Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОГО УДОБРЕНИЯ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ШЕРСТЕМОЕЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА С ОДНОВРЕМЕННОЙ ИХ УТИЛИЗАЦИЕЙ

Изобретение относится к производству продукции сельскохозяйственного назначения, более конкретно - к получению органоминеральных удобрений при утилизации сточных вод шерстемоечного производства.

Известен способ по патентному документу Японии №Н04305085 (опубл. 28.10.1992) [1], в соответствии с которым средство 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.

Известна группа способов по патентным документам КНР №№: 106242786, опубл. 21.12.2016 [3]; 107337560, опубл. 10.11.2017 [4]; 108314570, опубл. 24-07-2018 [5]; 108794278, опубл. 21.09.2018 [6]; 108840763, опубл. 20.11.2018 [7]; 111675584, опубл. 18.09.2020 [8]. В соответствии с этими способами получают удобрение в виде многокомпонентного органоминерального композита, содержащего в качестве одного из компонентов растворимую часть овечьего жира. Недостатком этих способов является отсутствие универсальности действия удобрения, а именно, для каждого типа растения подбирается и составлется специфический состав из большого количества органических и минеральных компонентов.

Известен способ по патентной заявке США №20170144943 (опубл. 25.05.2017) [9], в соответствии с которым в почву вносят в разных формах необработанную овечью шерсть, на которой в течение длительного времени сохраняется водно-ланолиновая эмульсия, способствующая улучшенной корневой подкормке. Недостатком этого способа является относительная дороговизна, связанная с использованием овечьей шерсти и с необходимостью подготовки из нее различных готовых форм, например, в виде прессованных гранул.

Наиболее близким к предлагаемому является способ по патенту РФ №2734239 (опубл 13.10.2020) [10]. В этом способе в качестве сорбента и минерального компонента используется недорогой и широко распространенный природный материал - серпентинит, который одновременно является сорбентом для жира и его производных. В соответствии с этим способом жидкие отходы шерстемоечного производства из «хвостохранилища»- накопителя центрифугируют до пастообразного состояния, отделяют фугат, а полученную пасту смешивают с предварительно измельченным серпентинитом или проводят такое измельчение одновременно с указанным смешиванием. После этого проводят компостирование приготовленной смеси, получая основное органоминеральное удобрение - продукт №1. Фугат пропускают через колонну со смесью гранулированного серпентинита и природного цеолита, получая частично очищенную сточную воду и побочное органоминеральное удобрение - продукт №2.

Недостатки этого способа обусловлены тем, что он ориентирован на использование жидких суспендированных отходов шерстемоечного производства после их продолжительного хранения в накопителях. В таких отходах имеет место практически полное разделение жидких органической жировой и водной фаз. При продолжительном хранении тонкая водожировая ланолиновая эмульсия шерстяного жира разрушается. В фугате остается лишь небольшая доля водорастворимой части ланолина по сравнению с ее исходным содержанием в свежей сточной воде шерстемоек, а выделившаяся жировая фаза уже не может быть усвоена растениями без предварительного компостирования упомянутого продукта №1, необходимость которого усложняет процесс осуществления способа и увеличивает его продолжительность.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в обеспечении возможности использования при получении органоминерального удобрения жира, содержащегося в сточных водах шерстемоечного производства, без осуществлении стадии компостирования в сочетании с решением задачи оперативной (не связанной с продолжительным хранением и компостированием) утилизации имеющих большие объемы сточных вод шерстемоечного производства при сокращении сопутствующих как хранению, так и компостированию объемов используемого оборудования и размеров производственных площадей. Ниже при более подробном рассмотрении предлагаемого способа, в том числе в частных случаях его осуществления, будут названы и другие виды достигаемого технического результата.

Предлагаемый способ получения органоминерального удобрения при утилизации жидких отходов шерстемоечного производства включает, как и наиболее близкий к нему известный способ по патенту [10], контактирование жиросодержащих органических отходов шерстемоечного производства с серпентинитом.

