Результат интеллектуальной деятельности: Способ обработки осадков сточных вод биологических очистных сооружений нефтехимических предприятий с получением техногрунтов

Изобретение относится к области переработки осадков сточных вод на очистных сооружениях и может применяться в сельском хозяйстве, в химической и нефтехимической промышленности.

Изобретение «Способ утилизации осадков сточных вод биологических очистных сооружений нефтехимических предприятий с получением техногрунтов» осуществляется путём обработки ОСВ (осадки сточных вод) химическими реагентами и биопрепаратами с последующим компостированием обработанных осадков в аэробных условиях с получением техногенных грунтов.

Уровень техники

Известно изобретение Способ обработки осадков сточных вод с удалением тяжелых металлов (патент RU 2057088 C1, 1994 г.).

Способ включает промывку исходных осадков, разделение путем уплотнения на сливную воду и уплотненный осадок, обработку его кислотой, разделение на твердую фазу (Ф) и жидкую Ф, содержащую ионы тяжелых металлов (ТМ), смешение жидкой Ф с нейтрализующим агентом и последующее разделение смеси на шлам, содержащий ТМ, и осветленную жидкую Ф, сливную воду используют в качестве нейтрализующего агента.

Недостатками известного способа являются сложная технологическая линия, включающая обработку концентрированными кислотными и щелочными химическими реагентами, которые требуют нейтрализации и последующих мероприятий на очистных сооружениях. Кроме того, для осуществления способа требуются существенные производственные мощности.

Известен Способ получения органоминерального удобрения из осадка сточных вод с помощью компостирования (патент RU 2514221 C1, 2012 г.).

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ получения органоминерального удобрения из осадка сточных вод с помощью компостирования, при котором смешивают осадок сточных вод с опилками (отходы деревопереработки) в соотношении, равном 1:0,12 по массе или 1:0,61 по объему, или с измельченной соломой в соотношении, равном 1:0,11 по массе или 1:1,82 по объему, затем в данную смесь добавляют сульфат калия в количестве 0,2-0,3% по массе субстрата и компостируют в буртах. Изобретение позволяет упростить, удешевить технологию получения органоминеральных удобрений и повысить удобрительную ценность конечного целевого продукта.

Недостатком известного способа является отсутствие мероприятий по нейтрализации токсичных веществ в составе ОСВ, в том числе тяжелых металлов, а также существенная продолжительность созревания компоста в буртах - 3,5-4 месяца исключительно в теплое время года.

Известно изобретение Способ получения изоляционного материала для полигонов захоронения бытовых и промышленных отходов (патент RU 2437845 C1, 2010 г.).

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ получения изоляционного материала для полигонов захоронения бытовых и промышленных отходов. Осуществляют детоксикацию осадка сточных вод гуминовым реагентом, взятым в количестве от 0,3 мас.% до 10 мас.% на сухое вещество осадка сточных вод. Затем дополнительно продукт детоксикации осадка сточных вод гуминовым реагентом обрабатывают препаратом биологически активных микроорганизмов для биодеградации и обезвреживания навоза и помета «Ускоритель ферментации УФ-1» или препаратом биологически активных микроорганизмов для ускоренной переработки отходов животноводства «Тамир». Количество препарата биологически активных микроорганизмов составляет от 0,05 л до 1,00 л на тонну сухого вещества осадка сточных вод. Способ обеспечивает стабилизацию изоляционного материала, снижение содержания в нем неорганических и органических токсикантов.

Указанный способ является наиболее близким прототипом заявляемого изобретения, однако ему присущи некоторые недостатки.

Способ предусматривает использование концентрированных биологического и гуминового препаратов, достаточно сложных и дорогостоящих в производстве. Кроме того, продолжительность процесса обработки по изобретению составляет срок до 90 суток, при этом требуется ежедневный контроль температуры внутри бурта, и ежедекадный контроль за численностью микроорганизмов. Кроме того, технология дополнительно подразумевает использование автобетоносмесителя, где происходит смешивание ОСВ и рабочего раствора реагента. Полученный материал может быть использован только в качестве изоляционного материала на полигонах ТБО.

