PL245785B1 - Sposób otrzymywania koncentratu z komunalnych ścieków oczyszczonych do wykorzystania jako nawóz dla roślin, koncentrat, nawóz do roślin otrzymany z komunalnych ścieków oczyszczonych, układ do otrzymania koncentratu z komunalnych ścieków oczyszczonych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania koncentratu z komunalnych ścieków oczyszczonych do wykorzystania jako nawóz dla roślin polegający na przeprowadzeniu filtracji, charakteryzujący się tym, że w pierwszym etapie oczyszcza się z zawiesiny ogólnej oraz mikroorganizmów komunalne ścieki oczyszczone w procesie mikrofiltracji lub ultrafiltracji przy ciśnieniu co najmniej 2 bary, następnie w drugim etapie uzyskany permeat z mikrofiltracji lub ultrafiltracji zagęszcza się w procesie nanofiltracji w cyrkulacji przy ciśnieniu co najmniej 8 barów aż do produkcji pierwszego koncentratu stanowiącego pierwszy retentat i wody oczyszczonej, zaś otrzymany retentat z nanofiltracji zagęszcza się w trzecim etapie polegającym na nanofiltracji w cyrkulacji przy ciśnieniu co najmniej 8 barów aż do produkcji drugiego koncentratu stanowiącego retentat właściwy. Zgłoszenie obejmuje także nawóz dla roślin otrzymany z komunalnych ścieków oczyszczonych, znamienny tym, że stanowi roztwór wodny otrzymanego według opisanej metody w zastrzeżeniu 1 - 4 koncentratu o stężeniu 20 - 100% zawierający związki organiczne, w tym kwasy humusowe oraz jony wapnia i magnezu, przy czym zawiera kwasy humusowe o stężeniu co najmniej 29,5 mg/L, jony magnezu, wapnia, siarczanów, związków fosforu i azotu o sumarycznym stężeniu co najmniej 2135 mg/L. Przedmiotem zgłoszenia jest też układ do otrzymania koncentratu z komunalnych ścieków oczyszczanych.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób do otrzymywania koncentratu z komunalnych ścieków oczyszczonych do wykorzystania jako nawóz dla roślin, nawóz dla roślin otrzymany z komunalnych ścieków oczyszczonych, układ do otrzymania koncentratu z komunalnych ścieków oczyszczanych. Zagęszczony retentat nazywany koncentratem składników ścieków oczyszczonych stosowany jest jako nawóz dla roślin, a nawóz dla roślin ze ścieków to stymulator wzrostu roślin. Z zagęszczonego retentatu otrzymuje się nawóz poprzez jego rozcieńczenie. Wynalazek dotyczy również zintegrowanego trójstopniowego układu ciśnieniowego do procesów membranowych - mikrofiltracja, ultrafiltracja, nanofiltracja, do wytwarzania zagęszczonego retentatu (koncentratu) ze ścieków oczyszczonych do zastosowania jako nawóz do roślin, z równoczesną produkcją wody oczyszczonej.

Stymulatory wzrostu roślin to środki chemiczne pochodzenia organicznego, których działanie polega na aktywowaniu procesów fizjologicznych roślin, stymulując ich wzrost, a tym samym zwiększając jakość i wielkość plonów. Są one w postaci nawozu. Nawozy zawierają m.in. takie składniki jak kwasy humusowe i mikroelementy oraz inne związki, które stosowane w małej ilości powodują stymulację procesów metabolicznych roślin, m.in. procesu fotosyntezy, pobierania i transportu składników mineralnych i wody.

Znane są przykłady wykorzystania ścieków oczyszczonych do nawadniania pól uprawnych, przy czym wykorzystuje się zarówno surowe ścieki oczyszczone, jak i produkt ich uzdatniania z wykorzystaniem procesów chemicznych i fizycznych. Recykling ścieków oczyszczonych stosuje się przede wszystkim do produkcji wody o zróżnicowanej jakości. W tym celu wykorzystuje się m.in. techniki membranowe. Do zalet procesów membranowych w stosunku do tradycyjnych metod oczyszczania ścieków należą przede wszystkim możliwość łatwego zwiększenia skali procesowej, możliwość integracji procesów membranowych z innymi procesami jednostkowymi, energooszczędność, łagodne warunki prowadzenia procesu (temperatura otoczenia, ciśnienie normalne), brak konieczności stosowania odczynników chemicznych, możliwość prowadzenia procesu w sposób ciągły, łatwość obsługi i automatyzacji. Odpowiednio dobrany materiał i wielkość porów/cut-off membrany pozwalają na wydajną separację składników ścieków oczyszczonych.

Publikacja [Claudio Ledda, Andrea Schievano, Silvia Salati, Fabrizio Adani, Nitrogen and water recovery from animal slurries by a new integrated ultrafiltration, reverse osmosis and cold stripping process: A case study, Water Research 2013, 47, 6157-6166] prezentuje zintegrowany układ ultrafiltracja - odwrócona osmoza - stripping (usuwanie) amoniaku do odzysku związków azotowych z gnojowicy. Składniki azotowe separowane są w procesach ultrafiltracji i odwróconej osmozy ze współczynnikiem retencji odpowiednio 46.7-66.3% oraz 89.6-93.1%. Retentat z odwróconej osmozy jest następnie wykorzystywany do produkcji siarczanu amonu w procesie strippingu amoniaku.

