Спосіб утилізації осаду стічних вод, забруднених важкими металами і радіонуклідами

Реферат: Спосіб утилізації осадів стічних вод передбачає знезараження, змішування та сушіння осаду. Знезараження осаду проводять термічним способом в печах різного типу (конвеєрних, забезпечених конвеєрною стрічкою, конвеєрних, забезпечених кошиками, типу політ, барабанних, зі зваженим шаром і т. д.), де товщина шару осаду не більше 5 см, час знезараження 30 хвилин, температура всередині печі 150-200 °С, температура всередині шару 70-80 °С. Після чого в знезаражений осад вводять біологічно активний компонент-компост або готове добриво в співвідношенні на 2 частини знезараженого осаду 1 частина біологічного компонента і витримують отриману суміш протягом декількох діб при температурі 30-40 °С аеробним способом і вологості суміші не менше 30 %. UA 117328 U (12) UA 117328 U UA 117328 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до екологічного захисту природи від відходів стічних вод та до комунального господарства й може знайти застосування при утилізації шламів стічних вод і мулових осадів, що містять важкі метали і радіонукліди. Крім того, Запропонований спосіб можна буде використовувати і для отримання добрив з відходів тваринництва (гною, курячого посліду, мулових залишків тощо). Наразі відома велика кількість способів утилізації осадів стічних вод. Найчастіше для утилізації осадів стічних вод і отримання з них добрив використовують компостування. Компостування є тривалим процесом, що протікає під впливом дуже великого числа бактерій. Для того, щоб в процесі компостування відбувалося знищення патогенних організмів, що містяться в осадах, осади, як правило, змішують з деревними залишками, соломою та іншими рослинними матеріалами (патент РФ № 2494083, 2489414), що перевищують по своїй масі осади у 3 і більше разів. Розкладання деревних і інших рослинних залишків у загальній масі супроводжується виділенням великої кількості тепла, що приводить до підвищення отриманої маси до температури близько 70 °C і знезараження всієї компостованої маси. Основним недоліком такого компостування є те, що це дуже тривалий процес, він займає кілька місяців. У країнах з теплим кліматом він може проводитися цілий рік, а в країнах з тривалими періодами зими і осені, тільки в літній час. Таким чином в країнах середніх широт в холодні періоди року осади будуть накопичуватися. Крім того, для розташування станцій компостування необхідне виділення значних по площі спеціально обладнаних ділянок, досить віддалених від житлової забудови, тому що цей процес супроводжується виділенням великої кількості речовин з неприємним запахом, уловлювання та знешкодження яких неможливо. Розповсюдження речовин з неприємним запахом привертає велику кількість птахів і комах, які можуть розносити патогенні мікроорганізми з осадів на великі території. У періоди опадів компостні ділянки також становлять небезпеку для навколишнього середовища, тому що шкідливі речовини і мікроорганізми можуть проникати зі зливними водами в ґрунт і поверхневі води, забруднюючи і заражаючи їх. Отже, компостування осадів і мулових залишків як спосіб очищення стічних вод не забезпечує зниження рухливості токсичних компонентів, в тому числі важких металів і радіонуклідів, має температурні та кліматичні обмеження, потребує досить великого часу для реалізації, що в своїй сукупності є важливим недоліком такого способу. Проте, прискорити процес знезараження осадів стічних вод можна в результаті використання термічних способів обробки, а також обробкою хімічними реагентами, різними видами випромінювань. З цих варіантів обробки осадів найбільш прийнятним є термічна обробка, тому що для цього способу не потрібно складного обладнання, не виникає небезпека ураження обслуговуючого персоналу різними видами випромінювань, а отримане добриво на забруднюється сторонніми хімічними речовинами. Найбільш близькими до заявленого способу є спосіб одержання органо-мінеральних добрив (патент РФ на винахід № 2064473 (публ. 27.07.1996) і способ получения