Спосіб переробки осадів стічних вод тривалого зберігання на добриво

Реферат: Спосіб переробки осадів стічних вод тривалого зберігання на добриво включає їх змішування з органічним наповнювачем та біоконверсію. Як наповнювач застосовують листяний опад з додаванням гумату калію. Додатково проводять розрахунок масової пропорції вихідних матеріалів для досягнення співвідношення вуглецю до азоту 25:1 та вологості 65 %. Переробку проводять в анаеробних умовах, що дозволяє отримати добрива з поліпшеними меліоративними властивостями. UA 103225 U (12) UA 103225 U UA 103225 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі технології переробки осадів міських стічних вод на органічні добрива та може бути використана для їх раціонального використання у землеробстві з метою поліпшення гумусового стану ґрунтів. Одним з найбільш істотних діагностичних ознак деградації ґрунту є зменшення вмісту в ньому органічної речовини і її основної складової - гумусу. Зменшення вмісту органічної речовини і погіршення якісних показників гумусу може бути викликане багатьма причинами. Серед них, по-перше, відсутність постійної компенсації рослинними рештками і органічними добривами поточних витрат органічної речовини, головним чином, через її біологічну мінералізацію. По-друге, зміна співвідношення, що склалося між мінералізацією свіжої органічної речовини, утворенням і стабілізацією нових гумусових речовин у ґрунті. В сучасному землеробстві, необхідність застосування органічних добрив пов'язана не лише з внесенням в їх складі певної кількості поживних речовин, але і з меліоруючою їхньою дією, оскільки вони є одним з основних джерел відтворення гумусу в ґрунті. Розробка новітніх технологій виробництва органічних добрив є невід'ємною частиною міжгалузевою системою підходу до вирішення питань поводження з відходами, які мають ресурсну цінність. В умовах теперішнього дефіциту органічних добрив, який склався в Україні, необхідно підвищити ефективність використання відходів, які є стратегічним джерелом органіки. Високий вміст органічної речовини та поживних елементів в осадах міських стічних вод зумовлює його значний потенціал як добрива. Відомим аналогом є спосіб компостування осадів міських стічних вод разом з сумішшю соломи, тирси та цементного пилу в співвідношенні 3:1 в умовах обмеженого доступу кисню (UA Патент № 77537 Спосіб утилізації осаду стічних вод). Недоліком аналога є утворення токсичної речовини - сірководню, що може спричинити забруднення довкілля. Відомим аналогом є спосіб переробки осадів стічних вод, що включає змішування осадів із відходами виноробства і рибальства та подальше компостування в анаеробних умовах (UA Патент № 75293 Спосіб перероблення осадів стічних вод на добриво). Недоліком аналога є обмежене впровадження в практику, адже відходи рибальства (переважно медузи) утворюються у незначних за площею приморських зонах. Крім того, враховуючи високий вміст мікроелементів у осадах міських стічних вод, ставиться під сумнів доцільність їх переробки з добавкою, що містить додаткову кількість мікроелементів, адже існує ризик перевищення гранично допустимих концентрацій цих елементів у готовому продукті. Найближчим аналогом до корисної моделі є спосіб одержання органічного добрива з осадів стічних вод, який полягає в аеробному компостуванні осадів стічних вод з торфом за додавання компосту на основі посліду та штамів мікроорганізмів як біоактиваторів (RU Патент № 2445297 Способ получения органического удобрения из осадка сточных вод). Але цей спосіб є досить складний за рахунок витрат на заявлене підсушування вихідних осадів стічних вод до вологості 45 %, на перевезення торфу та двох видів біоактиваторів. Крім того, недоліком найближчого аналога є попереднє змішування вихідних матеріалів за об'ємом, не враховуючи вміст поживних елементів та інші умови, необхідні