композиция для обезвреживания сточных вод с осадком и способ обезвреживания сточных вод с осадком очистных сооружений

Формула изобретения

1. Композиция для обезвреживания сточных вод с осадком, содержащая гидраты натриевых или калиевых солей смеси аминокислот, медные или цинковые комплексы гидратов смеси аминокислот, натриевые соли ди-, три- и тетрапептидов, щелочь и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

гидраты натриевых или калиевых солей смеси аминокислот	4-8
медные или цинковые комплексы гидратов смеси
аминокислот	15-20
натриевые или калиевые соли ди-, три- и тетрапептидов	2-5
щелочь	3-4
вода	остальное

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что включает гидраты натриевых или калиевых солей смеси аминокислот и натриевые или калиевые соли ди-, три- и тетрапептидов, полученные термощелочным гидролизом отходов, содержащих животные белки, а медные или цинковые комплексы гидратов смеси аминокислот, полученные обработкой указанных гидратов раствором соли меди или цинка в присутствии раствора аммиака.

3. Способ обезвреживания сточных вод с осадком, заключающийся в подаче композиции по п.1 или 2 в поток воды с осадком, подаваемый в илоуплотнитель, предусматривающий регулирование скорости подачи композиции и ее количества, необходимого для обработки воды с осадком, для чего предварительно определяют скорость подачи очищаемой воды с осадком в илоуплотнитель, концентрацию медных или цинковых гидратов смеси аминокислот в подаваемой композиции, содержание влаги в осадке, формируемом в илоуплотнителе в процессе подачи очищаемой воды с осадком, объем илоуплотнителя, дозу медных или цинковых комплексов гидратов смеси аминокислот в пересчете на их концентрацию в композиции, равную 1 моль/дм ³, подаваемых в 1 м³ обрабатываемой воды с осадком, причем скорость подачи композиции в поток обрабатываемой воды с осадком определяют, исходя из математического выражения (I)

где U_реаг - скорость подачи композиции в поток обрабатываемой воды с осадком м ³/мин,

U_oc - скорость подачи осадка в илоуплотнитель, м³/мин,

С_компл - концентрация медных или цинковых комплексов гидратов смеси аминокислот в подаваемой композиции, моль/дм³,

Q₁ - содержание влаги в осадке, формируемом в илоуплотнителе в процессе подачи очищаемой воды с осадком, %,

N - доза медных или цинковых комплексов гидратов смеси аминокислот в пересчете на их концентрацию в композиции, равную 1 моль/дм ³, подаваемых в 1 м³ обрабатываемой воды с осадком, дм³,

а количество композиции, необходимое для обработки воды с осадком, определяют, исходя из математического выражения (2)

где V_pear - количество композиции, необходимое для обработки воды с осадком, м,

N - доза медных или цинковых комплексов гидратов смеси аминокислот в пересчете на их концентрацию в композиции, равную 1 моль/дм ³, подаваемых в 1 м³ обрабатываемой воды с осадком, дм³,

V _илоупл - объем илоуплотнителя, м³ ,

Q₁ - содержание влаги в осадке, формируемом в илоуплотнителе в процессе подачи очищаемой воды с осадком, %,

С_компл - концентрация медных или цинковых комплексов гидратов смеси аминокислот в подаваемой композиции, моль/дм³.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что подачу композиции в поток очищаемой воды с осадком осуществляют насосом-дозатором.

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений относится к получению композиции для детоксикации, обеззараживания и дегельминтизации сточных вод с осадком в очистных сооружениях и может найти применение в системе жилищно-коммунального хозяйства городов и сельских поселков.

Хозяйственно-бытовые сточные воды городов и поселков содержат до 3% твердого органоминерального осадка, относящегося к отходам II-III класса опасности и представляющего собой источник химической и биологической опасности из-за содержания в нем в значительных количествах катионов тяжелых металлов, патогенной микрофлоры и яиц гельминтов. Поэтому сточные воды нуждаются в обезвреживании: детоксикации (освобождении от токсичных примесей и в первую очередь от ионов тяжелых металлов), обеззараживании (бактерицидная обработка) и дегельминтизации (уничтожении яиц гельминтов).