Для достижения названного технического результата в способе по предлагаемому изобретению, в отличие от указанного наиболее близкого к нему известного, используют серпентинит в гранулированном виде при размере гранул от 0,25 до 2,5 мм, а в качестве жидких отходов шерстемоечного производства - свежеобразованные сточные воды шерстемоечного производства, срок хранения которых не превышает трех суток. Указанное контактирование осуществляют в колонне, в которую загружают указанный гранулированный серпентинит и производят его обработку пропусканием через колонну не менее 20 колоночных объемов свежеобразованной сточной воды шерстемоечного производства со скоростью до 10 колоночных объемов в час. По завершении такой обработки обработанный серпентинит в виде покрытых жиром гранул выгружают из колонны и сушат, получая готовый продукт.

Именно использование свежеобразованной сточной воды шерстемоечного производства со сроком хранения, не превышающим трех суток, обеспечивает эффективность предлагаемого способа. Автором было установлено, что в такой воде сохраняется водожировая ланолиновая эмульсия, интенсивное самопроизвольное разрушение которой с образованием всплывающей на поверхность гидрофобной жировой фазы начинается после выдерживания сточной воды в течение трех суток. Четыре опыта разной продолжительности с отбором с поверхности 1 л сточной воды всплывающего жира, высушиванием последнего и взвешиванием показали следующие результаты: 1 сутки - 0,15 г; 2 суток - 0,4 г; 2,5 суток - 0,6 г, 3 суток - 1,9 г. Т.е. после выдерживания в течение 3 суток резко возрастает скорость расслаивания. В отличие от ланолина, отобранная с поверхности сточной воды всплывающая гидрофобная жировая фаза, помещенная в сосуд с мешалкой, уже не образует с чистой водой устойчивую эмульсию.

Вместе с тем указанный период продолжительностью до трех суток вполне достаточен для того, чтобы использовать сточные воды для осуществления процесса по предлагаемому способу. При этом необходимость их дальнейшего хранения отпадает.

Необходимость использования гранулированного серпентинита с размерами гранул размером от 0,25 до 2,5 мм объясняется тем, что частицы менее 0,25 мм проходят через дренажные устройства промышленных фильтрующих аппаратов. Частицы же с размерами более 2,5 мм имеют настолько незначительную суммарную поверхность, что это приводит к существенному снижению емкости серпентинита к водожировой эмульсии.

Пропускание через колонну не менее 20 колоночных объемов сточной воды шерстемоечного производства при обработке серпентинита необходимо для получения удобрения с приемлемым содержанием органического углерода (не менее 4%). При скорости пропускания более 10 колоночных объемов в час прошедшая через колонну сточная вода получает недостаточную очистку.

Как можно видеть из приведенной выше характеристики предлагаемого способа, получаемый после обработки серпентинита продукт не требует компостирования и может быть сразу использован для удобрения почвы. Данный продукт, обладая присущей серпентиниту способностью удерживать влагу и раскислять почву и полезными компонентами, находящимися в серпентините, включая магний и микрокомпоненты, содержит также водоланолиновую эмульсию. Благодаря этому он является существенно более эффективным кондиционером почвы, чем сам серпентинит.

Заслуживает внимания и другая особенность продукта, получаемого в соответствии с предлагаемым способом, связанная с обнаруженным автором эффектом, заключающимся в том, что сорбированная на серпентините водоланолиновая жировая эмульсия сохраняется устойчивой в течение длительного времени. Об этом свидетельствует то, что полученное удобрение одинаково эффективно как сразу после приготовления, так и в течение не менее, чем одного года его хранения.

Для более эффективного концентрирования жира и достижения большей степени очистки сточных вод при осуществлении способа может быть использована совокупность N одинаковых последовательно расположенных колонн при соединении любых двух соседних колонн с возможностью перетекания пропускаемой сточной воды шерстемоечного производства из предыдущей колонны в следующую. Свежеобразованную сточную воду шерстемоечного производства подают в первую по ходу потока колонну. Получившую частичную очистку сточную воду сливают из последней по ходу потока колонны. Периодически после пропускания каждых 20+k, где k≥0, колоночных объемов такой воды останавливают процесс, выгружают из первой по ходу потока колонны обработанный серпентинит и направляют его на сушку. Загружают в эту колонну свежий гранулированный серпентинит, располагают колонну со свежим серпентинитом последней по ходу потока и продолжают процесс.

