PL235996B1 - Sposób otrzymywania nawozu osadowo-popiołowego oraz nawóz osadowo-popiołowy - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób, który charakteryzuje się tym, że ustabilizowany osad ściekowy miesza się, w warunkach dynamicznych, z popiołem ze spalania biomasy w proporcjach wagowych 1:1 ÷ 1:2,5, a następnie poddaje się odwadnianiu. Zgłoszenie obejmuje też nawóz, który stanowi mieszaninę ustabilizowanego komunalnego osadu ściekowego oraz popiołu ze spalania biomasy w proporcji wagowej 1:1 ÷ 1:2,5.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania nawozu osadowo-popiołowego oraz nawóz osadowo-popiołowy mający zastosowanie zwłaszcza w zabiegach agrotechnicznych na plantacjach roślin energetycznych.

Uporządkowanie gospodarki wodno-ściekowej i skanalizowanie nowych obszarów oraz związane z tym przyłączanie do systemu zbiorowego odprowadzania ścieków nowych odbiorców, skutkuje wytwarzaniem coraz większej ilości osadów ściekowych. Wymagania prawne, ekologiczne oraz społeczne narzucają potrzebę utylizacji osadów ściekowych, które z uwagi na złożoną strukturę fizykochemiczną stanowią problemowy odpad. Uciążliwym aspektem jest wysokie uwodnienie osadów, co jednoznacznie przekłada się na znaczną ich objętość. Duża zawartość wody w osadach ściekowych zarówno utrudnia, jak i w znaczący sposób podnosi koszty ich finalnej utylizacji.

Z punktu widzenia nauk ekonomicznych, wymagane jest poszukiwanie takich metod, które przy możliwie niskich nakładach finansowych zapewnią maksymalizację wykorzystania cennych substancji zawartych w osadach ściekowych. Obowiązujący od 1 stycznia 2016 r. zakaz składowania odpadów o wartości ciepła spalania powyżej 6 MJ/kg, w tym osadów ściekowych, doprowadził do popularyzacji termicznych oraz rolniczych metod utylizacji. Pomimo coraz większej popularności metod termicznych w finalnym zagospodarowaniu osadów ściekowych, procesy mono- oraz współspalania powinny być stosowane w przypadku dużych oczyszczalni ścieków ze znacznym dopływem ścieków przemysłowych. W przypadku małych i średnich oczyszczalni o akceptowalnej przez polskie prawodawstwo zawartości metali ciężkich, najkorzystniejszą metodą utylizacji osadów ściekowych jest ich przyrodniczo-rekultywacyjne zastosowanie. Osady ściekowe są cennym źródłem materii organicznej oraz makro- i mikroskładników, a ich agrotechniczne zastosowanie przywraca do gleby składniki pokarmowe.

Kolejnym odpadem, który z uwagi na corocznie wrastającą produkcję wymaga doboru odpowiedniej metody zagospodarowania są popioły ze spalania biomasy. Rygorystyczne normy uniemożliwiają utylizację ubocznych produktów spalania biomasy w sektorze budowlanym, w związku z czym popioły znajdują najczęściej zastosowanie w charakterze nawozu w zabiegach agrotechnicznych. Celowość ich rolniczego zagospodarowania wynika z korzystnych właściwości nawozowych, m.in. obecności wapnia, magnezu, potasu oraz fosforu. Dodatkowo, akceptowalna zawartość metali ciężkich powoduje, że rolnicze zastosowanie popiołów ze spalania biomasy jest uzasadnione.

Wspomaganie wzrostu i plonowania roślin z użyciem powszechnie znanych nawozów sztucznych wymaga zastosowania ich wysokich dawek dla uzyskania zadowalających rezultatów, co znacząco zwiększa koszty upraw. Zarówno osady ściekowe, jak i popioły ze spalania biomasy charakteryzują się powszechnością występowania oraz niskimi kosztami pozyskiwania, ograniczającymi się do kosztów transportu z miejsca wytworzenia do miejsca ich wykorzystania.

Znanych jest szereg metod oddzielnego stosowania osadów ściekowych oraz popiołów ze spalania biomasy w zabiegach rolniczo-rekultywacyjnych.

Znany jest z polskiego opisu zgłoszenia patentowego P.353419 nawóz organiczny, zawierający w swoim składzie skompostowany komunalny osad ściekowy oraz ulepszacze glebowe i mineralne w postaci węgla brunatnego i włókien wełny mineralnej.

