Результат интеллектуальной деятельности: Кальцийсодержащий препарат для уплотнения и обеззараживания иловых осадков и способ переработки иловых осадков с его использованием

Изобретение относится к кальцийсодержащим препаратам и способам переработки иловых осадков очистных сооружений, включая активный ил, сырой осадок или их смесь с их использованием. Изобретение может быть использовано, в частности, для уплотнения и обеззараживания избыточного активного ила и стабилизированных осадков, образующихся при очистке хозяйственно-бытовых сточных вод, стоков промышленных предприятий или их смесей и утилизации иловых осадков в сельском хозяйстве.

Известен комплексный реагент из патента RU 2293070, C02F 11/14, опубл. 10.02.2007, следующего состава: глина 40,0-60,0 мас. %, известь 5,0-40,0 мас. %, цемент 5,0-40,0 мас. %, комплексообразователь, выбранный из ряда: смесь оксидов металлов, зола, дробленый шлак, доломитовая мука, молотый известняк 5,0-10,0 мас. %. Количество реагента составляет 10,0-30,0 мас. % от веса смеси.

Недостатком известного реагента является недостаточная эффективность уплотнения и обеззараживания осадков с получением экологически чистых продуктов утилизации.

Недостатком известного реагента также является большое количество (объем) его использования для достижения поставленного результата, а значит также значительные материальные затраты.

Известен способ обработки избыточного активного ила из патента RU 2079454, C02F 11/14, D21C 11/02, опубл. 20.05.1997. Известный способ обработки избыточного активного ила, включающий предварительное отстаивание с последующим фильтрованием, минуя стадию реагентной обработки. Предварительно уплотненный избыточный активный ил подвергают обработке белым шламом, полученным на стадии каустизации зеленого щелока в процессе сульфат-целлюлозного производства, при перемешивании. Белый шлам используют в объемном соотношении к избыточному активному илу, равном 1:5-10. Затем обработанный ил подвергают обезвоживанию фильтрованием, предпочтительно при температуре 75-104°С. Обезвоженный осадок сушат и сжигают. Полученный зольный остаток, а также осветленный щелочной гидролизат используют в технологическом процессе сульфат-целлюлозного производства. Предложенный способ обработки избыточного активного ила позволяет интенсифицировать процесс фильтрования, исключить использование дорогостоящих химических реагентов, полностью утилизировать продукты, полученные при обработке ила, а также утилизировать отход сульфатцеллюлозного производства - белый шлам, упростив технологию этого процесса и существенно уменьшив материальные затраты.

Реализация известного способа требует особого внимания со стороны экологии и охраны труда, соблюдения которых приводит к увеличению технологических операций и энергетических затрат на утилизацию уплотненного осадка.

Известен способ переработки избыточного активного ила, содержащего тяжелые металлы, из патента RU 2220923, C02F 11/14, C02F 101:20, C02F 103:16, опубл. 10.01.2004. В активный ил и/или стабилизированный осадок первичных отстойников вводят 10-25 кг/м³ кальцийсодержащего материала и перемешивают аэрацией в течение 1-4 ч. После этого фазы разделяют методом отстаивания и выделяют тяжелые металлы из водной фазы. Кальцийсодержащий материал подают порциями в течение 30 мин от начала аэрации. После аэрации смесь подвергают обработке ультрафиолетовым излучением в течение 10-60 сек.

В качестве кальцийсодержащего материала в известном техническом решении используют мел, гипс или фосфат кальция.

Основным недостатком известного кальцийсодержащего материала является использование его в большом количестве (объеме) для достижения поставленного результата, следствием этого является увеличение материальных затрат на их получение и/или приобретение.

Недостатком известного способа является то, что несмотря на сокращение затрат реагентов по сравнению с другими аналогами у известного способа недостаточная эффективность переработки избыточного активного ила с получением экологически чистых продуктов утилизации.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка кальцийсодержащего препарата для уплотнения и обеззараживания иловых осадков и способа переработки иловых осадков с его использованием.

