PL221186B1 - Sposób otrzymywania płynnego nawozu mineralno-organicznego z organicznych osadów ściekowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania płynnego nawozu mineralno-organicznego z organicznych osadów ściekowych.

Znana jest z opisu patentowego FR 3648128 B1 metoda i instalacja do produkcji nawozów z kompostu i produktów odpadowych charakteryzująca się tym, że produkt uboczny jest traktowany kwasem siarkowym w celu rozpuszczenia substancji organicznych, uzyskany w ten sposób roztwór jest filtrowany w celu usunięcia niepożądanych materiałów nie rozpuszczonych w kwasie siarkowym, następnie przefiltrowany roztwór mieszany jest z trójzasadowym fosforanem wapnia i/lub dolomitem do uzyskania jednorodnej mieszaniny (SLIP), ta jest mieszana w kontakcie z produktami recyklingu i granule są formowane, te następnie suszy się przez spowodowanie odparowania wody a stężenie kwasu osiąga się do wystarczającego w granulacie, aby umożliwić szybką reakcję neutralizacji fosforanów i/lub dolomitu, a następnie suszenie granulatu jest kontynuowane aż oznaczony poziom wilgoci zostanie osiągnięty i produkt rynkowy jest oddzielony od produktu zbyt grubego (nadziarna) znanymi metodami. Otrzymany produkt jest nawozem sztucznym - mineralnym.

Znany jest z opisu patentowego PL 169484 sposób otrzymywania nawozu organicznomineralnego z osadów ściekowych powirówkowych, w którym do osadu ściekowego powirówkowego dodaje się nawozy mineralne makroelementowe oraz węglan wapnia i magnezu, a następnie wpuszcza się do osadu dżdżownice rasy Red Hybrid California.

Znany jest z opisu patentowego PL 169896 sposób higienizacji odpadów pofermentacyjnych, w którym osad pofermentacyjny miesza się z pyłami cementowymi z elektrofiltrów z cementowni oraz z wyprażonym dolomitem i zwietrzeliną bazaltową.

Ujawniony jest w opisie patentowym PL 178719 sposób utylizacji osadów ściekowych, w którym osady miesza się z odpadami węgla brunatnego.

Znany jest z opisu patentowego PL 184149 sposób wytwarzania nawozu z odpadów organicznych, gdzie do odpadów organicznych wprowadza się dwutlenek azotu lub jego prekursor, a następnie dodaje się do alkaliów.

Znany jest z opisu patentowego PL 185159 sposób obróbki płynów zawierających osad ściekowy cechujący się tym, że w procesie ciągłym w celu jego odwodnienia stosuje się kwas i amoniak.

Znany jest także z opisu zgłoszenia patentowego P.328127 sposób wytwarzania stałego nawozu z organicznych osadów ściekowych, w którym zawarte w osadach ściekowych struktury organiczne pochodzenia biologicznego częściowo mineralizuje się w środowisku mocnego kwasu, a otrzymaną mieszaninę neutralizuje się za pomocą związków magnezu i uzyskuje się substancje, która wiąże wodę w środowisku reakcji.

Znany jest z opisu patentowego PL 193582 sposób otrzymywania granulowanych nawozów organiczno-mineralnych cechujący się tym, że do dowolnych nawozów mineralnych dodaje się osad ściekowy, przy czym w przypadku stosowania nawozów amonowych lub mocznika, osad ściekowy przed zmieszaniem poddaje się obróbce kwasem siarkowym lub fosforowym dla uzyskania pH wyciągu wodnego w przedziale 6,5-8,0, a uzyskaną mieszaninę poddaje się granulowaniu i sezonowaniu.

Znany jest z opisu patentowego PL 194103 sposób wytwarzania granulowanych nawozów organicznych, gdzie odwodniony osad z oczyszczalni miesza się z popiołem lotnym z kotłów węglowych, ze środkami więżącymi i uplastyczniającymi oraz nawozem potasowym, po czym wytworzoną mieszaninę granuluje się.

