СПОСОБ УНИЧТОЖЕНИЯ ПАТОГЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к способам термохимической обработки осадка сточных вод (далее - ОСВ) и может быть использовано в цехах на очистных сооружениях, на станциях биологической очистки бытовых и промышленных стоков.

Эффективность использования ОСВ в качестве удобрения в настоящее время общеизвестна. См., например, документ по ссылке: http://rudocs.exdat.com/docs/index-398936.html?page=3.

Препятствием являются содержащиеся в ОСВ патогенные микроорганизмы и тяжелые металлы. В настоящее время известны различные способы обезвреживания ОСВ.

Наиболее часто для этой цели используют компостирование, см., например, патент RU 2212391 C2, МПК⁷ C05F 3/00, 11/00, C02F 11/14, опубл. 20.09.2003 г.

Затраты на компостирование в несколько раз меньше, чем при использовании других способов. Однако способу компостирования присущ ряд существенных недостатков.

1. В процессе компостирования, который может продолжаться месяцы и даже годы, компост распространяет с помощью насекомых, грызунов ветра и воды в воздух, в грунт и подземные воды патогенные микроорганизмы. Если площадки для компостирования изолировать от окружающей среды, затраты на обезвреживание ОСВ возрастают в несколько раз.

2. Для компостирования требуются значительные площади, которые полностью пропадают для использования.

Для обезвреживания ОСВ используют также сушку с последующим сжиганием. При таком способе затраты на сушку во много раз превышают затраты на компостирование.

Из описания патента RU 2159745 C2, МПК⁷ C02F 11/14, опубл. 27.11.2000 г., известен способ обработки ОСВ, включающий нагрев до 70°C и выдержку в течение 20 минут. Данный способ малоэффективен для удаления патогенных микроорганизмов. Эксперименты, выполненные нами, показали, что при такой обработке не удается снизить количество патогенных микроорганизмов.

Из патента RU 2113417 C1, МПК⁶ C02F 11/14, опубл. 20.06.1998 г., известен способ уничтожения болезнетворных микроорганизмов в отходах, включающий нагрев до 70°C с выдержкой во времени и добавлением в ОСВ извести в два и более число раз больше количества в ОСВ сухого вещества. Недостатком способа является повышенная в несколько раз (по сравнению с компостированием) себестоимость.

Из источника http://npckvadra.ru/wp-content/uploads/2013/10/il.pdf известны примеры обработки ОСВ различными физическими методами, включая радиационные, электромагнитные, ультразвуковые и др. Себестоимость таких способов во много раз дороже компостирования.

Указанные способы описаны, например, в патентах RU 2057725 C1, МПК⁶ C02F 11/10, C02F 11/14, опубл. 10.04.1996 г., RU 2109696 C1, МПК⁶ C02F 11/14, опубл. 27.04.1998 г., RU 2116267 C1, МПК⁶ C02F 11/14, опубл. 27.07.1998 г., и в документе по ссылке http://dulvictor.narod.ru/8-4osv.htm.

Все перечисленные выше способы существенно дороже компостирования и поэтому не находят практического применения. Однако при компостировании происходит заражение окружающей среды.

За ближайший аналог предлагаемого способа взят способ, известный из патента RU 2159745 C2, МПК⁷ C02F 11/14, опубл. 27.11.2000 г. В способе-аналоге в обезвоженный осадок, содержащий приблизительно 10-60% сухого вещества, который, по словам авторов «ведет себя скорее как твердое тело, чем как жидкость», добавляют известь. Полученную смесь помещают в пастеризационную камеру, в которой ленточный транспортер перемещает смесь от входного отверстия к выходному «без существенного встряхивания» при наперед заданной температуре. Скорость движения транспортера обеспечивает пребывание смеси в пастеризаторе заданное время. Количество добавленной извести, температура в пастеризаторе и время пребывания смеси в пастеризаторе должны обеспечить обеззараживание продукта.

Способу-аналогу присущ ряд существенных недостатков.