Известна композиция для детоксикации осадков в очистных сооружениях, содержащая гидраты натриевых солей аминокислот, щелочь и воду [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]. Данная известная композиция является наиболее близким аналогом предлагаемой композиции.

Однако эффективность данной известной композиции недостаточно высокая.

Известен способ обезвреживания сточных вод биотермической и биологической обработкой с последующим отделением осадка от воды и складированием осадка на специально выделенных иловых картах (СНиП. 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения») [2].

Его недостатком является низкая детоксицирующая способность: осадок сточных вод, прошедших биотермическую и биологическую очистку этим известным способом и складированный на иловых площадках очистных сооружений, продолжает оставаться биологически и химически опасным отходом, а отделенная от осадка вода перед сбросом в водоемы должна подвергаться дополнительному хлорированию для ее полного обеззараживания, что повышает расход реагентов и усложняет процесс.

Известен способ, обеспечивающий совмещенную детоксикацию, обеззараживание (бактерицидную обработку) и дегельминтизацию осадков очистных сооружений путем последовательной обработки осадков очистных сооружений детоксикантом, а затем реагентом в виде водного раствора щелочи и медных или цинковых комплексов гидратов смеси аминокислот [1].

Однако эффективность этого способа не достаточно высока, причем способом предусматривается применение дорогостоящих реагентов и необходимость использования последовательно двух реагентов - бактерицида и детоксиканта.

Известен способ обеззараживания бытовых сточных вод с осадком аммиачными-аминокислотными комплексами меди (II) при их расходе 1-3,5 моля на 1 л обрабатываемой воды [Барляев А.Н. и др. Патент РФ №2172721 «Способ обеззараживания бытовых сточных вод», 1999.12.09] [3].

Недостатком способа является очень большой расход дорогостоящего реагента.

Техническим результатом, достигаемым настоящей группой изобретений, является обеспечение возможности детоксикации, обеззараживания (бактерицидной обработки) и дегельминтизации сточных вод с осадком на очистных сооружениях на ранней стадии - на стадии формирования и уплотнения осадка при исключении стадии депонирования осадка на иловых картах очистных сооружениях, упрощение и удешевление способа, повышение эффективности за счет ускорения процессов седиментации частиц, повышения степени их осаждения, подавления микрофлоры, ингибирования процессов гниения и брожения, уменьшения влажности уплотненного осадка, повышения эффективности действия флокулянтов, скорости отжима обработанного осадка, уменьшения влажности при механическом обезвоживании, обеспечения обеззараживания содержимого всего илоуплотнителя.

Указанный технический результат достигается тем, что композиция для обезвреживания содержит гидраты натриевых или калиевых солей смеси аминокислот, медные или цинковые комплексы гидратов смеси аминокислот, натриевые соли низкомолекулярных (ди-, три-, тетра-) пептидов, щелочь и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- гидраты натриевых или калиевых солей смеси аминокислот	4-8
- медные или цинковые комплексы гидратов смеси
аминокислот	15-20
- натриевые или калиевые соли ди-, три- и тетрапептидов	2-5
- щелочь	3-4
- вода	остальное

При этом композиция может включать гидраты натриевых или калиевых солей смеси аминокислот и натриевые или калиевые соли ди-, три- и тетрапептидов, полученные термощелочным гидролизом отходов, содержащих животные белки, а медные или цинковые комплексы гидратов смеси аминокислот, полученные обработкой указанных гидратов, раствором соли меди или цинка в присутствии раствора аммиака.