Техническим результатом предлагаемого препарата и способа является высокая эффективность переработки иловых осадков очистных сооружений, включая активный ил, сырой осадок или их смесь, при сравнительно низких в частных случаях затратах предлагаемого препарата. В частных случаях количество используемого препарата уменьшается в несколько раз.

Указанный технический результат достигается тем, что кальцийсодержащий препарат для уплотнения и обеззараживания иловых осадков очистных сооружений, включая активный ил, сырой осадок или их смесь, представляет собой механическую порошковую смесь, содержащую до 50 масс. %, по меньшей мере, двух активных компонентов, выбранных из соединений: TiO₂, SiO₂, CuSO₄, Na₂SO₄, щелочь, гумат натрия, гумат аммония, аминоуксусная кислота, глицинаты меди, марганца, кальция, остальное СаО.

В препарате используют СаО природного происхождения, содержащий примеси, например окись магния. Препарат содержит TiO₂, SiO₂, полученный золь-гель методом.

Указанный технический результат также достигается тем, что в способе переработки иловых осадков очистных сооружений, включающем уплотнение и обеззараживание активного ила, сырого осадка или их смеси, заключающемся в том, что смешивают кальцийсодержащий материал с иловым осадком, разделяют жидкую (воду) и твердую фазы методом отстаивания и затем проводят отвод жидкой фазы (воды), согласно изобретению в качестве кальцийсодержащего материала используют препарат в дозе 1-30 г/дм³, при этом дополнительно вводят в иловый осадок, по меньшей мере, после или на одной из указанных стадий: смешения, разделения и отвода воды, по меньшей мере, одну активную добавку, выбранную из соединений: CuSO₄, Na₂SO₄, Na₂CO₃, щелочь, гумат натрия, гумат аммония, аминоуксусная кислота, глицинаты меди, марганца, кальция в дозе до 8 г/дм³.

Разделяют жидкую (воду) и твердую фазы методом отстаивания не ранее чем через 6 часов после смешивания с препаратом.

Препарат смешивают с иловым осадком в указанной дозе частями пропорционально поступлению новой порции илового осадка.

После смешивания препарата с иловыми осадками осуществляют обработку ультрафиолетовым излучением продолжительностью не менее 60 сек.

После введения активных добавок иловый осадок дополнительно перемешивают.

Отвод воды проводят в соседнюю иловую карту и/или на очистные сооружения, и/или для полива растений на полях.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Предлагаемый кальцийсодержащий препарат для уплотнения и обеззараживания иловых осадков очистных сооружений, включая активный ил, сырой осадок или их смесь, содержит кальцийсодержащее соединение и активные компоненты, выбранные из ряда соединений: TiO₂, SiO₂, CuSO₄, Na₂SO₄, щелочь, гумат натрия, гумат аммония, аминоуксусная кислота, глицинаты меди, марганца, кальция. Перечисленные соединения используют при изготовлении предлагаемого препарата в качестве компонентов, активизирующих процессы переработки иловых осадков с целью их уплотнения и обеззараживания. Предлагаемый препарат представляет собой механическую смесь вышеперечисленных соединений, при этом суммарное содержание активных компонентов в предлагаемом препарате составляет до 50 масс. %.

Часть вышеперечисленных соединений, а именно: CuSO₄, Na₂SO₄, щелочь, гумат натрия, гумат аммония, аминоуксусная кислота, глицинаты меди, марганца, кальция, используют как активные компоненты в составе предлагаемого препарата, так и раздельно в качестве активных добавок при осуществлении предлагаемого способа. При этом активные добавки дополнительно вводят в иловый осадок в дозе до 8 г/дм³, по меньшей мере, на одной из стадий предлагаемого способа: смешения с предлагаемым препаратом, разделения жидкой (воды) и твердой фаз (осадок) методом отстаивания.

