Спосіб одержання комплексного органо-мінерального добрива на основі побутових відходів (тверді побутові відходи та осад стічних вод)

Спосіб одержання комплексного органомінерального добрива на основі побутових ВІДХОДІВ (тверді побутові відходи і осад стічних вод), який включає сепарацію, подрібнення та розкладання органічної складової твердих побутових ВІДХОДІВ концентрованою сірчаною кислотою з оксидом марганцю, фільтрацію та нейтралізацію залишкової кислотності лужним агентом, який відрізняється тим, що процес розкладання ведуть 20 - 40 хвилин після чого концентрацію сірчаної кислоти у суміші доводять до 15-20%, використовуючи воду і цей процес мокрого спалювання ведуть 1,5-2 години після чого до отриманої суміші додають осад стічних вод у співвідношенні 1 0 , 5 - 1 З повітряного середовища продуктами спалювання, потреба в дорогому (імпортному) устаткуванні Відомий спосіб одержання органомінерального добрива у якому для поліпшення його якості ОСВ змішують з розчином сірчаної кислоти концентрацією 3 - 5% при 40 - 70С протягом 10 - 20хв для зв'язування важких металів в ОСВ і попередження забруднення довкілля Потім отриману суміш фільтрують на барабанному вакуумному фільтрі а залишкову кислотність осаду нейтралізують лужними елементами [1] Найбільш близьким за технічною суттю є спосіб одержання органо-мшеральної суміші для підвищення родючості ґрунту на основі твердих побутових ВІДХОДІВ [2] де розклад органічної складової (ТВП) виконують концентрованою сірчаною кислотою з оксидом марганцю, фільтрують та нейтралізують залишки кислотності лужними агентами Способи самі по собі окремі, хоч і переслідують одну і ту ж мету - отримання органомінерального добрива з використанням сірчаної кислоти для переробки ТПВ - 70 - 80% H2SO4 і о> 5 о ю 50419 ОСВ 3 - 5% H2SO4 при t = 40 - 70°C Як в ВІТЧИЗНЯНІЙ, так і СВІТОВІЙ літературі, судячи по проведеному патентному пошуку, нами не знайдено аналогів по запропонованому способу на винахід по комплексній переробці ТПВ і ОСВ у сукупності В основу винаходу поставлена задача удосконалення технології одержання комплексного органо - мінерального добрива на основі побутових ВІДХОДІВ (ТПВ і ОСВ) за рахунок розширення функціональних можливостей технології переробки ТПВ і ОСВ, та забезпечення енергетичної самодостатності процесу, підвищити якість та екологічну ЦІННІСТЬ отримуваного добрива Поставлена задача досягається тим, що у відомому способі одержання суміші органо - мінерального добрива з побутових ВІДХОДІВ (ТПВ і ОСВ), який включає сепарацію, подрібнення та розкладання органічної складової ТВП концентрованою сірчаною кислотою з оксидом марганцю, фільтрацію та нейтралізацію залишкової кислотності лужним агентом, який у ВІДПОВІДНОСТІ ДО винаходу процес розкладання ведуть 20 - 40 хвилин після чого концентрацію сірчаної кислоти у суміші доводять до 15 - 20%, використовуючи воду і цей процес мокрого спалювання ведуть 1,5-2 години після чого до отриманої суміші додають ОСВ у співвідношенні 1 0 , 5 - 1 З Спосіб реалізується таким чином попередньо відсепаровані ТПВ (які містять 90 - 95% вуглеводів, клітковини і целюлози) засипаються в спеціальну ємність (реактор) і заливаються 70 - 80% сірчаною кислотою (технічною, оптова ціна до 30коп за 1кг) при атмосферному тиску і перемішуються При цьому виділяється велика КІЛЬКІСТЬ тепла до + 80°С Сірчану кислоту беруть із розрахунку 1кг на 5кг ТПВ, а оксид марганцю 0,04 - 0,5г на 1 кг сірчаної кислоти, далі по закінченню 20 - 40хв добавляють технічну воду