Znany jest z opisu patentowego PL 202023 sposób otrzymywania nawozu sztucznego z osadów ściekowych i układ do otrzymywania nawozu sztucznego z osadów ściekowych, gdzie do osadu ściekowego wprowadzonego do hermetyzowanego kwasoodpornego reaktora dodaje się tlenek magnezu, następnie dodaje się sole mikroelementów, a następnie siarczan mocznika prowadząc proces celem uzyskania półproduktu o zawartości wody krystalizacyjnej nie więcej niż 6,5 cząsteczki wody na jedną cząsteczkę wytworzonego siarczanu magnezu, po czym półprodukt ten miesza się z nawozami potasowymi i fosforowymi i następnie wysusza i odwadnia.

Znany jest także z opisu patentowego PL 206550 sposób przetwarzania odpadów organicznych i urządzenia do przetwarzania odpadów organicznych, w którym odpady organiczne wprowadza się w systemie ciągłym do komory grzewczej gdzie poddaje się podgrzaniu do temperatury 105-300°C, po czym frakcję stałą zsypuje się do komory wylotowej.

Znany jest z opisu patentowego PL 209857 sposób wytwarzania nawozów organicznomineralnych na bazie komunalnych osadów ściekowych, gdzie z osadami ściekowymi miesza się słoPL 221 186 B1 mę zbożową, po czym mieszaninę przetłacza się przez matrycę z otworami kalibrującymi i kroi na odcinki.

Znany jest z opisu patentowego PL 210311 sposób otrzymywania nawozu z osadów powstałych w biologicznych oczyszczalniach ścieków charakteryzujący się tym, że do hermetyzowanego naczynia technologicznego wprowadza się osad ściekowy, o zawartości suchej masy utrzymywanej w przedziale od 40% do 15%, po którego rozbryleniu wprowadza się tlenek magnezu w postaci magnezytu prażonego, następnie dozuje się kwas siarkowy cały czas mieszając mieszaninę reakcyjną i odprowadzając nadmiar wody, a pozostałą nieodparowaną wodę wiąże się w strukturę krystalizacyjną powstałego w ten sposób siarczanu magnezu.

Znane technologie w zakresie przetworzenia osadów ściekowych bazują na termicznym lub chemicznym unieszkodliwianiu zanieczyszczeń mikrobiologicznych. Są bardzo energochłonne lub przebiegają z zużyciem dużej ilości czynników chemicznych. Technologia według w patentu FR 2648128 prowadzi do całkowitego rozkładu substancji organicznej. Otrzymany po filtracji i odrzuceniu stałych pozostałości roztwór z nadmiarem kwasu siarkowego neutralizowany później w reakcji syntezy z fosforanami i/lub dolomitem tworzy nawóz mineralny, sztuczny.

Sposoby według wynalazków PL 202023 oraz PL 210311 przewidują w pierwszym etapie dodanie do zawiesiny osadów ściekowych prażonego magnezytu. Zawarty w nim tlenek magnezu nie jest związkiem higienizującym osad, ani nie wywołującym istotnego przyrostu temperatury mieszaniny. W drugiej kolejności celem otrzymania siarczanu magnezu dodawany jest kwas siarkowy. Sposoby według tych rozwiązań nie zakładają wykorzystania powstającego ciepła reakcji. W rozwiązaniach tych instalacja do produkcji nawozu połączona jest poprzez płaszcz wodny chłodzący reaktor i skraplacz par z instalacją wody chłodzącej kogenerator.

W wynalazku PL 210311 dodanie kwasu siarkowego po uprzednim dodaniu do osadów ściekowych magnezytu prażonego ma zapobiec nadmiernemu tworzeniu się piany, które są zjawiskiem niekorzystnym w przypadku zadania substancji organicznej kwasem. Technologie przedstawione w obu wymienionych patentach prowadzą do powstania nawozów o cechach nawozów mineralnych.