Agrotechniczne wykorzystanie osadów ściekowych jest znane również z polskiego zgłoszenia P.420420. Zgłoszenie dotyczy nawozu składającego się z ustabilizowanych osadów ściekowych o uwodnieniu 75%, mączki dolomitowej, wapna palonego CaO oraz włókien celulozowych.

Z amerykańskiego opisu wynalazku nr US 5252116 A znany jest organiczny nawóz podstawowy, zawierający osad ściekowy oraz pył z pieca wapiennego.

Specjalne nawozy przygotowane z miejskich osadów ściekowych o uwodnieniu 80% są znane z chińskich opisów zgłoszeniowych nr CN 1594225 A oraz CN 106631192.

W chińskim opisie wynalazku nr CN 106810392 A ujawniony jest również ekologiczny nawóz organiczny. W rozwiązaniu tym osady ściekowe mieszane są z zepsutym drewnem, rozłupanym drewnem opałowym oraz z innymi substancjami wspomagającymi proces rozkładu.

Z kolei z międzynarodowego opisu patentowego WO 2016115964 A znany jest nawóz z osadów z miejskiej oczyszczalni ścieków oraz nawozu azotowego.

Sposoby utylizacji osadów ściekowych w aspekcie rolniczego zagospodarowania znane są również z polskiej literatury patentowej. W publikacji polskiego opisu patentowego nr PL 196106 B1 ujawniono sposób utylizacji odpadów energetycznych i osadów ściekowych. Rozwiązanie polega na wspólnym mieszaniu osadów ściekowych o uwodnieniu 60% z popiołami ze spalania węgla kamiennego,

PL 235 996 B1 a następnie granulowaniu otrzymanego produktu celem finalnego zastosowania, jako nawóz. Z publikacji polskiego opisu zgłoszeniowego nr P.347531 znany jest wieloskładnikowy nawóz, składający się z osadów pochodzących z mechaniczno-biologicznych oczyszczalni ścieków oraz popiołu ze spalania węgla.

Zagadnienia utylizacji popiołów ze spalania biomasy w aspekcie ich rolniczego wykorzystania również zostały przedstawione w polskich i zagranicznych opisach patentowych i zgłoszeniowych. Znany jest z opisu polskiego zgłoszenia patentowego P.414911 granulowany nawóz potasowy o przedłużonym działaniu wytworzony na bazie popiołu ze spalania biomasy.

Nawóz stanowi wysuszony w temperaturze do 200°C granulat wilgotnej mieszaniny lub pulpy zawierającej popiół ze spalania biomasy w ilości co najmniej 50% wagowo, kwas siarkowy oraz ewentualnie produkty zawierające potas w formie przyswajalnej dla roślin.

W polskim opisie zgłoszeniowym P.414912 przedstawiono granulowany nawóz potasowo-fosforowy o przedłużonym działaniu wysuszony w temperaturze do 200°C. Składnikami nawozu jest popiół ze spalania biomasy w ilości nie mniejszej niż 50% wagowo w przeliczeniu na gotowy produkt, kwas siarkowy i/lub fosforowy oraz ewentualnie produkty zawierające potas w formie przyswajalnej dla roślin.

Z polskiego opisu zgłoszeniowego P.414913 znany jest granulowany nawóz azotowo-fosforowopotasowy o przedłużonym działaniu wytworzony na bazie popiołu ze spalania biomasy. Nawóz jest wysuszonym w temperaturze do 150°C granulatem wilgotnej mieszaniny lub pulpy zawierającej popiół ze spalania biomasy, w ilości nie mniejszej niż 50% wagowo w przeliczeniu na gotowy produkt, kwasy siarkowy i/lub fosforowy, sole amonowe oraz ewentualnie produkty zawierające potas, azot i fosfor w formie przyswajalnej dla roślin.

W chińskim opisie patentowym nr CN 107011063 A przedstawiono organiczny nawóz składający się z kwasu humusowego, popiołu z biomasy roślinnej oraz środka granulującego.

Przykłady łącznego zastosowania osadów ściekowych i popiołów są nieliczne. Jednym z nich jest znany z polskiego opisu patentowego nr PL 184434 B1 granulowany nawóz mineralno-organiczny składający się z osadów ściekowych o uwodnieniu 60-90%, sproszkowanego wapna palonego CaO, azotu, fosforu i potasu oraz gipsu lub popiołu z elektrowni lub elektrociepłowni.