з перемішуванням, доводячи концентрацію сірчаної кислоти в суміші не менш 15 - 20%, при цьому самонагрів суміші коливається від 120 - 140°С Мокре спалювання проходить за часом від 1 до 2 годин, у залежності від вмісту в ТПВ органічних інгредієнтів, як по якості, так і по розмірах Прискорення процесу гідролізу ТПВ досягається його подрібненням Збудники різноманітних хвороб, яйця гельмінтів, волосоголова, аскарид, анкилостоміди, остриць, а також різноманітні ентомошкідники занесені з залишками ВІДХОДІВ ОВОЧІВ та листя, які знаходяться в ТПВ, цілком гинуть від високої температури й агресивності середовища, що дає можливість одержати умовно стерильну речовину При досягненні вище вказаної концентрації H2SO4 не менш 15 - 20% (контроль проводиться вимірюванням реакції середовища рН) і температури суміші не менше 70 - 75°С (додаткове тепло забирається любим відомим теплообмінником і може бути використане для господарських потреб), добавляють ОСВ при співвідношенні суміші до ТПВ 1 0,5 - 1 3 протягом 5 - Юхв при перемішуванні критерій Рейнольдса (1 * 105) Після вилуговування осад фільтрують на ремінному прес - фільтрі Збезводнений осад додають в змішувач, де проводять нейтралізацію кислотності (тобто встановлення значення рН в запланованому інтервалі (6 - 8) суміші з використанням недорогих лужних агентів з обов'язковим вмістом кальцію (відходи виробництв дефекат, шлами, шлаки, зола і т д ), а також незначних добавок 1 0,5 лесу або лесовидного суглинку для зв'язування рухомих форм важких металів і переведення їх в нерухомі За рахунок того, що лес і лесовидний суглинок містить крім СаСОз, різноманітні вторинні колоїдно - дисперсні мінерали типу каолінітів і монтморилонітів, які мають здатність переводити рухомі важкі метали в нерухомі форми, тобто фіксувати їх у кристалічній решітці, а карбонат кальцію нейтралізує залишкову кислотність В отриманий фільтрат додають NaOH до реакції рН = 10, а осад гідроксидів металів піддають висушуванню і наступній переробці для розділення металів Використання для вилуговування 15 - 20% розчину сірчаної кислоти призводить до ефективного виділення з суміш що утворилася (підданих мокрому спалюванню ТПВ і ОСВ) таких важких металів як Zn, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni, Co і ш Винахід дозволяє одночасно проводити переробку ТПВ і ОСВ в органо-мшеральне добриво з вмістом найбільш цінних для агрономії елементів живлення (у перерахунку на суху речовину) 0,9 2,7%N, 0,3 - 7,0 К2О, 0,7 - 1,9% Р2О5, до 20 - 25% Са, до 10 - 20%С, підвищення якості і екологічної безпеки отримуваних продуктів за рахунок максимального зниження вмісту в них важких металів Приклад 1 Відомий спосіб Осад для вилуговування подають в реактор з нержавіючої сталі з мішалкою, потім добавляють воду і сірчану кислоту до отримання концентрації H2SO4 0,86моль/дм3 (5% - ний розчин) при співвідношенні твердої і рідкої фаз 1 5 Далі перемішують суміш при значеннях критерію Рейнольдса (1 * 105) і при 30С протягом 20хв Після вилуговування суміш фільтрують на ремінному прес - фільтрі Відфільтрований осад подають в змішувач для нейтралізації залишкової кислотності при допомозі гідроксиду кальцію до рН суміші 7,5 Фільтрат при допомозі NaOH доводять до рН = 10 Приклад 2 Процес обробки ОСВ проводять за методикою яка описана вище в суті винаходу, але вилуговування ведуть розчином H2SO4 концентрацією 15 - 20% в реакторі з сталі Х18Н10Т Після вилуговування суміш фільтрують на ремінному прес - фільтрі Відфільтрований осад подають