Zagospodarowanie osadów ściekowych w oczyszczalniach ścieków stanowi duży problem organizacyjny i ekonomiczny. W szeregu przypadków możliwości te są bardzo ograniczone głównie ze względu na zawarty w nich ładunek mikrobiologiczny, a składowanie ich w miejscu wytwarzania generuje wiele trudności. Powstaje więc potrzeba ich higienizacji i odpowiedniego przetworzenia celem nadania surowym osadom pożądanych właściwości warunkujących możliwość ich wykorzystania. Celem wynalazku jest opracowanie sposobu otrzymywania płynnego nawozu mineralno-organicznego z organicznych osadów ściekowych umożliwiającego higienizację osadów w procesie zapewniającym wytworzenie nowego bezpiecznego środowiskowo produktu. Produkt ten, ze względu na coraz bardziej pogłębiający się deficyt substancji organicznej i związków próchnicznych w glebach, powinien być nośnikiem zhigienizowanej substancji organicznej mogącej stanowić po wniesieniu do środowiska glebowego jako nawóz substratu w procesie tworzenia próchnicy glebowej.

Ponieważ duża część oczyszczalni ścieków zlokalizowanych jest na terenach gdzie istnieje możliwość zastosowania tego rodzaju nawozu na sąsiadujących glebach lekkich użytkowanych rolniczo oraz w sąsiedztwie upraw leśnych i gleb postindustrialnych, istnieje możliwość aplikacji tego rodzaju produktu przy zastosowaniu techniki hydroobsiewu.

Istota sposobu otrzymywania nawozu mineralno-organicznego z organicznych osadów ściekowych charakteryzuje się tym, że organiczny osad ściekowy stanowiący 80-99% masy wsadu o zawartości 10-42% s.m., w której 35-60% stanowi węgiel organiczny, zadaje się stężonym kwasem siark owym w ilości 1-7% masy wsadu w kwasoodpornym reaktorze hermetycznym z płaszczem wodnym, mieszadłem o liczbie obrotów od 10 do 250/1 min, mechanicznym układem rozbijania piany, ciśnieniowym systemem podawania substancji stałych i cieczy z taką szybkością zadawania aby wartość przyrostu temperatury nie przekroczyła wartości 1,5°C/1 min. i nie przekroczyła wartości 100°C pod koniec zadawania. Następnie zobojętnia się tlenkiem magnezu w ilości 1-10% masy wsadu w przeliczeniu na czysty węglan magnezu w tempie zadawania warunkującym sterylizację mikrobiologiczną odpadu pofermentacyjnego w przedziale temperatur 108-150°C przez 30 minut przy zachowaniu tempa przyrostu temperatury mieszaniny na poziomie 1,5°C/1 min.. Tak powstała zawiesina zhigienizowanego odpadu pofermentacyjnego poddawana jest drugiemu etapowi higienizacji wywołaną mieszaniną jonów Fe²⁺ pochodzących z uwodnionego siarczanu żelaza II oraz stężonego perhydrolu w stosunku wagowym Fe²⁺/H2O2 w stosunku wagowym 1:4 w ilości 1,0 do 10,0 kg stężonego H2O2,

PL 221 186 B1 a całość mieszaniny reakcyjnej poddaje się działaniu promieniowania mikrofalowego o częstotliwości 2,20 do 2,85 GHz dostarczającego od 0,5 do 15 kJ ciepła/g osadu.

Sposób według przedmiotowego wynalazku rozwiązuje zagadnienie otrzymywania płynnego nawozu mineralno-organicznego otrzymanego z organicznych osadów ściekowych będącego źródłem łatwo dostępnego dla roślin magnezu oraz węgla stanowiącego łatwo wbudowywalny substrat dla procesów próchnicotwórczych do stosowania doglebowego. Z kolei optymalizacja kosztów produkcji w technologii według wynalazku zapewnia higienizację osadu ściekowego przy użyciu minimalnych ilości reagentów chemicznych, a proces chemicznej higienizacji wspomagany jest poprzez substytucję higienizacji techniką mikrofalową.