для комфортного розвитку мікроорганізмів під час компостування. Для здійснення спрямованої науково-обґрунтованої оптимізації гумусового стану ґрунтів необхідно контролювати якість органічних добрив, враховуючи характеристику органічної складової, яка є визначальним фактором у трансформаційних процесах у ґрунті. Враховуючи це, найперспективнішою технологією переробки осадів стічних вод на добриво є біоконверсія, адже, органічна речовина зрілих компостів представляє особливу цінність для потенційного гумусоутворення, оскільки містить стійкі до розкладання гумусові речовини з гідрофобними властивостями. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу переробки осадів міських стічних вод тривалого зберігання на добриво з поліпшеними меліоративними властивостями за рахунок регуляції вихідних параметрів суміші та умов біоконверсії, що дозволить оптимізувати процеси мінералізації-гуміфікації та отримати добрива із сприятливою характеристикою органічної складової. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб переробки осадів стічних вод тривалого зберігання на добриво, що включає їх змішування з органічним наповнювачем та біоконверсію, згідно з корисною моделлю, як наповнювач застосовують листяний опад з додаванням гумату калію, додатково проводять розрахунок масової пропорції вихідних матеріалів для досягнення співвідношення вуглецю до азоту 25:1 та вологості 65 %, а переробку проводять в анаеробних умовах, що дозволяє отримати добрива з поліпшеними меліоративними властивостями. 1 UA 103225 U 5 10 В умовах модельного досліду було проведено дослідження біоконверсії осадів стічних вод тривалого зберігання з листяним опадом міських екосистем, які мають значний матеріальноенергетичний потенціал та входять до структури місцевих сировинних ресурсів усіх регіонів. В результаті проведених досліджень було отримано дані щодо трансформації органічної речовини осадів стічних вод у процесі анаеробної біоконверсії сумісно з листям за різних співвідношень вуглецю до азоту та рівнів зволоження з відповідною обробкою гуматом калію. Характеристику органічної речовини добрив на основі осадів стічних вод (ОСВ) тривалого зберігання наведено у таблиці. Виявлено, за корисною моделлю, зволоженість суміші на рівні 65 % спостерігався найвищий вихід гумусових кислот у готових добривах. Таблиця Варіант Сзаг. % Осади стічних вод трирічного зберігання C/N 15, без гумату калію, вологість 50 % C/N 15, без гумату калію, вологість 65 % C/N 15, з гуматом калію, вологість 50 % C/N 15, з гуматом калію, вологість 65 % C/N 25, без гумату калію, вологість 50 % C/N 25, без гумату калію, вологість 65 % C/N 25, з гуматом калію, вологість 50 % C/N 25, з гуматом калію, вологість 65 % НІР0,5 15 20 25 30 35 40 28,8 29,7 30,1 31,2 31,8 32,8 33,3 34,2 34,8 1,7 Сгк Сфк % від Сзаг. 9,3 7,0 12,9 10,2 13,4 10,1 15,9 и, з 16,2 11,2 16,1 10,8 16,8 11,5 18,9 12,9 19,6 12,1 0,4 0,3 Сгк Сфк 1,3 1,3 1,3 1,4 1,4 1,5 1,5 1,5 1,6 ПГ 1,4 2,2 2,2 2,5 2,6 2,5 2,6 2,8 2,8 Аналіз групового складу органічної речовини добрив показав тенденцію до збільшення виходу гумусових кислот у разі розширення співвідношення вуглецю до азоту до 25:1 та вологості 65 %. Вміст суми фракцій гумінових кислот та фульвокислот у деяких зразках збільшувався майже в 2 рази порівняно з вихідними осадами стічних вод, обробка гуматом калію дозволила підвищити цей показник у добриві до 20 %. Порівняно з вихідними осадами стічних вод, які характеризуються низьким показником гуміфікації (ПГ), в процесі анаеробної біоконверсії відбувається гідрофобізація органічної складової ОСВ з утворенням добрив з високим ступенем гуміфікації. Для оцінки глибини біохімічних перетворень органічної речовини в процесі біоконверсії проводилося визначення інфрачервоних спектрів гумінових кислот, екстрагованих з ОСВ і добрив на їх основі. Аналіз інфрачервоних