Достигается указанный технический результат также тем, что в способе совмещенной детоксикации, обеззараживания и дегельминтизации сточных вод с осадком, заключающемся в подаче указанной композиции в поток воды с осадком, подаваемый в илоуплотнитель, предусмотрено регулирование скорости подачи указанной композиции и ее количества, необходимого для обработки воды с осадком, для чего предварительно определяют скорость подачи очищаемой воды с осадком в илоуплотнитель, концентрацию медных или цинковых комплексов гидратов смеси аминокислот в подаваемой композиции, содержание влаги в осадке, формируемом в илоуплотнителе в процессе подачи очищаемой воды с осадком, объем илоуплотнителя и дозу медных или цинковых комплексов гидратов смеси аминокислот в пересчете на их концентрацию в указанной композиции, равную 1 моль/дм³, подаваемых в 1 м³ обрабатываемой воды с осадком, причем скорость подачи композиции в поток обрабатываемой воды с осадком определяют, исходя из математического выражения (1)

где U_реаг - скорость подачи композиции в поток обрабатываемой воды с осадком м ³/мин,

U_oc - скорость подачи осадка в илоуплотнитель, м³/мин,

С_компл - концентрация медных или цинковых комплексов гидратов смеси аминокислот в подаваемой композиции, моль/дм³,

Q₁ - содержание влаги в осадке, формируемом в илоуплотнителе в процессе подачи очищаемой воды с осадком, %,

N - доза медных или цинковых комплексов гидратов смеси аминокислот в пересчете на их концентрацию в композиции, равную 1 моль/дм ³, подаваемых в 1 м³ обрабатываемой воды с осадком, дм³,

а количество композиции, необходимое для обработки воды с осадком, определяют, исходя из математического выражения (2)

где V_реаг - количество композиции, необходимое для обработки воды с осадком, м,

N - доза медных или цинковых комплексов гидратов смеси аминокислот в пересчете на их концентрацию в композиции, равную 1 моль/дм ³, подаваемых в 1 м³ обрабатываемой воды с осадком, дм³,

V _илоупл - объем илоуплотнителя, м³ ,

Q₁ - содержание влаги в осадке, формируемом в илоуплотнителе в процессе подачи очищаемой воды с осадком, %,

С_компл - концентрация медных или цинковых комплексов гидратов смеси аминокислот в подаваемой композиции, моль/дм³.

Указанную композицию целесообразно подавать в поток очищаемой воды с осадком насосом-дозатором.

В качестве исходного сырья для получения компонентов композиции можно использовать отходы, содержащие животные белки, например, твердые и пастообразные вещества, образующиеся при переработке животного сырья: мездра мокрого и сухого сбора мехового и кожевенного производств, гольевая обрезь, отходы сортировки шкур и некондиционное меховое и кожевенное сырье, отходы волоса вентиляционного и иного вида сбора при первичной обработки шерсти, выделки меха, производства валенных изделий из натурального волоса, прядения шерсти, неутилизируемые отходы пуха и пера птицефабрик, не утилизируемые лоскут и обрезь при изготовлении изделий из шерсти, меха и кожи, уловленные отходы и флотошламы, образующиеся при очистке сточных вод меховых, кожевенных, мясо - и птицеперерабатывающих производств, производств первичной обработки шерсти, прядения шерсти и производства валенных изделий из натурального волоса. Белоксодержащие отходы подвергают термощелочному гидролизу с получением гидратов натриевых или калиевых солей смеси аминокислот - компонента композиции, выполняющего роль детоксиканта тяжелых металлов. Кроме того, в результате термощелочного гидролиза получают натриевые или калиевые соли ди-, три- и тетрапептидов - компонент композиции №3, выполняющего роль буфера с рН 10-12. Обработкой гидратов натриевых или калиевых солей смеси аминокислот 25%-ным водным NH₃ и водным раствором соли меди или цинка получают медные или цинковые комплексы гидратов натриевых или калиевых солей смеси аминокислот - компонента композиции, выполняющего роль бактерицида.

Ниже приведены примеры реализации изобретения.