W przedmiotowym wynalazku zredukowano niekorzystne zjawisko pienienia poprzez użycie hermetycznego reaktora, w którym powstające ciśnienie ogranicza zjawisko pienienia się, a dodatkowo zainstalowane jest w nim nad powierzchnią zawiesiny reagujących substratów szybkoobrotowe mieszadło mające za zadanie rozbijanie piany. Dodanie kwasu jako pierwszego wywołuje egzotermiczną reakcję mieszania się kwasu z wodą, która w proponowanym rozwiązaniu poprawia bilans energetyczny biogazowni.

W żadnej ze znanych technologii nie stosuje się energii mikrofal jako wspomagającej proces higienizacji powodowany przebiegiem reakcji Fentona. Poddanie mikroorganizmów działaniu mikrofal, których to występowanie w stanie żywym związane jest zawsze ze współwystępowaniem w obrębie ich struktur komórkowych cząsteczek wody, powoduje ciągłe przemieszczanie się cząsteczek wody, co wywołuje tarcie międzycząsteczkowe i wydzielenie energii cieplnej in-situ, która to w części przenosi się na otaczające środowisko. Mając na uwadze potencjalną szkodliwość ładunku mikrobiologicznego zawartego w organicznych osadach ściekowych według wynalazku proponuje się wystarczająco skuteczną technikę higienizacji polegającą na poddaniu ww. organizmów działaniu skrajnie niskiego pH wywołanego zadaniem stężonego kwasu siarkowego w warunkach temperatury i ciśnienia przekraczających punkt wrzenia wody pod ciśnieniem normalnym. Wytworzona temperatura i ciśnienie na etapie neutralizacji kwasu węglanem magnezu osiągają wartość nie przekraczającą 150°C oraz 0,5 MPa. Higienizacja osadu powodowana zmiennymi warunkami kwaśnego, a później zmieniającego się odczynu oraz wysokiej temperatury i ciśnienia w pierwszym etapie procesu higienizacji następuje dalej w drugim etapie za przyczyną przebiegającej reakcji Fentona, której wpływ na środowisko mikrobiologiczne potęgowany jest promieniowaniem mikrofalowym. Proces wg wynalazku gwarantuje całkowitą higienizację odpadu niezależnie od jego pochodzenia i ładunku mikrobiologicznego. Ilościowy dobór wnoszonej z odpadem pofermentacyjnym substancji organicznej oraz higienizującej ją i częściowo rozkładającej mieszaniny kolejno dodawanych kwasu siarkowego i magnezytu, a następnie ilości wnoszonych jonów Fe²⁺ oraz perhydrolu i ciepła dostarczonego do środowiska reakcji w postaci promieniowania mikrofalowego pozwala na zachowanie w produkcie założonej ilości związków organicznych, złożonej głównie z chityny i celuloz, które to związki po aplikacji do gleby stanowią szkielet węglowy w procesie resyntezy związków organicznych prowadzących do powstania połączeń próchnicznych. Użyty do prowadzenia procesu reaktor ciśnieniowy o wytrzymałości 2,0 MPa pozwala na nieprzekroczenie nadciśnienia rzędu kilku atmosfer i temperatury pary nasyconej w przedziale 108-150°C w pierwszym etapie procesu. Warunki te powodują gwałtowną hydrolizę, denaturację i koagulację enzymów i struktur komórkowych, a wolne rodniki hydroksylowe wywołują tzw. stres oksydacyjny. W powstałym nawozie organiczno-mineralnym powstałym związkiem nieorganicznym jest siarczan magnezu. Jest to forma łatwo rozpuszczalna w roztworze glebowym. Tak więc podstawową zaletą rozwiązania jest higienizacja osadów ściekowych i przetworzenie ich w bezpieczny nawóz organiczno-mineralny.