Эффективное использование соединений, выбранных из ряда: TiO₂, SiO₂, CuSO₄, Na₂SO_4, щелочь, гумат натрия, гумат аммония, аминоуксусная кислота, глицинаты меди, марганца, кальция, как активных компонентов в составе предлагаемого препарата, а также использование в качестве активных добавок соединений, выбранных из ряда: CuSO₄, Na₂SO₄, щелочь, гумат натрия, гумат аммония, аминоуксусная кислота, глицинаты меди, марганца, кальция, применяемых на отдельных технологических стадиях уплотнения и обеззараживания илового осадка, было исследовано и доказано авторами экспериментально.

Экспериментально-исследовательские работы показали, что использование предлагаемого препарата, а также дополнительное использование после или на отдельных технологических стадиях уплотнения и обеззараживания илового осадка в качестве активных добавок солей сернокислых меди, натрия, щелочи, гумата натрия, гумата аммония, аминоуксусной кислоты, глицинатов меди, марганца, кальция значительно снижают объемную плотность илового осадка при его переработке.

Максимальное снижение объемной плотности илового осадка обеспечило внесение предлагаемого препарата в иловый осадок очистных сооружений, включая активный ил, сырой осадок или их смесь, в количестве 1-30 г/дм³. Внесение отдельных активных добавок, применяемых на отдельных технологических стадиях уплотнения и обеззараживания, наиболее эффективно при использовании последних в дозе до 8 г/дм³.

При введении предлагаемого препарата происходит снижение числа микроорганизмов илового осадка. Отдельные тяжелые металлы образуют плохо растворимые соединения и переходят в твердый осадок, таким образом, происходит очищение жидкой фазы (воды). Адсорбция микрочастиц илового осадка на частицах препарата приводит к укрупнению и уплотнению частиц ила, что приводит к интенсификации процесса отстаивания.

Уменьшение дозы препарата менее 1 г/дм³ приводит к снижению скорости отстаивания и степени выделения тяжелых металлов из илового осадка, а дозы выше 30 кг/м³ экономически нецелесообразны.

Увеличение количества выделяемой жидкой фазы - воды из илового осадка происходит при введении препарата в иловый осадок в указанной дозе частями пропорционально поступлению новой порции иловой массы.

Обработка илового осадка после смешения с препаратом ультрафиолетовым облучением (УФО) обеспечивает ускоренное отстаивание и рост степени выделения воды, причем продолжительность УФО должна быть не менее 60 сек для достижения заметного эффекта.

В целом предлагаемое техническое решение позволяет обеспечивать переработку иловых осадков, содержащих тяжелые металлы, и утилизацию их в сельском хозяйстве. Предложенный способ обеспечивает увеличение количества выделяемой воды из иловых осадков, уменьшение влажности конечных иловых осадков, таким образом, уменьшается объем иловых осадков и упрощается их извлечение с иловых карт. После извлечения осадок может быть направлен на дальнейшую переработку, например, с целью получения грунтов и органоминеральных удобрений и др.

Пример 1

В стабилизированный осадок первичных отстойников объемом 1 дм³ вводили 1 г препарата состава по п. 1 таблицы 1, перемешивали, затем подвергали отстаиванию. Параллельно проводили опыты без введения кальцийсодержащего препарата. Эффективность оценивали по плотности осадка, % от объема исходного илового осадка при продолжительности отстаивания 24 часа. Плотность осадка после отстаивания рассчитывали в процентном отношении объема занимаемого осажденным осадком к общему объему исходного стабилизированного осадка первичных отстойников.

Результаты испытаний применения заявленной дозы препарата приведены в таблице 2.

Пример 2

В стабилизированный осадок первичных отстойников объемом 1 дм³ вводили 10 г препарата состава по п. 1 таблицы 1, перемешивали, затем подвергали отстаиванию. Параллельно проводили опыты без введения препарата. Эффективность оценивали по плотности осадка, % от объема исходного илового осадка при продолжительности отстаивания 24 часа. Плотность осадка после отстаивания рассчитывали в процентном отношении объема занимаемого осажденным осадком к общему объему исходного стабилизированного осадка первичных отстойников.