Пример 1. В реактор емкостью 250 л загружают 108 л воды, порциями по 3-4 кг добавляют 23 кг гидроксида натрия и затем 65 кг отходов волоса производства валяных изделий. Открывают кран подачи пара, нагревают массу до начала циркуляции по трубопроводу, подающему пар в расширительную емкость-холодильник, и по трубопроводу, возвращающему конденсат в реактор. Процесс ведут при температуре 170°С. При полной подаче выдерживают массу в состоянии циркуляции в течение 40 мин. Перекрывают подачу пара в реактор и выдерживают в течение 15 мин до прекращения циркуляции. Разбалчивают крышку реактора, добавляют воду до общего объема реакционной массы 200 л и перемешивают массу в течение 15 мин. Реакционную массу сливают через фильтр в декантер. Получают 2 М водный раствор гидратов натриевых солей смеси аминокислот со средней молекулярной массой 140 и содержанием свободной щелочи 0,08 моль/дм ³.

В реактор емкостью 250 л загружают 108 л воды, порциями по 3-4 кг добавляют 15 кг гидроксида натрия и затем 60 кг отходов волоса производства валяных изделий. Открывают кран подачи пара, нагревают массу до начала циркуляции по трубопроводу, подающему пар в расширительную емкость-холодильник, и по трубопроводу, возвращающему конденсат в реактор. Процесс ведут при температуре 130°С. При полной подаче выдерживают массу в состоянии циркуляции в течение 20 мин. Перекрывают подачу пара в реактор и выдерживают в течение 15 мин до прекращения циркуляции. Разбалчивают крышку реактора, добавляют воду до общего объема реакционной массы 200 л и перемешивают массу в течение 15 мин. Реакционную массу сливают через фильтр в декантер. Получают 2 М водный раствор натриевых солей ди-, три и тетрапептидов со средней молекулярной массой 290 и буферной емкостью 1,5 моль/дм³.

В реактор емкостью 1 м³ загружают 115 л 25%-ного водного раствора аммиака (плотность 0,906 кг/м ³) и насосом-дозатором добавляют 385 л 2 молярного водного раствора медного купороса при температуре не выше 35-45°С и перемешивают полученную массу в течение 3-5 мин. Затем при перемешивании добавляют 500 л 1 М водный раствор гидратов натриевых солей смеси аминокислот и 5 кг (порциями по 200-300 г) гидроксида натрия. Получают 1 м³ 2 М водного раствора медных комплексов гидратов смеси аминокислот со средней молекулярной массой 140 и содержанием медных комплексов гидратов смеси аминокислот 1 моль/дм³.

В емкости смешивают 1 м³ 1,5 М водного раствора гидратов натриевых солей смеси аминокислот, 0,3 м³ 1,6 М водного раствора натриевых солей ди-, три- и тетрапептидов и 4 м ³ 1,5 М водного раствора медных комплексов гидратов смеси аминокислот.Получают композицию, содержащую, мас.%:

- гидраты натриевых солей смеси аминокислот - 4,0;

- медные комплексы гидратов смеси аминокислот - 15,0;

- натриевые соли ди-, три- и тетрапептидов - 2,0;

- щелочь (гидро оксид натрия) - 3,0;

- вода - остальное.

Пример 2. В емкости смешивают 1,5 м³ 2 М водного раствора гидратов натриевых солей смеси аминокислот, 0,3 м³ 1,6 М водного раствора натриевых солей ди-, три- и тетрапептидов и 6,5 м ³ 2 М водного раствора медных комплексов гидратов смеси аминокислот.

Получают композицию, содержащую, мас.%:

- гидраты натриевых солей смеси аминокислот - 5;

- медные комплексы гидратов смеси аминокислот - 20,0;

- натриевые соли ди-, три- и тетрапептидов - 2,0;

- щелочь (гидрооксид натрия) - 3,0;

- вода - остальное.

Пример 3. В емкости смешивают 2 м³ 2 М водного раствора гидратов натриевых солей смеси аминокислот, 0,3 м³ 1,6 М водного раствора натриевых солей ди-, три- и тетрапептидов и 4,7 м³ 2 М водного раствора медных комплексов гидратов смеси аминокислот. Получают композицию, содержащую, мас.%:

- гидраты натриевых солей смеси аминокислот - 8,0;

- медные комплексы гидратов смеси аминокислот - 17,6;

- натриевые соли ди-, три- и тетрапептидов - 5,0;

- щелочь (гидрооксид натрия) - 4,0;

- вода - остальное.

Пример 4. Приготовление композиции проводят как описано в примере 1, используя вместо гидроксида натрия гидрооксид калия. Получают композицию, содержащую, мас.%:

- гидраты калиевых солей смеси аминокислот - 4;

- медные комплексы гидратов смеси аминокислот - 15,8;

- калиевые соли ди-, три- и тетрапептидов - 2,6;

- щелочь (гидрооксид калия) - 3,0;

- вода - остальное.

Пример 5. Приготовление композиции проводят как описано в примере 1, используя вместо медного купороса сульфат цинка. Получают композицию, содержащую, мас.%:

- гидраты натриевых солей смеси аминокислот - 4,0;

- цинковые комплексы гидратов смеси аминокислот -15,8;

- натриевые соли ди-, три- и тетрапептидов - 2,6;

- щелочь (гидрооксид натрия) - 3,0;

- вода - остальное.

Пример 6. В илонакопитель (объем 15000 м³) подаются сточные воды после первой ступени очистки со скоростью 5000 м ³/ч. Содержание осадка в сточных водах 2%. Скорость подачи осадка 100 м³/ч. Согласно данным химического анализа уплотненный осадок (влажность 98%) содержал (мг/кг сухого вещества): Cu - 185, Zn - 500, Ni - 144, Cr - 100, Pb - 324, Cd - 10, Co - 43. Микробиологическая зараженность: энтерококки - 10000 кл/г, индекс БГКП (кишечная палочка) - 5000 кл/г, патогенная микрофлора - 10 кл/г, яйца гельминтов - 10 экз/кг. Категория загрязнения сточных вод, включая осадок, чрезвычайно опасная. Одновременно насосом-дозатором вводится композиция по п.1 со скоростью 0,9 м³/мин. Всего для обработки илонакопителя потребовалось 135 м³ композиции по п.1.

Для обработки воды с осадком произвели необходимые замеры и по ним рассчитали скорость подачи композиции (реагента), исходя из математического выражения (1), а количество композиции, необходимое для обработки вод с осадком, определяли, исходя из математического выражения (2).

Время контакта композиции со сточными водами, включая осадок, соответствует времени нахождения массы в илонакопителе (илоуплотнителе) и составляет до 10 часов.

Химический и микробиологический анализы осадка, отобранного из илоуплотнителя, показали, что он имеет 4-й класс опасности и категорию загрязения - чистая. Осадок из илоуплотнителя направлен в цех механического обезвоживания и получена органоминеральная композиция, имеющая запах почвы. Она не требует складирования на иловых картах. По данным биотестирования (согласно Приказу МПР РФ от 15 июня 2001 г. №522) полученная из осадка сточных вод органоминеральная композиция не токсична для живых организмов и в соответствии с ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 может применяться для восстановления продуктивности нарушенных земель с целью лесохозяйственного и рекреационного направления их рекультивации, а также как сырье для производства органических удобрением компостированием и вермикомпостированием.

Таким образом, композиция и способ согласно изобретению позволяют повысить эффективность очистки сточных вод, ускорить и упростить этот процесс за счет совмещения процедур детоксикации, обеззараживания (бактерицидной обработки) и дегельминтизации в одной процедуре, обеспечивают возможность использования продукта обработки осадка сточных вод в качестве ценного органоминерального удобрения.