Указанные выше недостатки оказывают особенно сильное влияние с тем учетом, что объемы ОСВ, требующего обработки и утилизации, чрезвычайно велики, а в силу сложности и экономической нецелесообразности известных способов, ОСВ, в основном, вывозятся и просто складируются на полигонах или иловых картах, а прошедшие обработку ОСВ имеют ограниченный спектр возможного применения.

Преимущества предлагаемого способа обработки ОСВ - это максимальное использование доступных местных ресурсов (торф различной степени разложения), с высокой сорбционной способностью, водопоглощением, наличие высокого содержания гуминовых кислот для сорбции тяжелых металлов, экотоксикантов и возможность образовывать с ионами тяжелых металлов малорастворимые комплексные соединения, недоступные для растений и получать качественные техно- и почвогрунты, пригодные для использования даже на сельскохозяйственных угодьях в качестве удобрения, отсутствие использования в технологических процессах сложного технологического оборудования, дополнительных источников энергии, топлива, дорогостоящих синтезированных препаратов, кислот и прочее.

Раскрытие сущности изобретения

Изобретение «Способ обработки осадков сточных вод биологических очистных сооружений нефтехимических предприятий с получением техногрунтов» осуществляется химическими реагентами и биопрепаратами с последующим компостированием обработанных осадков в аэробных условиях с получением техногенных грунтов. В качестве реагентов для детоксикации, обезвреживания, обеззараживания и снижения эмиссий дурнопахнущих веществ (дезодорации) при утилизации ОСВ используется раствор гипохлорита натрия, техническая негашеная известь, низинный торф, гуминовый препарат, диоксид кремния, активированный уголь БАУ.

Техническим результатом является обезвреживание осадков сточных вод, осадков нефтехимических производств, связывание тяжелых металлов в малорастворимые комплексные соединения, снижение эмиссии углеводородов, специфических токсичных примесей, серосодержащих соединений в объекты окружающей среды, с получением экологичных и безопасного техногенного грунта.

Технический результат достигается при выполнении поэтапной обработки осадков сточных вод на специально подготовленной площадке, где осадки сточных вод разделяются и размещаются посекционно, вносятся реагенты в следующем порядке: осадки сточных вод обрабатываются раствором гипохлорита натрия, затем вносится негашеная известь тонким слоем с последующим тщательным перемешиванием, затем добавляется торф и 10-процентный раствор гуминового препарата, после перемешивания вносится сверху активный уголь и диоксид кремния, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

после чего полученную композицию ежедневно перемешивают с целью аэрации в течение 5-7 дней с даты начала производства работ.

Способ обработки осадков сточных вод биологических очистных сооружений нефтехимических предприятий с получением техногрунтов - обработка, обеззараживание и детоксикация осадка сточных вод (ОСВ) химическими реагентами и биопрепаратами с последующим компостированием обработанных осадков в аэробных условиях с получением техногенных грунтов. В качестве реагентов для детоксикации, обезвреживания, обеззараживания и снижения эмиссий дурнопахнущих веществ (дезодорации) при утилизации ОСВ используется различные реагенты.

Применение выбранных реагентов в способе утилизации осадков сточных вод осадков нефтехимических производств позволяет связывать тяжелые металлы в малорастворимые комплексные соединения, снижать эмиссии углеводородов, специфических примесей, серосодержащих соединений в объекты окружающей среды, т.е. в процессе обработки происходит обеззараживание, дезодорация и детоксикация отходов, что обеспечивает получение техногенных грунтов.

Состав вносимых реагентов и их влияния на достижение технического результата и задач изобретения:

- торф (ГОСТ Р 51661.3-2000);

- техническая негашеная известь (ГОСТ 9179-77);

- гипохлорит натрия марки А (ГОСТ Р 57568-2017);

- активный уголь марки БАУ (ГОСТ 6217-74) или отходы производства БАУ;

- диоксид кремния SiO₂ или отходы их получения;

- гуминовые препараты (ТУ 20.15.71-004-41790563-2020) и другие аналоги на основе торфа.

Торф. Внесение торфа в осадки сточных вод является источником органических веществ, аборигенной микрофлоры, способствующей ускорению процессов обезвреживания и компостирования органического отхода.

С ростом биохимического распада торфа в нем увеличивается доля гуминовых веществ.