Результаты испытаний применения заявленной дозы препарата приведены в таблице 2.

Пример 3

В избыточный активный ил объемом 1 дм³ вводили 30 г препарата состава по п. 3 таблицы 1, перемешивали, затем подвергали отстаиванию в течение 6 часов, затем внесли активную добавку CuSO₄ в дозе 1.7 г/дм³ в активный ил и продолжили процесс отстаивания. Параллельно проводили опыты без введения препарата. Эффективность оценивали по плотности осадка, % от объема исходного илового осадка при общей продолжительности отстаивания 24 часа. Плотность осадка после отстаивания рассчитывали в процентном отношении объема занимаемого осажденным осадком к общему объему исходного активного ила.

Результаты испытаний применения заявленной дозы препарата приведены в таблице 2.

Пример 4

В избыточный активный ил объемом 1 дм³ вводили 6 г препарата состава по п. 4 таблицы 1, перемешивали, затем подвергали отстаиванию. Параллельно проводили опыты без введения препарата. Эффективность оценивали по плотности осадка, % от объема исходного илового осадка при продолжительности отстаивания 24 часа. Плотность осадка после отстаивания рассчитывали в процентном отношении объема занимаемого осажденным осадком к общему объему исходного активного ила.

Результаты испытаний применения заявленной дозы препарата приведены в таблице 2.

Результаты испытаний применения полученных жидкой и твердой фаз показали, что добавки положительно влияют на прорастание семян и могут быть использованы в составе грунтов и удобрений. Применение жидкой фракции для обработки семян пшеницы жидкой фракции, полученной из смеси активного ила, увеличило посевные свойства семян на 9-15,6%, повысило биологическую активность жидкой фракции активного ила на 7-30,2%.

Пример 5

В избыточный активный ил объемом 1 дм³ вводили 3 г препарата состава по п. 5 таблицы 1, перемешивали, затем подвергали отстаиванию в течение 6 часов, затем внесли активную добавку CuSO4 в дозе 1.7 г/дм³ в активный ил и продолжили процесс отстаивания. Параллельно проводили опыты без введения препарата и активной добавки. Эффективность оценивали по плотности осадка, % от объема исходного илового осадка при общей продолжительности отстаивания 24 часа. Плотность осадка после отстаивания рассчитывали в процентном отношении объема занимаемого осажденным осадком к общему объему исходного активного ила.

Результаты испытаний применения заявленных доз препарата и активной добавки CuSO4 приведены в таблице 2.

Пример 6

В избыточный активный ил объемом 1 дм³ вводили 5 г препарата состава по п. 35 таблицы 1, перемешивали, затем подвергали отстаиванию в течение 6 часов, затем внесли активные добавки: CuSO₄ в дозе 1.7 г/дм³ и аминоуксусную кислоту в дозе 0.7 г/дм³ в активный ил и продолжили процесс отстаивания. Параллельно проводили опыты без введения препарата и активных добавок. Эффективность оценивали по плотности осадка, % от объема исходного илового осадка при общей продолжительности отстаивания 24 часа. Плотность осадка после отстаивания рассчитывали в процентном отношении объема занимаемого осажденным осадком к общему объему исходного активного ила.

Результаты испытаний применения заявленных доз препарата и активных добавок: CuSO₄ и аминоуксусной кислоты приведены в таблице 2.

Пример 7

В смесь иловых осадков из первичных отстойников и активных илов объемом 1 дм³ вводили 6 г препарата состава по п. 4 таблицы 1, перемешивали, подвергали ультрафиолетовой обработке в течение 30 сек, затем подвергали отстаиванию. Эффективность оценивали по плотности осадка, % от объема исходного илового осадка при общей продолжительности отстаивания 24 часа. Плотность осадка после отстаивания рассчитывали в процентном отношении объема занимаемого осажденным осадком к общему объему исходной смеси иловых осадков из первичных отстойников и активных илов.

