способ получения реагента для детоксикации осадков очистных сооружений и способ детоксикации осадков очистных сооружений

Формула изобретения

1. Способ получения реагента для детоксикации осадков очистных сооружений, представляющего собой водный раствор щелочи и гидратов натриевых или калиевых солей смеси аминокислот, путем водно-термической обработки в присутствии щелочи отходов, содержащих животные белки, отличающийся тем, что обработке подвергают смесь упомянутых отходов с водой и со щелочью, взятых в соотношении 1:(1,8-2,0):(0,38-0,46), при температуре 160-180°С в течение 25-30 мин с получением целевого продукта.

2. Способ детоксикации осадков очистных сооружений путем их обработки реагентом в виде водного раствора щелочи и гидратов натриевых или калиевых солей смеси аминокислот, отличающийся тем, что используют реагент, полученный способом по п.1, предварительно определяют содержание ионов каждого из тяжелых металлов в очищаемом осадке, расход реагента рассчитывают исходя из математического выражения

где V - расход 1М раствора реагента, л/м ³;

m - содержание тяжелого металла в очищаемом осадке в пересчете на абсолютно сухое вещество осадка, г/кг,

а расходуют реагент с избытком 20-30% относительно рассчитанного количества.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к детоксикации осадков, содержащих тяжелые металлы в количествах, превышающих допустимые нормы, а также техногенно-пораженных земель и может найти применение в системе жилищно-коммунального хозяйства городов.

Осадки сточных вод коммунальных и промышленных очистных сооружений, даже прошедшие биотермическую и биологическую очистку и складированные на иловых площадках очистных сооружений, являются отходами II и III класса токсичности, так как содержат в значительных количествах катионы тяжелых металлов.

Известен способ получения реагента для детоксикации осадков очистных сооружений, представляющего собой водный раствор щелочи и гидратов натриевых или калиевых солей смеси аминокислот, путем вводно-термической обработки в присутствии щелочи отходов, содержащих животные белки (Фридман А.Я. и др. Органоминеральные композиции на основе осадка сточных вод канализационно-очистных сооружений. М., Некоммерческое партнерство «Химико-технологический научный центр», М., 2000 г., с.75-87) [1].

Однако в данном известном способе не описаны параметры процесса водно-термической обработки отходов, содержащих животные белки, что не позволяет воспроизводить его и получать стандартный целевой продукт - эффективное средство детоксикации осадков очистных сооружений.

Известен способ обезвреживания осадков очистных сооружений обработкой их солями железа и раствором серной кислоты до рН 2,5-3,0 с аэрацией реагентной смеси и последующей обработкой отделенного на пресс-фильтре осадка известняком (Евилевич А.З., Евилевич М.А. Утилизация осадков сточных вод. Л.: Стройиздат, 1988, 248 с.) [2].

Недостатком этого способа являются значительные капитальные и эксплуатационные затраты, большой расход реагентов.

Известен способ детоксикации осадков очистных сооружений путем извлечения тяжелых металлов из осадков катионообменными или комплексообразующими реагентами (Аграноник Р.Я. Проблемы обработки и утилизации осадков сточных вод. Водоснабжение и санитарная техника. 1995. №1. С.2-3. Туровский И.С. Обработка и утилизация осадков городских сточных вод. М.: Стройиздат, 1988, 256 с.) [3].

Недостатком этого способа является высокая трудоемкость и большие расходы энергии.

Известен способ детоксикации осадков очистных сооружений путем их обработки реагентом в виде водного раствора щелочи и гидратов натриевых или калиевых солей смеси аминокислот [1].

Однако данным известным способом не предусмотрено проведение расчета оптимальной дозы реагента, что делает способ недостаточно эффективным или приводит к избыточному расходу реагента.

Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является повышение эффективности детоксикации осадков очистных сооружений, снижение расхода реагента.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения реагента для детоксикации осадков очистных сооружений, представляющего собой водный раствор щелочи и гидратов натриевых или калиевых солей смеси аминокислот, путем водно-термической обработки в присутствии щелочи отходов, содержащих животные белки, отличительной особенностью является то, что обработке подвергают смесь упомянутых отходов с водой и со щелочью, взятых в соотношении 1:(1,8-2,0):(0,38-0,46), при температуре 160-180°С в течение 25-30 мин с получением целевого продукта.

Достигается указанный технический результат также в способе детоксикации осадков очистных сооружений путем их обработки реагентом в виде водного раствора щелочи и гидратов натриевых или калиевых солей аминокислот за счет того, что используют реагент, полученный способом по п.1, предварительно определяют содержание ионов каждого из тяжелых металлов в очищаемом осадке, расход реагента рассчитывают исходя из математического выражения:

где V - расход реагента 1М концентрации, л/м ³,

m - содержание тяжелого металла в очищаемом осадке в пересчете на абсолютно сухое вещество осадка, г/кг,

а расходуют реагент в избытке 20-30% относительно рассчитанного количества.

Ниже приведены примеры реализации изобретения.