в змішувач для нейтралізації залишкової кислотності з використанням дефекату, шламу, шлаку, золи, інших ВІДХОДІВ виробництва які мають нейтралізуючі властивості, а також лесу або лесовидного суглинку доводячи значення рН суміші до потрібних показників (6 - 8) Залишковий вміст важких металів в ОСВ, у ВІДПОВІДНОСТІ з наведеними прикладами, відображено в таблиці 1 50419 Таблиця 1 Метали Цинк Кадмій Нікель Кобальт Залізо Марганець Свинець Мідь Хром Вміст важких металів в пробах (мг/ 1кг сухої речовини) Вихідний Приклад 1 Приклад 2 зразок 700 25 5 10 6 Сліди 250 180 10 не виявлено не виявлено не виявлено 20000 2300 500 1200 120 ЗО 200 15 2 600 310 40 700 570 210 У всіх прикладах випробовувався осад стічних вод міської каналізації відібраний на муловій пло щадці № 3 3 ділянки 1 Безлюдівської очисної с п о руди м Х а р к о в а В т а б л и ц і 2 приведені окремі агрономічні характеристики д о с л і д ж у в а н о г о О С В Таблиця 2 Вологість ,% РН водне 85 7,6 Вміст ОСНОВНИХ елеме- Вміст органічної речонтів живлення в % вини, % N Р К 4,58 2,8 0,42 48 В т а б л и ц і 3 н а в е д е н а агрохімічна характеристика отриманого комплексного органом і н е р а л ь н о г о д о б р и в а меліоранту на основі сукупної п е р е р о б к и Т П В + О С В Таблиця З Загальний вміст основОрганічна Са + + Мд + + них елементів с,% речовина, % N Р К Мг-екв/100г 1 Опад листя + ОСВ* 26,46 4,0 0,78 0,7 0,3 5,2 22,2 92,6 488,47 2 ТПВ + опад листя + ОСВ** 25,92 7,2 2,7 1,9 3,0 11,9 37,9 114,72 573,45 Примітки мокре спалювання (1 цикл) проводилося з опадом листя призначеного для вивезення на звалище, * теж саме + ТПВ (різноманітні харчові і паперові відходи) Зразок КОМД % вологи РН водне В 2 0 0 0 - 2001 роках були п р о в е д е н н і серійні л а б о р а т о р н і і польові дослідження з вивчення впливу к о м п л е к с н о г о о р г а н о - м ш е р а л ь н о г о д о б р и ва (КОМД) на ріст рослин, грунт і в цілому на довкілля Для досліджень використовувалися (КОМД) отримані в л а б о р а т о р н и х умовах Вони х а р а к т е р и з у в а л и с я т а к и м и а г р о н о м і ч н и м и показниками (в перерахунку на суху речовину) N - 0,9 2,7%, К 2 О - 0,3 - 7,0%, Р 2 О 5 - 0,7 - 1,9%, С а - 2,0 2,5%, рН = 6 - 8 , С - 5 - 1 2 % , лігніну від 20 до 4 0 % П р о в е д е н н і нами дослідження я к в польових т а к і в л а б о р а т о р н и х умовах на лісових (сосна звичайна, дуб червоний) і сільськогосподарських (тест - культура салат) культурах виявили приріст в р о ж а ю і п о к р а щ а н н я його якості, з б і л ь ш е н н я вмісту елементів м і н е р а л ь н о г о ж и в л е н н я в ґрунті, гумусу, азоту, ф о с ф о р у , калію, п о л і п ш е н н я деяких водно фізичних і агрохімічних властивостей ґрунту Н а в е д е м о деякі результати д о с л і д ж е н ь з використання комплексної органо-мшеральної суміші отриманої з а п р о п о н о в а н и м с п о с о б о м П о л ь о в и й дослід у л і с о в о м у р о з с а д н и к у на темно - с і р о м у о п і д з о л е н о м у ґрунті Д о с л і д ж е н н я п р о в о д и л и с я на сіянцях дуба ч е р в о н о г о п е р ш о г о року в и р о щ у в а н н я , т а б л и ц я 4, 5, 6 Н о р м а внесення органо-мінерального д о б р и ва 20т/га Як видно з т а б л и ц ь К О М Д у всіх випадках п о з и т и в н о впливає на ріст СІЯНЦІВ І п о к р а щ а н н я родючості ґрунтів Біометричні показники однорічних СІЯНЦІВ дуба ч е р в о н о г о в ДОСЛІДІ з в и к о р и с т а н н я м О М Д і К О М Д приведені у т а б л и ц і 4 Таблиця 4 Варіант