Z chińskiego opisu zgłoszeniowego CN 107114141 A znane jest podłoże do wzrostu sadzonek ryżu zawierające mieszaninę wstępnie przetworzonych oddzielnie komunalnych osadów ściekowych i popiołu pochodzącego ze spalania słomy, wymieszanych w stosunku wagowym 1:2,33; tak wytworzone podłoże wzrostowe jest bogate w materię organiczną, a zawartość w nim bakterii chorobotwórczych jest na poziomie spełniającym normy krajowe. Rozwiązanie przewiduje konieczność wstępnego przetworzenia popiołu oraz osadu ściekowego, co przekłada się na zwiększenie kosztów wdrożenia takiego rozwiązania, jego czasochłonność oraz możliwe trudności w jego wdrożeniu.

U podstaw prezentowanego wynalazku leży opracowanie nawozu organiczno-mineralnego wytwarzanego z ustabilizowanych komunalnych osadów ściekowych i popiołu ze spalania biomasy. Celem wynalazku jest opracowanie prostej receptury wytworzenia nawozu mającej szanse na szerokie wdrożenie w praktyce gospodarczej.

Sposób otrzymywania nawozu osadowo-popiołowego według wynalazku, charakteryzuje się tym, że ustabilizowany osad ściekowy o początkowym uwodnieniu wynoszącym od 98 do 99% miesza się, w warunkach dynamicznych, z popiołem ze spalania biomasy w proporcjach wagowych suchej masy osadu ściekowego do popiołu wynoszących 1:1+1:2, a następnie uzyskaną mieszaninę poddaje się odwadnianiu mechanicznemu.

Korzystnie mieszanie prowadzi się w mieszarkach poziomych albo w mieszalnikach.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeżeli odwadnianie prowadzi się w prasie filtracyjno-taśmowej albo w wirówce dekantacyjnej.

Kolejne korzyści uzyskiwane są, jeżeli stosuje się popiół ze spalania słomy albo drewna z upraw energetycznych.

Następne korzyści uzyskiwane są, jeżeli ustabilizowany osad ściekowy pozyskuje się z komory fermentacji, korzystnie z wydzielonej komory fermentacji albo z zamkniętej komory fermentacji albo z otwartej komory fermentacji komunalnej oczyszczalni ścieków.

W wariancie wykonania ustabilizowany osad ściekowy pozyskuje się z tlenowej komory stabilizacji komunalnej oczyszczalni ścieków.

Nawóz osadowo-popiołowy otrzymany ww. sposobem, zawierający osad ściekowy oraz popiół, według wynalazku charakteryzuje się tym, że stanowi mieszaninę ustabilizowanego komunalnego

PL 235 996 B1 osadu ściekowego oraz popiołu ze spalania biomasy w proporcji wagowej suchej masy osadu ściekowego do popiołu wynoszącej 1:1 : 1:2.

Do zasadniczych korzyści wynikających z wynalazku należy fakt, że obecność w osadach ściekowych i popiołach ze spalania biomasy substancji pokarmowych i próchnicotwórczych wzbogaca glebę w cenne pierwiastki, przyczyniając się do poprawy jej struktury. Nawóz osadowo-popiołowy według wynalazku ma konsystencję ciała stałego, sprężysto-plastyczną, co umożliwia dogodny transport i aplikację do gleby z użyciem dostępnych na rynku rozwiązań technicznych.

Inną korzyścią jest fakt, że opisany wynalazek może być wytwarzany w oczyszczalniach ścieków z wykorzystaniem ciągu do przeróbki osadów ściekowych. Zaletą wynalazku jest również powszechność występowania i niskie koszty pozyskiwania materiałów potrzebnych do jego wytworzenia. Dodatkowo, wynalazek umożliwia zagospodarowanie problemowego odpadu, jakim są osady ściekowe poprzez ich przetworzenie w cenny nawóz wykazujący zasadność stosowania w zabiegach przyrodniczorekultywacyjnych.

Sposób otrzymywania nawozu osadowo-popiołowego według wynalazku w pierwszym przykładzie realizacji prowadzony jest z wykorzystaniem osadu ściekowego o początkowym uwodnieniu wynoszącym 98%. Osad ściekowy stabilizuje się w tlenowej komorze stabilizacji, a następnie miesza się z popiołem lotnym, ze spalania biomasy w elektrociepłowni, w stosunku wagowym suchej masy osadu ściekowego do popiołu wynoszącym 1:1,5. Uzyskaną mieszaninę poddaje się odwadnianiu mechanicznemu na prasie filtracyjno-taśmowej.

