Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ АГРОХИМИКАТОВ ИЗ ОТХОДОВ ШЕРСТЕМОЕЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА С ОДНОВРЕМЕННОЙ ИХ УТИЛИЗАЦИЕЙ

Изобретение относится к агрохимии, более конкретно - к получению органоминеральных агрохимикатов, предназначенных для использования преимущественно в качестве удобрений, при утилизации отходов шерстемоечного производства.

Известен способ по патентному документу Японии №Н04305085 (опубл. 28.10.1992) [1], в соответствии с которым агрохимикат для использования в качестве органоминерального удобрения получается "автоматически" при выполнении операций по обработке гранулированных минеральных удобрений, выполняемой для предотвращения их слеживания органическим экстрактом из жировых отходов, получаемых при мойке шерсти. После нагревания обработанных гранул экстрагент испаряется и собирается для вторичного использования, а гранулы покрываются биоразлагаемой пленкой, являющейся высокоэффективным органическим компонентом удобрений. Однако доля органического компонента в получаемом таким способом удобрении весьма невелика.

Известен также способ по патентному документу КНР №103739330 (опубл. 23.04.2014) [2], в соответствии с которым получают удобрение из сточных вод шерстемоек с помощью флокуляции и осаждения жиросодержащих компонентов смесью минерального и органического флокулянта, отделения полученного твердого субстрата и ферментации полученного продукта с помощью различных бактериальных культур. Недостаток данного способа состоит в необходимости использования больших количеств минерального флокулянта - хлорида алюминия, которые безвозвратно теряются, оставаясь в составе удобрения и являясь при этом легко растворимым вредным компонентом.

Наиболее близким к предлагаемому является способ по патенту РФ №2354633 (опубл 10.05.2009) [3]. В соответствии с этим способом в органические отходы вносят влагопоглощающий органический сорбент (опилки, торф), навоз и минеральные добавки. Органические отходы, влагопоглощающий органический сорбент, навоз и минеральные добавки смешивают в соотношении (20-40):(45-75):10:1. Вносят смешанную культуру мицелиальных грибов с преобладанием грибов рода Mucor на носителе. Выдерживают полученную смесь от 45 до 60 дней при 15-30°С и влажности 60-70% с получением целевого продукта.

Основным недостатком этого способа является недостаточное количество в конечном продукте минеральных составляющих, способных выполнять роль минеральных удобрений для растений - минеральные добавки составляют от 0,8 до 1,3%. При этом доля такого обязательного компонента, как навоз, имеющего большое количество других альтернативных применений в качестве органического удобрения, доходит до 50% по отношению к перерабатываемым отходам. Поэтому реализация способа не может быть крупномасштабной. Кроме того, сохранение указанных значений температуры и влажности свидетельствуют о недостаточности компостирования (разложения органики до состояния, усваиваемого растениями) с использованием данного способа. Наконец, добавление мицелиальных грибов лишь усложняет и удорожает способ, так как основную роль при компостировании играют присутствующие и размножающиеся естественным образом в пищевых и растительных белково- и жиросодержащих отходах аэробные и гнилостные анаэробные бактерии.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение перечисленных выше недостатков и достижение технического результата, заключающегося в получении органоминерального агрохимиката с одновременным решением задачи утилизации имеющих большие объемы отходов шерстемоечного производства за счет одновременного использования в качестве сорбента и минерального компонента недорогого широко распространенного природного материала и особенностей режимов проведения операций способа.

Предлагаемый способ получения органоминерального агрохимиката при утилизации органических отходов, как и наиболее близкий к нему известный способ [3], включает смешивание органических отходов с сорбентом и минеральным компонентом и последующее компостирование смеси.

Для достижения названного технического результата в способе по предлагаемому изобретению, в отличие от указанного наиболее близкого к нему известного, в качестве органических отходов используют жидкие отходы шерстемоечного производства после их центрифугирования с получением пастообразного осадка, и смешиванию с сорбентом и минеральным компонентом подвергают этот осадок. При этом в качестве сорбента и одновременно минерального компонента используют природный серпентинит при массовом соотношении с указанным пастообразным осадком от 1:5 до 1:1. Смешивание осуществляют с предварительно измельченным серпентинитом или одновременно с его измельчением. Компостирование осуществляют методом складирования в стационарном слое при толщине слоя смеси не менее 20 см, причем проводят его до тех пор, пока температура, измеряемая на глубине не менее 20 см от поверхности, не пройдет через максимум и после этого опустится обратно до значения, не превышающего температуру на поверхности более, чем на 10°С.

Важная особенность предлагаемого способа заключается в том, что при его осуществлении имеет место сдвиг равновесия процесса разложения появляющихся при компостировании белковых веществ и жиросодержащих компонентов, что приводит к повышению степени переработки при компостировании. Такой сдвиг происходит благодаря тому, что присутствие серпентинита делает возможным адсорбирование указанных продуктов разложения. Данная же возможность объясняется обнаруженными ранее авторами предлагаемого здесь способа свойствами серпентинита (эффект адсорбции органических веществ с кислотными группами, патент РФ №2316479). Такие свойства впоследствии были подтверждены авторами на примере гуминовых кислот и фульвокислот растительного происхождения (патент РФ №2505512).