Котроль ОМИ, 20т/га КОМД, 20т/га Середня висота, см 12,06 Середня Середній Середній висота в діаметр в діаметр % стосов% стосовкореневої но контно контшийки, мм ролю ролю 100 3,6 100 20,9 170 3,7 103 21,68 180 5,2 140 Повітряно - суха маса надземної і підземної частин однорічних СІЯНЦІВ дуба ч е р в о н о г о в Д О С Л І Д І з використанням О М Д і КОМД приведена утаблиці 5 Таблиця 5 Варіант Котроль ОМД, 20т/га КОМД, 20т/га Середня надземна і підземна маси одного сіянцю, г Стовбурець Листя Разом Коріння 1,4 2,13 3,53 6,5 2,28 1,78 4,06 6,1 1,59 2,33 3,92 7,2 середні показники висоти і діаметру кореневої шийки в о д н о р і ч н и х СІЯНЦІВ дуба ч е р в о н о г о в Д О СЛІДІ у варіанті з в и к о р и с т а н н я м К О М Д ВІДПОВІДНО на 80 і 4 0 % п е р е в а ж а ю т ь аналогічні значення кон Загальна маса 10,03 10,16 11,12 т р о л ь н и х (табл 4) З р о с т а є повітряно - суха маса надземної і підземної частин р о с л и н у варіантах з застосуванням О М Д і К О М Д 50419 Агрохімічні показники темно - сірого опідзоле приведені утаблиці 6 ного ґрунту в ДОСЛІДІ з використанням ОМД і КОМД Таблиця 6 Варіант Котроль ОМД, 20 т/га КОМД, 20 т/га С, % РН водне NO3 1,33 1,38 1,48 6,3 6,7 6,9 0 0,06 0,46 К О М Д (табл 5), о с о б л и в о слід ВІДМІТИТИ, Щ О важливо д л я СІЯНЦІВ, це з б і л ь ш е н н я маси кореневої с и с т е м и З а всіма п а р а м е т р а м и відмічається поліпшення агрохімічних властивостей ґрунту в удобрених варіантах, о с о б л и в о а к т у а л ь н е збільш е н н я вмісту органічного вуглецю (табл 6) Л а б о р а т о р н и й дослід у вегетаційних п о с у д и нах В и в ч а л а с я врожайність рослин крес-салату на ґрунті (типовий чорнозем) і відмитому к в а р ц о в о м у піску В и п р о б о в у в а л и с ь норми внесення 20 і 30т/га К О М Д Згідно отриманих даних, м о ж н а зробити висновок п р о т е , щ о о с о б л и в о чітко позитивний Р2О5 NH4 К2О 0,97 1,56 3,25 7,23 18,75 18,95 Мг/ЮОг 0,23 0,75 0,87 вплив К О М Д на з б і л ь ш е н н я кореневої і надземної маси крес-салату п р о я в л я є т ь с я на піску (таблиця 7) У варіанті з внесенням К О М Д 20т/га маса коріння в порівнянні з контролем б і л ь ш а в 4 рази, а маса надземної частини в 5,5 рази Щ е з н а ч н і ш е з б і л ь ш е н н я цих показників відбулося у варіанті з в н е с е н н я м К О М Д 30т/га, у 8 і 7 разів ВІДПОВІДНО Незначне збільшення надземної і підземної частин крес-салату відбулося і після внесення К О М Д на т а к и х родючих ґрунтах я к т и п о в и й ч о р н о з е м Повітряно - суха маса надземної і підземної частин крес-салату в ДОСЛІДІ у вегетаційних посудах з в и к о р и с т а н н я м К О М Д п р и в е д е н а у т а б л и ц і 7 Таблиця 7 Варіант Котроль КОМД, 20т/га КОМД, 30т/га Грунт (звичайний чорнозем) Маса надземної частиМаса коріння, г ни, г 2,39 0,31 2,03 0,36 2,21 0,40 Виходячи з в и щ е в и к л а д е н о г о , використання з а п р о п о н о в а н о г о способу о д е р ж а н н я к о м п л е к с н о го о р г а н о - м і н е р а л ь н о г о д о б р и в а на основі побутових ВІДХОДІВ (ТВП і О С В ) д о з в о л я є с у м і с н о утилізувати Т П В (органічну складову) і ОСВ в к о м п л е к с н е органо-мінеральне добриво (КОМД) В н а й к о р о т ш и й т е р м і н вирішити п р о б л е м у з органічною ч а с т и н о ю Т П В (яка може становити в окремих випадках д о 8 0 % від загальної КІЛЬКОСТІ Т Б В І с к л а д а т и с я з харчових ВІДХОДІВ, паперу, о п а д у л и с т я , ВІДХОДІВ деревообробної і лісопильної галузей, ВІДХОДІВ т в а р и н н и ц т в а , текстильної промисловості і ш ) т а О С В , а т а к о ж їх о б е з з а р а ж е н н я від різних носив інфекцій, зв'язування рухомих ф о р м важких металів і цілої низки п р о б л е м котрі потребують свого вирішення Зокрема 1 О т р и м а н н я універсального мелюранту рег у л ь о в а н и м и властивостями р о з ш и р ю є можливості і с ф е р и його застосування П е р ш за все це - сільське і лісове господарство, меліорація солонців і солончаків, котрі з а й м а ю т ь значні території на ПІВД Н І України, з е м е л ь з поганими в о д н о ф і з и ч н и м и властивостями, освоєння техногенно - порушених земель, (біологічна рекультивація в районах відкритого видобутку корисних к о п а л и н , шламо - і ш л а к о с х о в и щ , котрі у т в о р и л и с я в результаті Д І Я ЛЬНОСТІ гірничо - збагачувальних п і д п р и є м с т в і т е п л о в и х електростанцій, місць видобутку нафти і підземного в и п л а в л я н н я сірки, закритих з в а л и щ ТПВ), л і с о п а р к о в е будівництво і створення зелених зон на з а с о л е н и х грунтах вздовж морських узбереж, тобто, о с в о є н н я і притягнення в госпо Пісок Маса надземної частиМаса коріння, г ни, г 0,08 0,02 0,32 0,11 0,64 0,14 д а р с ь к и й оббіг які раніше не використовувалися у виробничій сфері 2 В и к о р и с т а н н я К О М Д , які містять б і л ь ш е 1 0 % органічного вуглецю, д о з в о л и т ь вирішити о д н у з найважливіших п р о б л е м с у ч а с н о г о сільськогоспод а р с ь к о г о виробництва - з а б е з п е ч е н н я б е з д е ф і ц и т н о г о б а л а н с у гумусу в ґрунті 3 В к л ю ч и т и в т е х н о л о г і ю переробки такі виробничі відходи я к дефекат, ш л а м , шлаки, зола, щ о з а й м а ю т ь сотні гектарів родючих ґрунтів, а по накопичених об'ємах т і л ь к и д е ф е к а т займає сотні МІЛЬЙОНІВ тон, і т п 4 П е р е р о б к а Т П В і О С В в безпосередній б л и зькості від населених пунктів, д а є м о ж л и в і с т ь о т р и м а н н я місцевих о р г а н о - м ш е р а л ь н и х добрив, котрі мало в чому поступаються д о р о г и м мінерал ь н и м д о б р и в а м Д о цього варто д о д а т и , щ о т р а н с п о р т у в а н н я останніх потребує значних к о ш тів, в наслідок чого їх вартість в порівнянні з зав о д с ь к о ю зростає в два рази 5 Можливість організації виробництва безперервної дії і замкнутого циклу, потребується значно м е н ш е капіталовкладень в організацію переробки і утилізацію органічної частини Т П В в порівнянні з існуючими т е х н о л о г і я м и п е р е р о б к и і утилізації Т П В і О С В , короткий технологічний цикл переробки с п р и я є швидкій окупності і обороту капіталу, т о б т о рентабельності 6 Суттєво п о к р а щ и т и екологічний стан в районах, я к і п р и л я г а ю т ь д о біологічних о ч и с н и х с п о руд і закритих ПОЛІГОНІВ 7 В процесі утилізації Т П В і О С В відбувається значне виділення тепла, котре можна використати 9 50419 10 в господарських цілях, а також вуглекислого газу 1 Патент Російської Федерації №2038345 (13) С (неорганічного циклу) який можна сконденсувати в 1, (51) 6C05F7/0 Способ получения органотехнічний і використати в відомих сферах його минерального удобрения застосування, наприклад в теплицях при вирощу2 Патент України № 39402 C05F9/00 Спосіб одеванні овочевих культур ржання суміші для підвищення родючості ґрунтів ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ на основі твердих побутових ВІДХОДІВ ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71