органоминеральной удобрительной смеси (WO2010147503). Відповідно до патенту РФ № 2064473 осади стічних вод знезаражують термічним способом, а потім обробляють ферментацію утвореної маси сумішшю адаптованих культур азот- і нітробактерій. Даний спосіб дозволяє отримати якісне добриво, однак вимагає попереднього вирощування адаптованих культур, крім того цей спосіб не дозволяє знизити рухливість металів, в тому числі важких, в осаді і тому його недоцільно застосовувати для отримання добрив з осаду і мулових залишків, забруднених важкими металами та іншими токсикантами. Згідно з патентом WO2010147503 як детоксикант використовують гумат натрію, який вводять у вигляді дрібнодисперсного фракції в осади стічних вод. Гумат переводить іони важких металів в нерозчинні стійкі сполуки. Однак, використання гуматів збільшує біомасу рослин, внаслідок чого збільшується винос з ґрунтів важких металів (Савич В.И., Седых В.А., Гераськин М.Н. Охрана почв. учебник. - ООО "Проспект", 2016). Крім того, введення гуматів в добриво збільшує його собівартість. В основу корисної моделі поставлена задача розробити такий спосіб утилізації осадів стічних вод, який би дозволив отримати комплексне органо-мінеральне добриво навіть з осаду і мулових залишків від біологічної очистки стічних вод, забруднених важкими металами та радіонуклідами. Поставлена задача вирішується тим, що заявлено спосіб утилізації осаду стічних вод, забруднених важкими металами і радіонуклідами, який включає термічне знезараження осаду стічних вод, подальше змішування прогрітого осаду з біологічно активним компонентом і витримку отриманої суміші протягом 5-7 днів при температурі 30-40 °C і вологості не менше 30 %, а також введення в суміш сорбенту, що знижує рухливість токсичних елементів. 1 UA 117328 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Як біологічно активний компонент використовується компост або готове добриво, отримане за запропонованим способом. Біологічно активний компонент і осад змішують у співвідношенні по масі 1:2 відповідно. Знезараження осаду ведуть в тонкому шарі (не більше 5 см) протягом 30 хвилин при температурі всередині шару 70-80 °C. Вибір товщини шару обумовлений тим, що при більшій товщині втрачаються переваги в швидкості знезараження та сушіння та заснований на експериментальних даних, зокрема були перевірені варіанти знезараження осаду в шарах товщиною 1, 2, 3, 4, 5, 6 і більше см. При прогріванні шарів товщиною до 5 см знезараження досягалося за 30 хвилин і менше, при більшій товщині для повного знезараження потрібно нагрівати суміш в протягом години і більше, що призводило до високих енергетичних витрат. Тому, виходячи з економічної доцільності було обрано товщину шару 5 см. При меншій товщині шару час прогріву можна зменшити, але при цьому знижується загальна продуктивність установки. Термічне знезараження ведуть в печах різного типу (конвеєрних, забезпечених конвеєрною стрічкою, конвеєрних, забезпечених кошиками, типу політ, барабанних, зі зваженим шаром тощо). Вибір температурного режиму ґрунтується на літературних даних та перевірено експериментально. Для повного знезараження осадів необхідна витримка при температурі не нижче 55 градусів, однак при такій температурі знезараження осадів згідно з літературними даними відбуватися протягом 15 діб (Лотош В.Є. Утилізація каналізаційних стоків та осадів lotosh.1gb.ru/fopp/txt/sewageutil.pdf). Повне знезараження осадів за короткий час досягається при 70-80 °C, що також підтверджено експериментально. Для зниження рухливості токсичних елементів в термічно знешкоджений осад з вологістю 70-75 % разом з біологічною добавкою вводять сорбент, наприклад бентонітову глину. Витримка суміші після додавання біологічної добавки аеробним способом протягом 5-7 днів при температурі 30-40 °C і вологості не менше 30 % ґрунтується на літературних даних (так в патенті РФ 2064473 температура витримки суміші після додавання адаптованих культур становить 32-36 °C. Автором було перевірено мінімальну температуру 30 °C, а час витримки встановлено експериментально. Приклад 