Sposób otrzymywania nawozu osadowo-popiołowego według wynalazku w drugim przykładzie realizacji prowadzony jest z wykorzystaniem osadu ściekowego o początkowym uwodnieniu wynoszącym 99%. Osad ściekowy stabilizuje się w wydzielonej komorze fermentacji, a następnie miesza się w mieszarce poziomej z popiołem ze spalania drewna bukowego, w stosunku wagowym suchej masy osadu ściekowego do popiołu wynoszącym 1:2. Uzyskaną mieszaninę poddaje się odwadnianiu mechanicznemu na wirówce dekantacyjnej.

Sposób otrzymywania nawozu osadowo-popiołowego według wynalazku w trzecim przykładzie realizacji prowadzony jest z wykorzystaniem osadu ściekowego o początkowym uwodnieniu wynoszącym 98%. Osad ściekowy stabilizuje się w zamkniętej komorze fermentacji a następnie miesza się z popiołem lotnym ze spalania słomy, w stosunku wagowym suchej masy osadu ściekowego do popiołu wynoszącym, 1:1,5. Uzyskaną mieszaninę poddaje się odwadnianiu mechanicznemu na prasie filtracyjno-taśmowej.

Nawóz osadowo-popiołowy według wynalazku w pierwszym przykładzie wykonania stanowi mieszaninę osadu ściekowego oraz popiołu lotnego ze spalania biomasy w elektrociepłowni. Proporcja wagowa suchej masy osadu ściekowego do popiołu wynosi 1:1.5. Nawóz zawiera 75% wody i ma konsystencję plastyczną.

Nawóz osadowo-popiołowy w drugim przekładzie wykonania stanowi mieszaninę osadu ściekowego oraz popiołu ze spalania drewna bukowego. Proporcja wagowa suchej masy osadu ściekowego do popiołu wynosi 1:2. W pozostałym zakresie wykonanie nawozu jest jak w przykładzie pierwszym.

Nawóz osadowo-popiołowy w trzecim przykładzie wykonania stanowi mieszaninę osadu ściekowego oraz popiołu ze spalania siana. Proporcja wagowa suchej masy osadu ściekowego do popiołu wynosi 1:2. W pozostałym zakresie wykonanie nawozu jest jak w przykładzie pierwszym.

Claims (14)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób otrzymywania nawozu osadowo-popiołowego, znamienny tym, że ustabilizowany osad ściekowy o początkowym uwodnieniu wynoszącym od 98 do 99% miesza się, w warunkach dynamicznych, z popiołem ze spalania biomasy w proporcjach wagowych suchej masy osadu ściekowego do popiołu wynoszących 1:1:1:2, a następnie uzyskaną mieszaninę poddaje się odwadnianiu mechanicznemu.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszanie prowadzi się w mieszarkach poziomych.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszanie prowadzi się w mieszalnikach.
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że odwadnianie prowadzi się w prasie filtracyjno-taśmowej.

   PL 235 996 B1
5. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że odwadnianie prowadzi się w wirówce dekantacyjnej.
6. 6. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5, znamienny tym, że stosuje się popiół ze spalania słomy.
7. 7. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5, znamienny tym, że stosuje się popiół ze spalania drewna z upraw energetycznych.
8. 8. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5 albo 6 albo 7, znamienny tym, że ustabilizowany osad ściekowy pozyskuje się z komory fermentacji.
9. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że ustabilizowany osad ściekowy pozyskuje się z wydzielonej komory fermentacji komunalnej oczyszczalni ścieków.
10. 10. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że ustabilizowany osad ściekowy pozyskuje się z zamkniętej komory fermentacji komunalnej oczyszczalni ścieków.
11. 11. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że ustabilizowany osad ściekowy pozyskuje się z otwartej komory fermentacji komunalnej oczyszczalni ścieków.
12. 12. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że ustabilizowany osad ściekowy pozyskuje się z wydzielonej komory fermentacji komunalnej oczyszczalni ścieków.
13. 13. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5 albo 6 albo 7, znamienny tym, że ustabilizowany osad ściekowy pozyskuje się z tlenowej komory stabilizacji komunalnej oczyszczalni ścieków.
14. 14. Nawóz osadowo-popiołowy otrzymany sposobem określonym w zastrz. 1, znamienny tym, że stanowi mieszaninę ustabilizowanego komunalnego osadu ściekowego oraz popiołu ze spalania biomasy w proporcji wagowej suchej masy osadu ściekowego do popiołu wynoszącej 1:1:1:2.