Однако присущее предлагаемому способу свойство - сдвиг равновесия процесса разложения белково- и жиросодержащих отходов в присутствии серпентинита, хотя и может быть объяснено с привлечением ранее известных свойств серпентинита, как таковое не было известно, поскольку проявляется лишь при соблюдении совокупности условий компостирования, создаваемых при осуществлении этого способа в соответствии с приведенной выше его характеристикой.

Следует также заметить, что применение серпентинита при производстве удобрений с использованием компостирования известно из патентного документа Японии №2508413 (опубл. 19.06.1996) [8]. Однако в способе [8] серпентинит играет роль своеобразного катаизатора в ходе технологического процесса при весьма малом количестве - порядка сотых долей процента и поэтому не может выполнять функции ни сорбента, ни минерального компонента получаемого удобрения.

Целесообразность использования массовых соотношений серпентинит - органический отход (пастообразный осадок, полученный при центрифугировании) определяется тем, что при соотношении менее 1:5 при разложении белково- и жиросодержащих компонентов указанного осадка возникает интенсивный чрезвычайно трудно устранимый запах; соотношение же выше 1:1 является избыточным, так как не приводит к улучшению процесса разложения.

Для повышения эффективности получаемого агрохимиката как удобрения целесообразно использовать серпентинит, предварительно измельченный до частиц с размером частиц менее 70 мкм, или, при выполнении измельчения одновременно со смешиванием с указанным пастообразным осадком - осуществлять измельчение до частиц с размером менее 70 мкм.

Для улучшения эффективности получаемого удобрения и повышения экологической безопасности процесса его получения, в частности, более эффективного предотвращения образования запахов и их полного поглощения, в смесь перед компостированием добавляют гранулированный природный цеолит - клиноптилолит, переведенный в ионную форму железа в массовом отношении к серпентиниту от 1:2 до 1:1.

С той же самой целью в другом частном случае осуществления способа в смесь перед компостированием добавляют гранулированный природный цеолит - клиноптилолит и железный купорос при массовых отношениях их к серпентиниту, соответственно от 0,2:1 до 0,5:1 и от 0,02:1 до 0,05:1.

Образующиеся при компостировании газообразные продукты гниения, в частности, сероводород и аммиак, поглощаются самим серпентинитом, содержащимися в нем примесными минералами, в частности магнетитом, или названными выше дополнительно добавляемыми компонентами смеси, например, в соответствии с реакциями:

Реакция (1) позволяет устранить основную часть запахов.

В соответствии с реакцией (2) сульфид трехвалентного железа разлагается с образованием более устойчивых соединений: сульфида двухвалентного железа и пирита.

Вода, находящаяся в серпентините, в частности, в его поровом пространстве, взаимодействует с аммиаком, образуя гидроксид аммония, который остается в серпентините

Особенностью, связанной с использованием серпентинита, является также свойство селективной и практически необратимой сорбции тяжелых металлов и других токсичных примесей, например, мышьяка, свинца, кадмия, которые могут содержаться в отходах шерстемоечного производства.

В присутствии цеолита в ионной форме железа (R₂-Fe) наряду с реакцией (1) происходят сорбционные процессы в соответствии с реакциями:

Реакции (4) - (6), протекающие при использовании серпентинита в смеси с природным цеолитом в ионной форме железа или с природным цеолитом в смеси с солью железа, позволяют устранить практически все запахи, образующиеся в процессе компостирования смеси при использовании предлагаемого способа.

При использовании соли железа, имеет место предварительный процесс образования клиноптилолита в форме железа из ее природной формы, например:

Описанные выше реакции с сероводородом, хотя и напоминают процессы, описанные ранее при использовании составов, включающих серпентинит, для обработки полигонов твердых бытовых отходов с целью удаления запахов (см. патенты РФ №2701446, опубл. 26.09.2019 [6], и №2704836, опубл. 31.10.2019 [7]), однако происходят при других условиях и с другими отходами.

При переработке отходов шерстемоечного производства в промышленных масштабах и для улучшения условий аэробного разложения перед компостированием получаемой смеси методом складирования в стационарном слое дополнительно может быть осуществлено компостирование в течение времени не более одной недели в промышленном биотермическом барабане для аэробного компостирования.

Ниже приведены примеры реализации способа.

Пример 1.

Используют дробленный природный серпентинит Веденского месторождения, характеризующийся низким содержанием токсичных металлов, в частности, оксида хрома (менее 0,52% Cr₂O₃). Состав образцов серпентинита, взятых с различных участков месторождения, показан в таблице 1.

Серпентинит размалывают с использованием шаровой мельницы до состояния тонкого порошка с гранулометрическим составом менее 70 мкм.

