышении эффективности детоксикации осадков до 98-99%, упрощении технологии реагентной утилизации ОСВ и в возможности дальнейшего использования получаемых продуктов в качестве органо-минерального удобрения.
Способ получения органо-минерального удобрения из осадков городских сточных вод, заключающийся в реагентной обработке осадков городских сточных вод с последующим компостированием смеси, отличающийся тем, что в качестве реагента используют органо-минеральную композицию, содержащую оксид кальция и низинный торф в массовом соотношении к осадкам городских сточных вод, равном (25-75):(2-3,5):10 соответственно осадки городских сточных вод: оксид кальция: низинный торф, а компостируют обработанные осадки в течение не менее 7 дней на воздухе.