Добавление извести без существенного встряхивания в обезвоженный осадок, который содержит 10-60% твердых веществ, затрудняет взаимодействие извести со всем объемом осадка. Поэтому для увеличения надежности повсеместной реакции осадка с известью необходимо увеличивать количество извести. В результате:

1. Увеличивается количество извести, которое необходимо добавить в смесь. Авторы рекомендуют добавлять «2-25 фунтов извести на фунт сухого вещества». При таких условиях готовый продукт становится известью с небольшим добавлением ила. Резко снижается эффективность полученного продукта как удобрения.

2. Добавление большого количества извести и транспортировка ее существенно увеличивают себестоимость продукта.

3. Известь содержит тяжелые металлы и другие вредные примеси. Большое количество извести на единицу полезного вещества существенно увеличивает количество тяжелых металлов и вредных веществ на единицу полезного вещества и делает полученный продукт непригодным для дальнейшего использования, по крайней мере, в качестве удобрения.

4. Большое количество извести резко снизит кислотность почвы, что может быть не приемлемым в конкретных условиях. Кроме того, в регионах с повышенным содержанием кальция в почве нежелательно внесение дополнительного кальция с удобрениями.

За ближайший аналог устройства для реализации способа принято устройство, также известное из патента RU 2159745 C2, МПК⁷ C02F 11/14, опубл. 27.11.2000 г., содержащее бункеры для хранения реагентов, камеру для смешивания реагентов и отстоя и систему подогрева.

Недостатками устройства-аналога являются высокий расход реагентов и низкое качество получаемого продукта.

Задачей, которую решают заявляемые способ и устройство, является создание технологии термохимической обработки ОСВ, которая обеспечивает:

- эффективную очистку стоков от патогенных микроорганизмов и тяжелых металлов при низкой себестоимости конечного продукта;

- повышенное качество конечного продукта, обусловленное возможностью его длительного хранения и использования в качестве удобрения.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в снижении расхода реагентов и улучшении качества получаемого продукта.

Указанный технический результат достигается в способе обработки отстоя сточных вод с помощью реагентов, например, извести, которую добавляют в количестве по весу менее сухого вещества для снижения кислотности отстоя до требуемой величины pH, например 12, и выдержки в этом состоянии при повышенной температуре 80°C в течение времени, достаточном для снижения в отстое патогенных микроорганизмов.

Технический результат достигается в предлагаемом способе тем, что реагенты предварительно разводят водой в пропорции (например, 1 часть извести к 10 частям воды), которая придает получаемой при этом суспензии жидкотекучесть, достаточную для использования в технологическом процессе, перемешивают и добавляют суспензию в отстой с влажностью более 92%, в количестве, достаточном для получения требуемой величины РН, но чтобы реагента в смеси оказалось по весу, по меньшей мере, меньше количества в отстое твердого вещества; затем полученную смесь перемешивают и подвергают обезвоживанию и нагреву в течение времени, достаточного для снижения количества патогенных микроорганизмов до уровня, ниже указанного в нормативной документации. При этом в случаях, когда влажность смеси до и после обезвоживания отличается незначительно, смесь нагревают до обезвоживания, используя при этом тепло, которое отстой получил в метатенке. В случаях, когда влажность смеси до и после обезвоживания отличается значительно, смесь нагревают после обезвоживания. Суспензию и отстой могут подавать в камеру для перемешивания насосами под давлением и под углом друг к другу, который обеспечивает наилучшее перемешивание смеси. Смесь при необходимости дополнительно принудительно перемешивают в камере для перемешивания. Смесь могут выдерживать в течение времени и при температуре, достаточных для снижения количества патогенных микроорганизмов до количества, существенно ниже разрешенного в нормативных документах.

Указанный выше технический результат достигается также в устройстве для осуществления способа, включающем бункеры для хранения реагентов, камеру для смешивания реагентов и отстоя и систему подогрева.