Используют жидкие отходы шерстемоечного производства из "хвостохранилища"-накопителя. В зависимости от времени, прошедшего с окончания эксплуатации "хвостохранилища", имеют место различная степень расслоения суспензии и различное соотношение Т:Ж. Поэтому вначале проводят подготовку органоминерального белково- и жиросодержащего отхода, для чего забирают суспензию с помощью шламового насоса и трубопровода и подают ее в центрифугу непрерывного действия. Фугат отделяют и используют, как написано далее, для получения побочного продукта - органоминерального удобрения с меньшим содержанием органических составляющих, а пастообразный осадок используют для получения основного продукта. Пастообразный осадок имеет темный цвет и сильный запах сероводорода.

В таблице 2 показан типичный элементный состав трех образцов такого осадка, полученных из суспензии, взятой из различных мест накопителя.

Суммарное содержание в осадке элементов в виде оксидов - 8-9%. Содержание макрокомпонентов: оксида кремния - 5-6%. Влагосодержание до 65%. Органический углерод - до 8%.

Размолотый серпентинит смешивают с пастообразным осадком при массовом соотношении 1:2. Смесь складируют для компостирования в ячейки с высотой слоя 1 м. Периодически раз в неделю измеряют температуру смеси на глубине 20 см от поверхности. В течение первых двух недель температура остается почти равной (весенней, майской) температуре окружающего воздуха (15-20°С), по истечении двух месяцев температура доходит до 55°С и далее начинает уменьшаться, и в конце процесса компостирования доходит до 28°С, что всего на 10°С отличается от ранне-осенней сентябрьской температуры (20°С).

Процесс разложения занимает 4 месяца. При этом ощущается лишь слабый запах сероводорода и аммиака. Полученный продукт №1 - органоминеральный агрохимикат содержит порядка 5% органического углерода, влажность 40%, имеет землистый запах, хорошо крошится, рассыпается и имеет почвоподобный цвет. Содержание магния составляет 25% по MgO, кремния - 30%, железа - 6%. Продукт №1 содержит микроэлементы на уровне 0,1%, включая марганец, никель цинк и медь. Содержание необратимо сорбированного мышьяка - менее 0,0003%, свинца - менее 0,0004%. При указанном содержании ингредиентов полученный агрохимикат пригоден для использования в качестве органоминерального удобрения.

Фугат в виде светлой жидкости пропускают через фильтрующий аппарат со слоем гранулированного серпентинита (0,5-1,5 мм) в смеси с гранулированным природным цеолитом в соотношении 1:0,5, соответственно. Всего через 1 объем фильтрующей загрузки пропускают 100 объемов фугата и получают продукт №2, являющийся побочным продуктом предлагаемого способа, - гранулированное органоминеральное удобрение с содержанием не менее 2% органического углерода. Фильтрат направляют на полную очистку в канализацию или муниципальные системы, включающие биотанкеры.

Пример 2.

Проводят процесс, как описано в примере 1, за исключением того, что размол серпентинита и его смешение с пастообразным осадком проводят одновременно, достигая большей равномерности смешения и более тонкого размола при влажном размоле (<55 мкм). Процесс разложения занимает 3 месяца.

Пример 3.

Проводят процесс, как описано в примерах 1 и 2, за исключением того, что в получаемую смесь перед ее размолом добавляют гранулированный природный цеолит - клиноптилолит, предварительно переведенный в ионную форму железа, при массовом отношении клиноптилолита к серпентиниту 1:2. Процесс разложения занимает 3 месяца. При этом практически не ощущается запахов сероводорода и аммиака.

Пример 4.

Проводят процесс, как описано в примерах 1 и 2, за исключением того, что в получаемую смесь перед ее размолом добавляют гранулированный природный цеолит - клиноптилолит в природной форме при массовом отношении клиноптилолита к серпентиниту 1:2, а также 20% раствор железного купороса при соотношении 120 кг раствора к 1 т серпентинита, что в расчете на сухой безводный сульфат железа равно массовому соотношению 0,02:1. Процесс разложения занимает 3 месяца. При этом не ощущается запахов сероводорода и аммиака.

Пример 5.

Проводят процесс, как описано в примере 1, за исключением того, что компостирование получаемой смеси осуществляют сначала в промышленном биотермическом барабане для аэробного компостирования КМ-101Л с четырьмя воздуходувками в условиях, соответствующих техническому регламенту, в течение двух суток, а затем складируют в стационарном слое на открытой площадке. Общее время процесса разложения составляет 2,5 месяца.

Таким образом, предлагаемое изобретение может быть использовано для получения пригодных для применения в качестве органоминеральных удобрений агрохимикатов с использованием отходов шерстемоечного производства.

Источники информации

1. Патентный документ Японии №Н04305085, опубл. 28.10.1992.

2. Патентный документ КНР №103739330, опубл. 23.04.2014.

3. Патент РФ №2354633, опубл 10.05.2009.

4. Патент РФ №2316479, опубл. 10.02.2008.

5. Патент РФ №2505512, опубл. 27.01.2014.

6. Патент РФ №2701446, опубл. 26.09.2019.

7. Патент РФ №2704836, опубл. 31.10.2019.

8. Патентный документ Японии №2508413, опубл. 19.06.1996.