Результаты испытаний применения заявленной дозы препарата приведены в таблице 2

Пример 8

В стабилизированный осадок первичных отстойников объемом 1 дм³ вводили 11 г препарата состава по п. 14 таблицы 1, перемешали и внесли активную добавку щелочь в дозе 8 г/дм³, затем подвергали отстаиванию в течение 6 часов, продолжили процесс отстаивания. Параллельно проводили опыты без введения препарата и активной добавки. Эффективность оценивали по плотности осадка, % от объема исходного илового осадка при общей продолжительности отстаивания 24 часа. Плотность осадка после отстаивания рассчитывали в процентном отношении объема занимаемого осажденным осадком к общему объему исходного стабилизированный осадок первичных отстойников.

Результаты испытаний применения заявленной дозы препарата и активной добавки приведены в таблице 2

Пример 9

В избыточный активный ил объемом 1 дм³ вводили 4 г препарата состава по п. 24 таблицы 1, перемешивали, подвергали отстаиванию в течение 6 часов, затем внесли активную добавку аминоуксусную кислоту в дозе 0.7 г/дм³ в активный ил и продолжили процесс отстаивания. Параллельно проводили опыты без введения препарата. Эффективность оценивали по плотности осадка, % от объема исходного илового осадка при общей продолжительности отстаивания 24 часа. Плотность осадка после отстаивания рассчитывали в процентном отношении объема занимаемого осажденным осадком к общему объему исходного активного ила.

Результаты испытаний применения заявленной дозы препарата приведены в таблице 2.

Пример 10

В избыточный активный ил объемом 1 дм³ вводили 8 г препарата состава по п. 36 таблицы 1, перемешивали, подвергали отстаиванию в течение 6 часов, затем внесли активныу добавки: щелочь в дозе 2.5 г/дм³, CuSO₄ в дозе 5,5 г/дм³ и продолжили процесс отстаивания. Параллельно проводили опыты без введения препарата и активных добавок. Эффективность оценивали по плотности осадка, % от объема исходного илового осадка при общей продолжительности отстаивания 24 часа. Плотность осадка после отстаивания рассчитывали в процентном отношении объема занимаемого осажденным осадком к общему объему исходного активного ила.

Результаты испытаний применения заявленной дозы препарата приведены в таблице 2

Пример 11

В избыточный активный ил объемом 1 дм³ вводили 9 г препарата состава по п. 37 таблицы 1, перемешивали, затем подвергали отстаиванию в течение 6 часов, после внесли активную добавку щелочь в дозе 2,5 г/дм³ в активный ил и продолжили процесс отстаивания.

Параллельно проводили опыты без введения препарата и активных добавок. Эффективность оценивали по плотности осадка, % от объема исходного илового осадка при общей продолжительности отстаивания 24 часа. Плотность осадка после отстаивания рассчитывали в процентном отношении объема занимаемого осажденным осадком к общему объему исходного активного ила.

Результаты испытаний применения заявленной дозы препарата приведены в таблице 2.

После дополнительного отстаивания в течение 30 часов провели разделение и отвод воды с параллельным внесением в воду активной добавки глицинат меди в дозе 1 г/дм³ и гуматата амония в дозе 0,5 г/дм³ для дополнительного осаждения оставшейся в растворе твердой фазы. В результате наблюдается осветление воды и снижение ее токсичности.

Предложенные кальцийсодержащий препарат и способ переработки иловых осадков с его использованием позволяют облагораживать иловые осадки по содержанию тяжелых металлов, обеспечивать достаточно глубокое обезвоживание твердых фаз простым отстаиванием, существенно уменьшать объемы иловых осадков, подаваемых на последующие операции по конечному обезвоживанию осадков, например, фильтрованием, центрифугированием или сушкой в буртах.

Уплотненный осадок, полученный по предложенному способу, возможно в дальнейшем использовать для получения грунтов и органоминеральных удобрений.

Это создает возможность экономичными методами обеспечить условия для последующей утилизации осадков в сельском хозяйстве в качестве органоминерального удобрения, отказаться от складирования их на шламовых полях, что исключит вторичное загрязнение окружающей природной среды.