W sposobie według wynalazku odpad z organicznych osadów ściekowych stanowiący 80% masy wsadu o zawartości 10-42% s.m., w której 35% stanowi węgiel organiczny w ilości 1000 kg zadaje do reaktora ciśnieniowego. W pierwszym etapie higienizacji przy włączonym mieszadle dodaje się stopniowo 20 do 50 kg stężonego kwasu siarkowego z taką szybkością zadawania aby wartość przyrostu temperatury nie przekroczyła wartości 1,5°C/1 min. i aby nie dopuścić do zbyt nagłego przyrostu temperatury i przekroczenia przez nią wartości 100°C. Następnie dodaje się porcjami magnezyt w ilości jaka stanowi równoważnik około 18-56 kg czystego węglanu magnezu, z szybkością nie pozwalającą na zbyt nagły przyrost temperatury i przekroczenia przez nią wartości 150°C. W drugim etapie reakcji dodaje się 0,75 kg jonów Fe²⁺ w postaci uwodnionego siarczanu żelaza II oraz od 1,0 do 10,0 kg stężonego H2O2, a całość mieszaniny reakcyjnej poddaje się działaniu promieniowania mikrofalowego o częstotliwości 2,20 do 2,85 G Hz dostarczającego od 0,5 do 15 kJ ciepła/g osadu. Produkt

PL 221 186 B1 poddaje się kontroli laboratoryjnej i zwalnia do stosowania. W otrzymanym produkcie zawartość pato35 gennych mikroorganizmów wynosi od 1,2 · 10 do 5,6 · 10 NPL/g s.m. produktu bakterii z grupy coli.

Płynny nawóz mineralno-organiczny otrzymany sposobem według wynalazku zawiera substancje organiczne łatwo ulegające procesom humifikacji w glebie i ma zastosowanie w glebach lekkich użytkowanych rolniczo oraz w sąsiedztwie upraw leśnych i gleb postindustrialnych, istnieje możliwość aplikacji tego rodzaju produktu przy zastosowaniu techniki hydroobsiewu.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób otrzymywania płynnego nawozu mineralno-organicznego z organicznych osadów ściekowych, w którym struktury organiczne pochodzenia biologicznego zadaje się kwasem siarkowym, a otrzymany w wyniku tej reakcji roztwór neutralizuje się, przy czym proces neutralizacji prowadzi się za pomocą związków magnezu w naczyniu technologicznym zamkniętym, a użyty do mineralizacji kwas dodaje się tak, aby temperatura reakcji nie przekroczyła temperatury wrzenia, a sam proces częściowej mineralizacji prowadzi się w naczyniu ciśnieniowym, przy czym produkt częściowej mineralizacji zobojętnia się tlenkiem magnezowym, znamienny tym, że organiczny osad ściekowy stanowiący 80-99% masy wsadu o zawartości 10-42% s.m., w której 35-60% stanowi węgiel organiczny, zadaje się stężonym kwasem siarkowym w ilości 1-7% masy wsadu w kwasoodpornym reaktorze hermetycznym z płaszczem wodnym, mieszadłem o liczbie obrotów od 10 do 250/1 min, mechanicznym układem rozbijania piany, ciśnieniowym systemem podawania substancji stałych i cieczy z taką szybkością zadawania aby wartość przyrostu temperatury nie przekroczyła wartości 1,5°C/1 min. i nie przekroczyła wartości 100°C pod koniec zadawania, a następnie zobojętnia się tlenkiem magnezu w ilości 1-10% masy wsadu w przeliczeniu na czysty węglan magnezu w tempie zadawania warunkującym sterylizację mikrobiologiczną odpadu pofermentacyjnego w przedziale temperatur 108-150°C przez 30 minut przy zachowaniu tempa przyrostu temperatury mieszaniny na poziomie 1,5°C/1 min., a powstała zawiesina zhigienizowanego odpadu pofermentacyjnego poddawana jest drugiemu etapowi higienizacji wywołaną mieszaniną jonów Fe²⁺ pochodzących z uwodnionego siarczanu żelaza II oraz stężonego perhydrolu w stosunku wagowym Fe²⁺/H2O2 w stosunku wagowym 1:4 w ilości 1,0 do 10,0 kg stężonego H2O2, a całość mieszaniny reakcyjnej poddaje się działaniu promieniowania mikrofalowego o częstotliwości 2,20 do 2,85 GHz dostarczającego od 0,5 do 15 kJ ciepła/g osad.