спектрів гумусових речовин наведених на кресленні, показав, що в процесі анаеробного зброджування гумінові кислоти перетворюються, у хімічному розумінні, у більш зрілі сполуки внаслідок загальної ароматизації молекул та збагачення сполуками циклічної природи. У процесі біоконверсії гумінові кислоти ОСВ зазнають змін: зменшується інтенсивність поглинання частини аліфатичних структур і зростає інтенсивність смуг поглинання, що характеризують основні структурні компоненти гумінових кислот -1 -1 ароматичне ядро (1625 см ) і карбоксильні групи (1730-1240 см ). Процес біоконверсії осадів стічних вод тривалого зберігання може здійснюватись як на відкритій місцевості, так і в ферментаційних спорудах. Ефективність дії добрива, виробленого заявленим способом, на гумусовий стан чорнозему опідзоленого доведено у вегетаційному досліді. Приклад. За результатами агрохімічного аналізу встановлено, що вміст вуглецю та азоту в осадах стічних вод становить 28,80 та 2,41 % (на суху речовину) відповідно, у листовому опаді відповідно 45,00 та 0,54 % (на суху речовину). Оптимальним параметром суміші для компостування за показником співвідношення вуглецю до азоту обрано 25:1. Тоді розрахунок маси вихідних компонентів має такий вигляд: m1C1  m2C2  mc  25, m1N1  m2N2 де m1 - маса осадів стічних вод, г m2 - маса листя, г C1 - вміст вуглецю у осадах стічних вод, % на суху речовину 2 UA 103225 U 5 C 2 - вміст вуглецю у листі, % на суху речовину mc - маса гумату калію у перерахунку на загальний вуглець, г N1 - вміст загального азоту в осадах стічних вод, % на суху речовину N2 - вміст загального азоту в листі, % на суху речовину Після незначного перетворення, отримуємо: m1C1  m2C2  mc  25m1N1  25m2N2 m1( 25N1  C1 )  m2 ( 25N2  C2 )  mc  0. Якщо вважати, що необхідна маса готового компосту приймається за 1000 г, тоді: m1  m2  mc  1000 mc  1000  m1m2 m1( 25N1  C1 )  m2 ( 25N2  C2 )  1000  m1  m2  0 m1( 25N1  C1  1)  m2 ( 25N2  C2  1)  1000  0 10 15 20 25 1000  m1( 25N1  C1  1) . 25N2  C2  1 Якщо до складу суміші для компостування входить 500 г осадів стічних вод, тоді маса листя m2 становитиме: 1000  500 ( 25  2,41  100  28,8  100  1) m2   499,6 . 25  0,54  100  45  100  1 Маса вуглецю, яка необхідна для збалансування суміші за C:N, розраховується як різниця між заданою масою готового компосту та сумою попередніх компонентів mс = 1000 – m1 - m2 = 0,4 г За масової частки вуглецю 3,8 % у гуматовмісному препараті необхідно додати 10,5 г гумату калію. Розраховані масові долі корегуються за вологістю зразків та суміші компонентів підтримують на рівні 65 % вологи. Отриманий компост містить: загального азоту - 2,5±0,21 %, валового фосфору - 2,4±0,25 %, валового калію - 0,4±0,15 % (на суху речовину). Вміст загального вуглецю становив 34,8±2,1 % на суху речовину, вуглецю гумінових кислот 24,1±1,4 % та вуглецю фульвокислот 13,8±1,2 % від вмісту загального вуглецю. Запропонований спосіб, дає можливість залучити місцеві сировинні ресурси до господарчої діяльності, зменшити дефіцит органічних добрив, оптимізувати процес переробки органічних відходів для виробництва добрив з сприятливою характеристикою органічної складової, що є визначальним фактором для поліпшення гумусового стану ґрунтів. m2  ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Спосіб переробки осадів стічних вод тривалого зберігання на добриво, що включає їх змішування з органічним наповнювачем та біоконверсію, який відрізняється тим, що як наповнювач застосовують листяний опад з додаванням гумату калію, додатково проводять розрахунок масової пропорції вихідних матеріалів для досягнення співвідношення вуглецю до азоту 25:1 та вологості 65 %, а переробку проводять в анаеробних умовах, що дозволяє отримати добрива з поліпшеними меліоративними властивостями. 3 UA 103225 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4