Гуминовые вещества представляют собой совокупность органических веществ почвы биогенного происхождения, и подразделяются на гумусовые кислоты (гуминовые и фульвокислоты) и прогуминовые вещества - промежуточные соединения гуминоподобных веществ и гумины.

Гуминовые кислоты (ГК) - это специфические высокомолекулярные, полифункциональные, азотсодержащие соединения циклического строения и кислотного характера, которые являются продуктами конденсации ароматических соединений фенольного типа с аминокислотами и протеинами. Молярная масса гуминовых кислот, по данным различных исследований, колеблется в широких пределах - от 290-350 до 30-50 тыс. В водных растворах они образуют ассоциаты молекул (мицеллы) с молярной массой - 3700-8200 г/моль. Общим для этих веществ является наличие ароматического ядра, карбоксильных (-COOH), карбонильных (-СОН), метоксильных (-OCH₃) групп, гидроксилов (-OH) спиртового и фенольного характера и амидогрупп (-CONH₂).

Гуминовые кислоты (ГК) нерастворимы в воде и растворяются в слабых щелочах, образуя гуматы натрия, кальция и др. Гуминовые кислоты являются мощными геохимическими агентами, способствующими трансформации горных пород, минералов и органических веществ, а также концентрированию, рассеянию химических элементов.

Благодаря наличию ионообменных групп гуминовые кислоты способны вступать в различные взаимодействия с минералами почв и экотоксикантами (адсорбция, ионный обмен, структурирование почв и др.), что способствует процессам гумификации почв и их ремедиации.

Гуминовые кислоты и их соли гуматы натрия или кальция, растворимые в воде, способны взаимодействовать с органическими соединениями и ионами тяжелых металлов.

Физико-химические основы взаимодействия гуминовых кислот и их солей с органическими соединениями и тяжелыми металлами нефти включают одновременное протекание процессов ионного обмена, адсорбции, коагуляции и окклюзии.

Минеральная часть торфов незначительна и представлена первичными и вторичными минералами, привнесенными извне (кварц, полевые шпаты, слюды и т.д.), или образовавшимися в ходе самого болотного процесса (опал, гидроксиды железа (II) и (III), минералами безводных оксидов железа и др.), доля ее определяется степенью минерализации торфа и его вида.

Сложный состав торфа, включающий в себя волокнистые и коллоидные вещества различного функционального состава, обеспечивает его высокую реакционную способность. Торф, ввиду к склонности к образованию органоминеральных комплексов различного состава и структуры, способности к разнообразным ионообменным процессам, может выступать как эффективный сорбент по отношению к различным органическим и неорганическим поллютантам, а также способствовать гумификации отходов.

В технологии торф используется как дополнительный источник органических веществ, бактериальной микрофлоры, способствующих гумификации ОСВ, а также гуминовых соединений, которые могут взаимодействовать с ионами тяжелых металлов с образованием малорастворимых комплексных соединений.

Таблица. Характеристика свойств торфа № п/п Наименование показателя Норма Метод испытания 1 Массовая доля влаги , %, не более 60 ГОСТ 11305 2 Зольность , %, не более 25 ГОСТ 11306 3 Кислотность рН солевой суспензии (рН), не менее 4,6 ГОСТ 11623 4 Засоренность (куски торфа, очеса, пней, щепы размером свыше 60 мм) , %, не более 8 ГОСТ 11130

Гипохлорит натрия. В изобретении гипохлорит натрия предназначен для обработки ОСВ с целью их обеззараживания и дезодорации. Высокая окислительная способность и бактерицидная активность реагента способствует детоксикации и дезодорации ОСВ.

В изобретении используется раствор гипохлорита натрия, содержащий 10г/дм³ активного хлора, который получают разбавлением гипохлорита натрия марки в соотношении 1:10.

Негашеная известь будет способствовать обеззараживанию ОСВ и увеличению водоотдачи. В присутствии щелочного реагента происходит выщелачивание из торфа гуминовых соединений, которые участвуют в процессах гумификации ОСВ, детоксикации и связывания тяжелых металлов, т.е. в присутствии оксида кальция будет увеличена активность и эффективность торфа при детоксикации ОСВ.

Характеристики негашеной извести по ГОСТ 9179-77:

Активированный древесный дробленый уголь БАУ-А представляет собой сорбционный материал с развитой пористой структурой. БАУ используется для ремедиации почв и способен поглощать нефтепродукты, ароматические углеводороды и др.