Технический результат достигается в устройстве тем, что оно снабжено дозаторами для дозированной автоматической подачи реагентов и воды в емкость для изготовления суспензии, емкость для образования суспензии, содержащую, при необходимости, автоматизированную систему подогрева суспензии, мешалку и насос для подачи суспензии в накопительную емкость, накопительную емкость, снабженную автоматической системой подогрева, а также трубопроводом и, при необходимости, насосом для подачи суспензии в камеру смешивания суспензии и отстоя, камеру смешивания суспензии и отстоя, содержащую насосы для подачи и перемешивания суспензии с отстоем в камере смешения, автоматическую систему подогрева смеси, при необходимости, устройства для перемешивания отстоя и суспензии, датчики для определения величины РН и управления насосом, подающим суспензию в эту емкость с целью подачи в емкость такого количества суспензии, которое обеспечит получение заданной величины РН, а также насос и трубопровод для перекачки смеси в накопительные танки, трубопровод для перекачки смеси в накопительные танки, содержащий распределительное устройство для загрузки танков по заданной программе, программную систему для задачи и контроля температуры во всех агрегатах устройства, определения и управления количеством реагентов, подаваемых для образования суспензии, задания количества суспензии, подаваемой в камеру смешения суспензии и отстоя, и управления распределительным устройством, загружающим смесь в накопительные танки. При этом на станциях, где влажность смеси до и после обезвоживания намного отличаются по величине, устройство может быть снабжено камерой для нагрева обезвоженной смеси, установленной после устройства для обезвоживания, а камера выполнена из трех отделений, первое из которых служит для загрузки и нагрева смеси, второе для выдержки смеси заданное время при заданной температур, а третья для выгрузки смеси. Насосы для подачи и перемешивания суспензии и отстоя в камере смешивания могут быть установлены напротив друг к другу, под углом между их соплами с возможностью регулировки взаимного расположения их и изменения угла между направлением их струй. Дозаторы для дозированной автоматической подачи реагентов и воды в емкость для изготовления суспензии могут быть выполнены управляемыми от компьютера, который предназначен для автоматической регулировки величины доз воды и реагента, в зависимости от стоимости теплоносителя, реагента, РН подаваемой воды, отстоя и смеси. Устройство может содержать систему электрического нагрева суспензии, отстоя и смеси, в которой нагреватели соединены с генератором электроэнергии, работающим на газе от реакторов станции очистки. Устройство может содержать систему нагрева суспензии, отстоя и смеси с помощью трубопроводов, заполненных проточных водой, в которых для нагрева воды используется охлаждающая система двигателя внутреннего сгорания или турбины. Устройство может содержать систему нагрева суспензии, отстоя и смеси с помощью трубопроводов, заполненных проточных водой, в которых для нагрева воды используется бойлер, работающий на выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания или турбины. Устройство может содержать систему нагрева суспензии, отстоя и смеси с помощью трубопроводов, заполненных проточных водой, в которых для нагрева воды используются солнечные батареи. Устройство может иметь, по крайней мере, три танка для хранения готового продукта, которые последовательно и попеременно используются - первый для приема и нагрева смеси отстоя и суспензии, второй для гарантированного хранения смеси заданное время при заданной температуре, а третий для выдачи готового продукта.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

На Фиг. 1, 2 приведены варианты схемы устройства для осуществления способа;

На Фиг. 3 показана часть А схемы устройства, изображенной на Фиг. 1.

Позициями на Фиг. 1-3 обозначены;

1 - бункер для реагентов;

2 - дозатор для загрузки реагентов;

3 - емкость для приготовления суспензии;

4 - нагреватель;

5 - дозатор для загрузки воды в емкость приготовления суспензии.

6 - насос для перемешивания суспензии и перекачки ее в накопительную емкость 7;

7 - накопительная емкость;

8 - насос высокого давления для подачи суспензии в камеру 10 для смешивания суспензии с отстоем;

9 - насос высокого давления для подачи отстоя в камеру 10 для смешивания суспензии и отстоя в камере 10;

10 - камера для смешивания суспензии и пульпы, снабженная насосами для подачи суспензии и отстоя, устройствами для перемешивания суспензии с отстоем, датчиками для определения величины РН и управления насосом, подающим суспензию в эту емкость с целью подачи в емкость такого количества суспензии, которое обеспечит получение заданной величины РН;

11 - насос для подачи смеси в накопители 14;

12 - трубопроводы для подачи смеси в накопители 14;

13 - распределительное устройство для подачи смеси в накопители 14;

14 - накопители;

15 - трубопроводы для перекачки готового продукта в установки для обезвоживания;

16 - автоматические задвижки, которые открывают доступ готового продукта в трубопроводы;

17 - насос для подачи готового продукта в установки для обезвоживания;