Пример 1. В реактор емкостью 250 л загружают 108 л воды, порциями по 3 кг добавляют 22,8 кг гидрооксида натрия и затем 60 кг отходов, содержащих животные белки (мездра мокрого и сухого сбора мехового и кожевенного производств, отходы сортировки шкур и некондиционное меховое и кожевенное сырье, отходы волоса вентиляционного и иного вида сбора при первичной обработке шерсти, выделки меха, производства валенных изделий из натурального волоса, прядения шерсти, неутилизируемые отходы пуха и пера птицефабрик, неутилизируемые лоскут и обрезь при изготовлении изделий из шерсти, меха и кожи), трамбуя их в случае необходимости. Соотношение отходы: вода: щелочь равно 1:1,8:0,38. Открывают кран подачи пара, нагревают реакционную массу до начала циркуляции по трубопроводу, подающему пар в расширительную емкость - холодильник, и по трубопроводу, возвращающему конденсат в реактор. Процесс ведут при температуре 160°С. При полной подаче пара выдерживают массу в состоянии циркуляции в течение 15 минут. Перекрывают подачу пара в реактор и выдерживают в течение 15 минут до прекращения циркуляции. Разбалчивают крышку реактора, добавляют воду до общего объема реакционной массы 200 л и перемешивают массу в течение 15 мин. Сливают реакционную массу через фильтр в декантатор. Получают 2М водный раствор детоксицирующего реагента со средней молекулярной массой 136 и содержанием свободной щелочи 0,08 моль/л.

Пример 2. В реактор емкостью 250 л загружают 120 л воды, порциями по 2 кг добавляют 27,6 кг гидрооксида натрия и затем 60 кг отходов, содержащих животные белки (мездра кожевенного производства, некондиционное меховое и кожевенное сырье), трамбуя их в случае необходимости. Соотношение сырье: вода: щелочь равно 1:2,0:0,46. Открывают кран подачи пара, нагревают реакционную массу до начала циркуляции по трубопроводу, подающему пар в расширительную емкость - холодильник, и по трубопроводу, возвращающему конденсат в реактор. Процесс ведут при температуре 180°С. При полной подаче пара выдерживают массу в состоянии циркуляции в течение 15 минут. Перекрывают подачу пара в реактор и выдерживают в течение 10 минут до прекращения циркуляции. Разбалчивают крышку реактора, добавляют воду до общего объема реакционной массы 200 л и перемешивают массу в течение 15 мин. Сливают реакционную массу через фильтр в декантатор. Получают 2М водный раствор детоксицирующего реагента со средней молекулярной массой 136 и содержанием свободной щелочи 0,075 моль/л.

Пример 3. В реактор емкостью 250 л загружают 124 л воды, порциями по 2 кг добавляют 24,8 кг гидрооксида калия и затем 62 кг отходов, содержащих животные белки (мездра кожевенного производства, некондиционное меховое и кожевенное сырье), трамбуя их в случае необходимости. Открывают кран подачи пара, нагревают реакционную массу до начала циркуляции по трубопроводу, подающему пар в расширительную емкость - холодильник, и по трубопроводу, возвращающему конденсат в реактор. Процесс ведут при температуре 180°С. Соотношение отходы: вода: щелочь равно 1:2,0:0,40. При полной подаче пара выдерживают массу в состоянии циркуляции в течение 15 минут. Перекрывают подачу пара в реактор и выдерживают в течение 10 минут до прекращения циркуляции. Разбалчивают крышку реактора, добавляют 85 л воды (до общего объема реакционной массы 200 л) и перемешивают массу в течение 15 мин. Сливают реакционную массу через фильтр в декантатор. Получают 2М водный раствор детоксицирующего реагента со средней молекулярной массой 129 и содержанием свободной щелочи 0,05 моль/л.

Пример 4. Осадок городских очистных сооружений, размещенный на иловой карте с влажностью 61% в количестве 100 т (выделенная часть иловой карты), обработали путем орошения реагентом, полученным по примеру 1, предварительно разбавленным до концентрации 0,1 моль/л. Согласно данным химического анализа осадок содержал (мг/кг сухого вещества): Cu - 785, Zn - 1430, Ni - 270, Cr - 533, Pb - 128, Cd - 92, Co - 15. Необходимое количество реагента рассчитывали исходя из математического выражения:

где V - расход 1М раствора реагента, л/м ³,

m - содержание тяжелого металла в очищаемом осадке в пересчете на абсолютно сухое вещество осадка, г/кг.

Согласно расчету потребовалось 110 л 0,1 молярного раствора. Орошение поверхности осадка проводили с помощью распределяющего устройства, перемещаемого по границам иловой площадки. Распределяющее устройство представляет собой трубопровод с форсунками, устанавливаемый над поверхностью осадка; длина трубопровода равна ширине площадки. На обработку израсходовано 143 л 0,1М раствора реагента (1,3-кратный избыток) в течение 8 час. Обработанную часть иловой карты выдержали в течение 20 суток, периодически измеряя рН. На 15 сутки величина рН достигла значения 7,6 и далее не снижалась. Обработанный осадок имеет запах почвы. По данным биотестирования (согласно Приказу МПР РФ от 15 июня 2001 г. №511) полученная органоминеральная композиция нетоксична для живых организмов, является веществом 4 класса опасности. В соответствии с ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 она может применяться для восстановления продуктивности нарушенных земель с целью лесохозяйственного и рекреационного направления их рекультивации, а также в качестве сырья подготовки органических удобрений компостированием и вермикомпостированием.

Таким образом, способом согласно изобретению получают высокоэффективный реагент, успешно применяемый для детоксикации очистных сооружений.