1. Обробці піддавалися осади стічних вод після зневоднення на центрифугах з вологістю 80 %. Осад розміщувався в металеву корзину шаром 5 см. Термічне знезараження здійснювалося в печі з електричним нагрівом, протягом 30 хвилин при температурі 70-80 °C усередині осаду. Після знезараження отриманий продукт вологістю 75 % змішувався з готовим компостом (добривом) вологістю 25-30 % в співвідношенні 2:1 (на 2 частини знезараженого продукту 1 частина компосту або добрива) при цьому отримували суміш вологістю 40-45 %, яку витримували при температурі 30-36 °C протягом 4-5 діб. Після витримки в зазначених умовах отримане добриво не мало неприємного запаху, вміст біогенних компонентів становило - азот 3,5-4,0 % від сухого залишку; - фосфор (у перерахунку на Р2О5) - 1,0-1,1 %; - калій (в перерахунку на K2О) - 1,5-1,8 %; - бактеріальна забрудненість за показником (колі-індексом) відсутня, що відповідає вимогам, що пред'являються до органічних добрив. Приклад 2. Обробці піддавалися зневоднені осади у суміші з активним мулом, вологістю 9597 %. У прогріту суміш осаду з активним мулом вводили сорбент (бентонітову глину) в кількості 10-20 % від сухого залишку. Все ретельно перемішували до отримання однорідної маси. Потім отриману суміш зневоднювали на вакуум-фільтрі, змішували з компостом (готовим добривом), витримували в умовах, зазначених у прикладі 1, для видалення запаху і дозрівання добрива, висушували. Проводили визначення валового вмісту важких металів і вмісту рухомих форм важких металів за відомими методиками в отриманому добриві і у вихідній суміші осаду з активним мулом. Як контрольні метали були вибрані свинець і мідь. Результати визначення валового вмісту і рухомих форм важких металів показали, що валовий вміст важких металів в отриманому добриві відповідав їх вмісту в вихідному осаді і його суміші з активним мулом, а вміст рухомих форм важких металів в отриманому добриві зменшилася: - свинцю в 2-2,5 разу; - міді в 2,5-3 рази. Якість отриманих добрив було перевірено на тест-рослинах. Перевірка показала, що маса тест-рослин, вирощених на ґрунті після внесення отриманого добрива, перевищувала масу тест-рослин, вирощених на ґрунті без додавання добрива в 1,2-1,3 разу, а довжина тест-рослин відповідно зросла в 1,4-1,5 разу. Таким чином, запропонований спосіб утилізації осаду стічних вод є екологічно безпечним, швидким та циклічним, що дозволяє створити замкнуту систему обробки осаду. 2 UA 117328 U Спосіб дозволяє підвищити ступінь очищення ОСВ від важких металів та знезараження від хвороботворних мікроорганізмів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 1. Спосіб утилізації осадів стічних вод, що передбачає знезараження, змішування та сушіння осаду, який відрізняється тим, що знезараження осаду проводять термічним способом в печах різного типу (конвеєрних, забезпечених конвеєрною стрічкою, конвеєрних, забезпечених кошиками, типу політ, барабанних, зі зваженим шаром і т. д.), де товщина шару осаду не більше 5 см, час знезараження 30 хвилин, температура всередині печі 150-200 °С, температура всередині шару 70-80 °С, після чого в знезаражений осад вводять біологічно активний компонент-компост або готове добриво в співвідношенні на 2 частини знезараженого осаду 1 частина біологічного компонента і витримують отриману суміш протягом декількох діб при температурі 30-40 °С аеробним способом і вологості суміші не менше 30 %. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для утилізації осадів, забруднених важкими металами та радіонуклідами, рухливість токсикантів (важких металів і радіонуклідів) знижують введенням в термічно знезаражений продукт сорбенту в кількості 10-20 % від вмісту сухої речовини у вихідному осаді. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що як сорбент використовують бентонітову глину з високим вмістом монтморилоніту або інший мінеральний сорбент, який має високу сорбційну ємність відносно важких металів і радіонуклідів, наприклад цеоліт, палигорськіт, шунгіт і інші. Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3