18 - метатанк; устройство для обезвоживания смеси;

19 - аэротанк;

20 - мешалка;

21 - камера для нагрева обезвоженной смеси с тремя отделениями: для загрузки и нагрева обезвоженной смеси; для выдержки при заданной температуре и заданном времени; для разгрузки в транспортное средство;

22 - устройство для обезвоживания смеси;

23 - сопло насоса для подачи отстоя;

24, 25 - шаровые опоры;

26 - сопло насоса для подачи суспензии.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Реагент, например, известь, добавляют в жидкотекучий отстой, в которой содержание твердых веществ, предпочтительно, существенно менее 8% (например, 3%). Известь предварительно разводят водой в соотношении, например, 9 частей воды на 1 часть извести. В качестве воды используют предпочтительно воду, полученную в результате обезвоживания жидкотекучего осадка отстоя после его обезвреживания. Полученную суспензию заливают в емкость одновременно с отстоем и тщательно перемешивают. Соотношение количества отстоя и суспензии задают в зависимости от величины pH в отстое и требуемой величины pH в смеси, например, 12. Полученную смесь нагревают до заданной температуры, например, до 80C, и выдерживают в течение времени, достаточного для снижения количества патогенных организмов до уровня, ниже указанного в нормативных документах. Нагрев отстоя позволяет использовать тепло, которое отстой имеет при выходе из метатанка.

Если объем отстоя во много раз больше объема шлама, который получается после обезвоживания пульпы, выгоднее греть шлам.

Для повышения эффективности процесса:

1. Суспензию предварительно подогревают.

2. Суспензию и отстой перемешивают в специальной емкости или трубопроводе, в которых предусмотрены регулировка направления струй известкового молока и отстоя. А в стенки емкости встроены один или несколько смесителей механического, вибрационного, теплового, воздушного, гидравлического или какого-либо другого типа и датчики для определения величины РН и управления насосом, подающим суспензию в емкость для смешивания суспензии и отстоя с целью получения заданной величины РН.

3. Полученная смесь подогревается до заданной температуры, например 80°C, с помощью биогаза, выделяемого при обработки стоков в метатенках, электрических нагревателей, солнечной энергии, отработанных газов двигателей внутреннего сгорания или турбин, воды из систем охлаждения других агрегатов или любым другим способом.

4. Из специальной емкости смесь транспортируют в накопительные емкости, в которых она сохраняется до обезвоживания заданное время. Накопительные емкости оборудованы системой подогрева смеси и термодатчиками, которые управляют нагревательными элементами и поддерживают требуемую температуру.

5. В некоторых случаях нагревают до заданной температуры шлам, образованный в результате обезвоживания смеси.

Предлагаемый способ обеспечивает очистку стоков от патогенных микроорганизмов и тяжелых металлов. При этом себестоимость его намного ниже себестоимости компостирования и других методов очистки отстоя. Это позволяет повсеместно заменить компостирование и защитить окружающую среду от патогенных микроорганизмов, от которых компостирование защитить не может.

Устройство для реализации предлагаемого способа схематично представлено на Фиг. 1-3. При этом на Фиг. 3 показана крупно часть камеры смешивания суспензии и отстоя с соплами насосов для подачи отстоя 23 и суспензии 26, которые расположены на шаровых опорах соответственно 24 и 25, позволяющих регулировать угол между осями сопл для лучшего перемешивания отстоя и суспензии.

Устройство для реализации описанного способа содержит:

- бункеры для приема и хранения реагентов, например негашеной извести, с устройством для нормированной выдачи реагента в емкость для приготовления суспензии;

- дозатор для нормированной выдачи воды в емкость для приготовления суспензии;

- емкость для приготовления суспензии с системой перемешивания механического или другого типа, системой измерения и регулировки рН путем изменения количества реагента, и насосом для перекачки суспензии в накопительную емкость; эта емкость может быть также оборудована системой подогрева суспензии, включая контроль и регулировку температуры;

- накопительную емкость с системой подогрева, с системой контроля и регулирования температуры и трубопроводом подачи суспензии в емкость для смешивания суспензии с отстоем;