В описанном частном случае осуществления способа, являющемся циклическим процессом, через каждую из колонн, как и в случае с единственной колонной, пропускают не менее 20 колоночных объемов свежеобразованной сточной воды шерстемоечного производства, т.к. каждая из колонн, оказавшаяся на первом месте по ходу потока, находится там, пока не будет пропущено 20+k, где k≥0, колоночных объемов. Но в установившемся режиме колонна перед этим участвовала еще, по меньшей мере, в N-1 циклах, когда через нее пропускали не свежеобразованную сточную воду, а воду, прошедшую через предшествующие данной колонне одну или более (до N-1) других колонн. Такая вода тоже содержит водоланолиновую жировую эмульсию, хотя и в меньшем количестве, чем свежеобразованная сточная вода. Благодаря этому, в конечном итоге, обработанные гранулы серпентинита содержат большее количество органического углерода. Вместе с тем, обеспечивается и лучшая очистка сточной воды шерстемоечного производства.

Сушку отработанного жиром серпентинита проводят на открытых площадках с продуванием или без продувания воздуха или с использованием известных устройств для сушки сыпучих материалов при температуре не более 45°С.

Предлагаемый способ иллюстрируется примерами и представленными на фото фиг. 1 и фиг. 2 результатами применения удобрения, полученного в соответствии со способом по предлагаемому изобретению.

На фиг. 1 приведены фотографии опытного и контрольного горшков для выращивания травы, в которых к почвенному субстрату добавлены органоминеральное удобрение, полученное в соответствии с предлагаемым способом, и серпентинит, соответственно.

На фиг. 2 приведена фотография опытной и контрольной площадок с газонной травой, на которых были использованы органоминеральное удобрение, полученное в соответствии с предлагаемым способом, и серпентинит, соответственно.

Пример 1

Используют дробленый природный серпентинит Веденского месторождения, характеризующийся низким содержанием токсичных металлов, в частности, оксида хрома (менее 0,52% Сr₂О₃). Состав использованного образца серпентинита показан в таблице 1.

Из дробленого серпентинита с помощью ситового рассеивания выделяют фракцию гранулированного материала с размерами частиц 0,25 мм-2,5 мм. Более крупную фракцию возвращают на дробление.

Гранулированный материал объемом 10 л помещают в колонну с фильтрующим дном и через нее пропускают получаемую в шерстемоечном производстве свежеобразованную (срок хранения - 52 часа) сточную воду. Указанная сточная вода является мутной, имеющей желтый оттенок и резко-выраженный запах необработанной овечьей шерсти суспензией; скорость пропускания - 30 л/ч. Прошедшая через колонну частично очищенная жидкость (фильтрат) является существенно более прозрачной и светлой по сравнению с исходной сточной водой и характеризуется более слабым запахом. Всего через колонну пропускают 200 л сточной воды, что несколько превышает 20-кратный объем загруженного в колонну серпентинита. В конце пропускания в фильтрате появляется более резкий запах, близкий к запаху исходной сточной воды.

Фильтрат, а именно, очищенную сточную воду, направляют в канализацию. В отличие от обычной сточной воды шерстемоек, нет необходимости направлять указанную очищенную сточную воду в пруды-накопители.

Выгружают из колонны обработанный серпентинит. В нем находятся вся скопившаяся органоминеральная суспензия, обрывки и небольшие комки шерсти и, самое главное, все гранулы серпентинита становятся покрытыми жировой пленкой, имеющей серо-зеленый цвет с желтоватым отливом.

В колонну загружают 10 л свежего гранулированного серпентинита и возобновляют процесс пропускания сточной воды.

Обработанный серпентинит сушат и анализируют на содержание органического углерода, которое составляет 4,8%. Проводят анализ на содержание микроэлементов, суммарное количество которых, включая марганец, хром, никель и медь не превышает 0,1%. Содержание необратимо сорбированного мышьяка - менее 0,0003%, свинца - менее 0,0004%. Содержание ценных микроэлементов: железа - 5,6%, цинка 0,05%. Содержание макрокомпонентов: магния - 19,5%, кремния - 20%.