Характеристика АУ марки БАУ (ГОСТ 6217-74)

Дисперсный кремнезем используется для водопоглощения, а также сорбции сероводорода и аммиака.

Характеристика мелкодисперсного кремнезема (ГОСТ 14922-77):

Гуминовый препарат способствует детоксикации тяжелых металлов. Детоксикация ОСВ в присутствии препарата обусловлена связыванием ионов тяжелых металлов в малорастворимые комплексные соединения тяжелых металлов с гуминовыми кислотами (ГК) в результате ионного и лигандного обмена. Во взаимодействии ГК с ионами металлов огромное значение принадлежит функциональным группам ГК, которые различаются по кислотной силе и могут образовывать с ионами металлов соединения различной степени устойчивости.

Активной составляющей гуминовых препаратов являются соли гуминовых кислот (гуматы щелочных металлов).

Физико-химические характеристики препарата «ГУМАТ-РТК»

В технологии могут применяться промышленные аналоги препарата «ГУМАТ-РТК»

Препарат предназначен для проведения следующих процессов:

- детоксикации ОСВ;

- стимулирования процессов обезвреживания ОСВ в аэробных аэрируемых условиях.

В изобретении используется 10% раствор гуминового препарата.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема (в разрезе) расположения разрезающих полос в илонакопителе при утилизации осадков сточных вод.

На фиг. 2 представлена схема размещения буртов на технологической площадке.

Цифрами на схемах обозначены:

1 - грунт

2 - гидроизоляция илонакопителя

3 - разрезающая полоса

4 - осадки сточных вод

5 - экскаватор

6 – торф.

Осуществление изобретения возможно на двух технологических линиях.

Способ, по первому варианту изобретения, предусматривает поэтапное посекционное использование осадков сточных вод в илонакопителе. Способ включает подготовительный, производственный и контрольный этапы:

1. На подготовительном этапе производится деление площади илонакопителя на технологические ячейки разрезающими полосами для возможности перемещения спецтехники и производства работ. Разбиение на ячейки производится формированием разрезающих полос из песка/местного грунта шириной 4-6 метров. Расстояние между бортом илонакопителя и разрезающей полосой или между двумя разрезающими полосами должно составлять не более 8 метров для удобства проведения работ экскаватором со стандартной стрелой. В этом случае возможно внесение компонентов для получения техногенного грунта на всю глубину ячейки и в любой ее точке.

Разрезающие полосы строятся из имеющегося на месте производства работ песчаного (супесчаного) грунта, из привозного карьерного песка, местного грунта. Для производства данного вида работ применяются экскаваторы, самосвалы, бульдозер. Устройство разрезающих полос в илонакопителе выполняется методом вытеснения осадков сточных вод надвигаемым грунтом, и во избежание образования прослойки осадков в разрезающей полосе, лопата экскаватора с грунтом одновременно отодвигает осадки сточных вод и высыпает на освобождающееся место грунт.

2. Производственный этап. Производство работ по получению техногенного грунта «Гумиторф». Внесение реагентов в осадки сточных вод.

В отдельно взятой ячейке осадки сточных вод обрабатываются раствором гипохлорита натрия при помощи мотопомпы или другого устройства. Затем вносится негашеная известь тонким слоем в соответствии с рассчитанными дозами с последующим тщательным перемешиванием. После внесения извести добавляется 50% от требуемой массы торфа и раствор гуминового препарата. Полученная смесь тщательно перемешивается ковшом экскаватора. Затем вносится оставшаяся часть торфа, смесь перешивается до однородной массы, после сверху добавляют активный уголь и диоксид кремния. Полученную композицию необходимо ежедневно перемешивать.

Соотношение вносимых компонентов, мас.%:

3. Контрольный этап.

На 5-7 день производится отбор и анализ проб полученного техногрунта по показателям: ароматические углеводороды, рН водной вытяжки, ионы тяжелых металлов в подвижной форме. Отбор проб грунта для анализа проводится в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-2017 Охрана природы (ССОП). Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа.