- емкость для смешивания суспензии с отстоем, оборудованную двумя насосами, преимущественно высокого давления, для подачи и смешивания суспензии и отстоя в этой емкости; емкость может быть также оборудована системой постоянного перемешивания смеси, с помощью механической или какой-либо другой мешалки, или с помощью порогов внутри емкости, обеспечивающих турбулентное движение и перемешивание смеси внутри емкости; эта емкость оборудована также системой подогрева смеси с измерением и регулировкой ее температуры, а также датчиками для определения величины РН и управления насосом, подающим суспензию в эту емкость с целью подачи в емкость такого количества суспензии, которое обеспечит получение заданной величины РН;

- трубопровод для подачи смеси из емкости смешивания в одну или несколько накопительных емкостей с насосом для перекачки смеси в накопительные емкости и системой управляемых задвижек, распределяющих смесь по накопительным емкостям;

- одну или несколько накопительных емкостей, снабженных системой подогрева смеси, системой измерения и регулировки температуры и одним или несколькими насосами для подачи смеси в устройство для ее обезвоживания;

- компьютерную систему, которая предназначена для определения количества ингредиента подаваемого на единицу массы сухого вещества и температуры, при которых себестоимость конечного продукта будет минимальной в зависимости от себестоимости ингредиента и теплоносителя;

В случае, когда объем смеси до обезвоживания во много раз превышает объем смеси после обезвоживания, нагревательные элементы устанавливают только в камере нагрева обезвоженной смеси.

Рассмотрим конкретный пример реализации изобретения (см. Фиг. 1). Дозаторами 2 загружают из бункеров 1 в емкость 3 размером 5 куб. м. 400 кг. негашеной извести. Одновременно дозатором 5 заливают в емкость 3 4000 кг воды. Мешалкой 20 тщательно перемешивают смесь до образования однородной суспензии. После готовности насосом 6 перекачивают суспензию в накопитель 7 объемом 10 куб.м., в котором суспензию нагревают до 80°С. Из накопителя 7 насосом 8 под давлением подают суспензию в смесительную камеру 10. Одновременно насосом 9 подают в камеру 10 20 литров отстоя на каждый литр суспензии. При этом на каждый литр отстоя приходится только 5 гр. извести. Для того, чтобы при таком малом количестве извести на кг отстоя обеспечить повсеместно величину РН12, необходимо тщательное перемешивание смеси отстоя и суспензии в камере 10. Поэтому в камере 10 смесь продолжают перемешивать и подогревать до температуры 80°С. Насосом 8 могут увеличивать или уменьшать количество суспензии, подаваемой в камеру 10, по команде датчиков, определяющих величину РН в камере 10. Насосом 11 с помощью распределительного устройства 13 закачивают смесь по трубопроводам 12 в накопители 14, в которых смесь подогревают и хранят при той же температуре в течение 3-12 часов. Полученную смесь (удобрение) с помощью задвижек 16 и насоса 17 перекачивают по трубопроводам 15 в устройство для обезвоживания.

В результате обработки отстоя по предлагаемой технологии содержание коли снизилось от 15000 колоний на грамм сухого вещества до нуля. Допустимое содержание коли в удобрениях по израильским законам и американскому стандарту 1000 колоний на грамм сухого вещества.

При этом себестоимость полученного удобрения вдвое меньше себестоимости компостирования. Это позволяет повсеместно заменить компостирование предлагаемой технологией и ликвидировать площадки для компостирования, которые занимают пригодные для сельского хозяйства земли и заражают окружающий воздух, землю и воду опасными для природы и человека микроорганизмами.

В устройстве, схема которого представлена на Фиг. 2, в отличие от устройства, показанного на Фиг. 1, удалены все нагреватели из накопителя 7, камеры для смешивания 10 и накопителей 14. Смесь из накопителей 14 закачивают в устройство для обезвоживания 22. Обезвоженную смесь подают в камеру 21, в которой нагревают до температуры, заданной компьютером, например 80°C, и выдерживают в течении времени, также заданном компьютером, например 6 часов. В камере 21 три отделения. В первое отделение засыпают обезвоженную смесь и нагревают ее, во втором отделении смесь нагревают и выдерживают при заданной температуре необходимое время, а из третьего отделения выгружают в транспортное средство, с помощью которого отвозят готовое удобрение потребителю.