При указанном содержании ингредиентов полученное средство пригодно для использования в качестве органоминерального удобрения.

Пример 2

A. Используют две таких же, как в Примере 1, колонны с такой же загрузкой серпентинита, соединенных последовательно, и такую же, как в Примере 1, свежеобразованную сточную воду шерстемоечного производства.

Б. Подают указанную сточную воду в первую из находящихся в последовательном соединении колонн с той же скоростью, что и в Примере 1, и направляют в канализацию очищенную сточную воду, выходящую из последней (второй) колонны.

B. После пропускания 200 л сточной воды процесс останавливают, ставят первую по ходу потока колонну на последнее (в данном случае - второе) место и затем вновь проводят процесс, как описано в п. Б, пропуская 200 л сточной воды, подаваемой в колонну, занявшую место первой.

Г. По окончании этого процесса выгружают серпентинит из колонны, являющейся первой в данный момент, и ставят ее на последнее (второе) место.

Д. Вновь проводят процесс в соответствии с п. Б, пропуская 200 л сточной воды, после чего возвращаются к п. Г и далее действуют циклически.

В установившемся режиме, т.е. после начала циклического повторения действий по пп. Д, Б, Г, в результате пропускания каждых 200 л свежеобразованной сточной воды получают серпентинит, выгружаемый из первой колонны, с гранулами, покрытыми жировой пленкой. Полученный продукт имеет практически такой же состав, как и в Примере 1, за исключением содержания органического углерода, которое составило 6%, т.е. является заметно более высоким, чем в Примере 1. Направляемая в канализацию сточная вода, проходящая через две колонны, является более светлой и имеет более слабый запах, чем получившая очистку сточная вода по Примеру 1.

Пример 3

Для экспериментальной проверки удобрение, полученное в соответствии с Примером 1, использовали в составе почвенного субстрата, причем в 2 кг субстрата, представляющего собой взятые в массовом соотношении 1:4 грунт универсальный «Добрый» и разрыхленную и очищенную от корешков и примесей почву, вскопанную на открытом грунте в р-не п. Зеленоградский Московской обл., вносили 20 г удобрения, и в соответствующем опытном горшке выращивали траву. Одновременно готовили контрольный горшок в полностью аналогичных условиях, за исключением того, что вместо удобрения использовали 20 г серпентинита такого же гранулометрического состава, как и при получении удобрения, но не подвергнутого обработке.

Как видно на фото фиг. 1, в опытном горшке (расположенном слева) в течение двух недель вырастает трава с более массивными стебельками и более яркого цвета. Масса этой травы заметно превышает массу в контрольном горшке, расположенном на фото справа.

Пример 4

В другом эксперименте полученное удобрение смешивали с семенами газонной травы в массовом соотношении 1:5 и проводили засеивание на опытной площадке. На расположенной рядом контрольной площадке вместо органоминерального удобрения с семенами смешивали измельченный серпентинит (с размерами частиц 0,25-2,5 мм) и проводили засеивание в полностью аналогичных условиях. По истечении двух недель сравнивали интенсивность роста газонной травы. На фиг. 2 видно, что на опытной площадке (слева от столбиков) трава существенно гуще, чем на контрольной (справа от столбиков).

Таким образом, экспериментальное применение получаемого в соответствии с предлагаемым изобретением продукта показало, что он успешно выполняет функцию удобрения и что изобретение может быть использовано для получения пригодных для применения органоминеральных удобрений с использованием сточных вод шерстемоечного производства. При этом одновременно решается экологическая задача очистки сточных вод шерстемоечного производства.

Источники информации

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

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

3. Патентный документ КНР №106242786, опубл. 21.12.2016.

4. Патентный документ КНР №107337560, опубл. 10.11.2017.

5. Патентный документ КНР №108314570, опубл. 24.07.2018.

6. Патентный документ КНР №108794278, опубл. 21.09.2018.

7. Патентный документ КНР №108840763, опубл. 20.11.2018.

8. Патентный документ КНР №N111675584, опубл. 18.09.2020.

9. Патентная заявка США №20170144943, опубл. 25.05.2017.

10. Патент РФ №2734239, опубл. 13.10.2020.