Способ, по второму варианту изобретения, предусматривает поэтапное посекционное использование осадков сточных вод на технологической площадке. Способ реализуется при наличии на объекте естественного глинистого экрана с коэффициентом фильтрации не более 10^-7 см/с и толщиной от 0,5 м до 1,0 м или при устройстве искусственного противофильтрационного экрана с коэффициентом фильтрации не более 10^-7 см/с. Способ включает подготовительный, производственный и контрольный этапы:

1. Подготовительный этап.

Обустройство технологической площадки для получения рекультивационных материалов производится с учетом следующих требований:

- площадь технологической площадки определяется с учетом размещения 1 м³ осадков сточных вод на 2-2,5 м²;

- для защиты от дождевых стоков по периметру технологической площадки должно проводиться кольцевое обвалование;

- площадка должна быть спланирована по рельефу таким образом, чтобы обеспечить самотечное движение и сток дренажных вод (с уклоном 2-4%), в нижней точке площадки устанавливается приемная ливневая емкость.

Обустройство технологической площадки включает следующие операции:

- Плодородный слой почвы, снятый при обустройстве площадки, должен храниться в буртах (ГОСТ 17.4.3.02-85) и в дальнейшем используется для проведения рекультивационных работ;

- Для обустройства дренажной системы в качестве дренажа используются песок или местный грунт, уложенные слоем не менее 15 см, непосредственно на глинистый экран;

- Сбор дренажных вод осуществляется на нижнем склоне площадки в накопительную емкость и в дальнейшем используются для приготовления растворов реагентов и увлажнения полученного техногенного грунта «Гумиторф».

2. Производственный этап. Производство работ по получению техногенного грунта «Гумиторф». Внесение реагентов в осадки сточных вод.

- Остатки сточных вод механически обезвоживают до влажности 75-85% после чего вывозятся автосамосвалами на технологическую площадку и размещаются на ней с помощью экскаватора в виде бурта. Высота бурта не должна превышать 0,4 м, ширина бурта - 3-4 м, расстояние между соседними буртами 5-6 м.

- Осадки обрабатывают реагентами - раствором гипохлорита натрия при помощи мотопомпы (2 мас. %), а затем негашеной известью (2 мас.%), рассчитанными дозами при перемешивании и выдерживают на площадке не менее 1 часа.

К обработанным реагентами ОСВ добавляется равномерным слоем 2/3 от заданной массы торфа, и раствор гуминового препарата и производится перемешивание осадка ковшом экскаватора или другим перемешивающим оборудованием. Затем вносится оставшаяся часть торфа, смесь перешивается до однородной массы с формированием бурта, после сверху добавляют активный уголь и диоксид кремния. Высота бурта не должна превышать 0,8-1,0 м.

- Для поддержания необходимой воздухопроницаемости и пористости смеси необходимо проводить ее аэрирование 1 раз в день в течение 5 дней методом перемешивания сформированного слоя с помощью бульдозера.

Соотношение вносимых компонентов, мас.%:

3. Контрольный этап.

На 5-7 день производится отбор и анализ проб полученного техногрунта по показателям: ароматические углеводороды, рН водной вытяжки, ионы тяжелых металлов в подвижной форме. Отбор проб грунта для анализа проводится в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-2017 Охрана природы (ССОП). Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа.

Для обоснования экологической и технологической эффективности разработанной технологии проведен сравнительный анализ результатов анализа химического состава исходного осадка сточных вод и композиции, полученной при проведении ОПИ.

Проведен сравнительный анализ результатов количественного анализа исходного образца (осадок сточных вод) и полученной композиции. Результаты сравнительного анализа представлены в табл.

Сравнительная характеристика свойств ОСВ и образца техногенного грунта

Проведенные опытно-промышленные испытания по утилизации осадков сточных вод с получением техногенных грунтов показали обоснованность и реализуемость разработанных технических решений.

На основании результатов аналитических исследований образцов исходного ОСВ и полученной композиции определен оптимальный вариант композиции, позволяющий получать малоопасный, нетоксичный материал, который может быть использован в качестве техногенного грунта, материала для пересыпки твердых коммунальных отходов и др.

Разработанная методология проведения опытно-промышленных испытаний по утилизации осадков сточных вод и полученные результаты позволили разработать ТУ на продукт и технологический регламент по утилизации осадков сточных вод нефтехимических производств с получением техногенных грунтов.