Publikacja [Wenyuan Ye, Hongwei Liu, Mei Jiang, Jiuyang Lin, Kunfeng Ye, Shengqiong Fang, Yudong Xu, Shuaifei Zhao, Bart Van der Bruggen, Zhen He, Sustainable management of landfill leachate concentrate throughrecovering humic substance as liquid fertilizer by loose nanofiltration, Water Research 2019, 157, 555-563] przedstawia wykorzystanie retentatu po nanofiltracji odcieków ze składowisk odpadów do stymulacji wzrostu nasion fasoli mung. Badania skupiały się na zatrzymywaniu kwasów humusowych pochodzących z odcieków ze składowiska odpadów w Fuzhou (Chiny) za pomocą procesów membranowych z wykorzystaniem membrany płaskiej w przepływie krzyżowym. Odzyskane i zatężone w procesie nanofiltracji, kwasy humusowe wykorzystano do testów wzrostu nasion fasoli. Badania wykazały 95.7 ± 0.3% stopień zatrzymania kwasów humusowych w procesie nanofiltracji odcieków ze składowisk. Zastosowanie koncentratu o stężeniu związków humusowych wynoszącym 100 ppm spowodowało wzrost długości rośliny oraz świeżej masy o odpowiednio 54.7% oraz 121.4% w stosunku do stężenia 0 ppm.

Publikacja [Dong Duy Pham, Kei Cai, Luc Duc Phung, Nobuo Kaku, Atsushi Sasaki, Yuka Sasaki, Kenichi Horiguchi, Dung Viet Pham, Toru Watanabe Rice Cultivation without Synthetic Fertilizers and Performance of Microbial Fuel Cells (MFCs) under Continuous Irrigation with Treated Wastewater, Water 2019, 11, 1516] przedstawia zastosowanie ścieków oczyszczonych pochodzących z japońskiej oczyszczalni ścieków jako nawóz do uprawy ryżu brązowego. W badaniach testowano możliwość wykorzystania ścieków oczyszczonych do irygacji pól uprawnych w zastępstwie wody wodociągowej. W badaniach wykorzystywane były ścieki oczyszczone, nie poddane żadnym procesom oczyszczania lub zatężenia. Kontrolowane były wzrost ryżu, wydajność i składniki plonów oraz stężenie metali ciężkich w glebie i w roślinach. Wyniki pokazały, że stosowanie ścieków oczyszczonych do irygacji jest bezpieczne, o czym mówi brak występowania metali ciężkich w glebie oraz w zebranym ryżu. Dzięki zastosowaniu ścieków oczyszczonych możliwe również było wykluczenie stosowania nawozów sztucznych.

Publikacja [Gilmar Oliveira Santos, Rogerio Teixeira de Faria, Gilberto Aparecido Rodrigues, Geffson de Figueredo Dantas, Alexandre Barcellos Dalri, Luiz Fabiano Palaretti, Forage yield and quality of marandugrass fertigated with treated sewage wastewater and minerał fertilizer, Acta Scientiarum. Agronomy 2017, 39, 515-523] przedstawia wykorzystanie ścieków oczyszczonych pochodzących z miejskiej oczyszczalni ścieków w Sao Paulo (Brazylia) do nawadniania pól uprawnych trawy z gatunku Brachiaria brizantha w systemie potrójnego zraszania. Badania były prowadzone w szerokim zakresie czasu, od lata 2013 do wiosny 2014, dzięki czemu możliwe było określenie zmian składu ścieków oczyszczonych w zależności od pory roku. Roczna wielkość plonów wzrosła dzięki zastosowaniu ścieków oczyszczonych bogatych w mikroelementy w roku 2013 i 2014 odpowiednio z 31.3 do 47.4 Mg/ha i z 25.7 do 56.9 Mg/ha. W badaniach zaobserwowano także wpływ sezonowości na wydajność wzrostu biomasy. Stosowanie ścieków oczyszczonych spowodowała również poprawę jakości paszy produkowanej z Brachiaria brizantha.

Publikacja [Elena Zlatareva, Svetla Marinova, Bayko Baykov, Totka Mitova, Vera Petrova, Viktor Kolchakov, Establishment of Changes in the System “Soil-Fertilizer-Plant” as a Result of Fertilization with Sludge from Wastewater Treatment Plant, Energy Solutions To Combat Global Wanning 2017, 33, 339-350] przedstawia wykorzystanie osadu czynnego z miejskiej oczyszczalni ścieków w Sofii (Bułgaria) do nawożenia upraw kukurydzy. Badania wykazały, że osad z oczyszczalni wzbogaca glebę o jony azotu, fosforu i potasu, które zwiększają możliwości wzrostu upraw - plony są większe niż w przypadku tradycyjnego nawożenia oraz powstała biomasa ma lepszą jakość.

Z opisu wynalazku CN106430778A znana jest metoda oczyszczania ścieków zawierających sole do produkcji chlorku sodu, siarczanu amonu i wieloskładnikowych nawozów ze ścieków. Proces przebiega z użyciem membrany nanofiltracyjnej. Ścieki pochodzą z układu oczyszczania gazów spalinowych i na wstępnym etapie obniżane jest chemiczne zapotrzebowanie na tlen.

Z opisu wynalazku US6007719A znany jest proces oczyszczania wysoko stężonych ścieków pohodowlanych obejmujący ogrzewanie, fermentację beztlenową, separację membranową ultrafiltracyjną lub odwróconą osmozę (RO). Retentat z RO może być wykorzystany jako surowiec nawozu płynnego dla upraw wodnych i oprysku liści.

Z opisu wynalazku CN110330179A znana jest metoda oczyszczania odcieku ze składowiska odpadów z wykorzystaniem bioreaktorów membranowych oraz ultrafiltracji i nanofiltracji. W procesie ultrafiltracji oddzielane są substancje humusowe od soli organicznych, które następnie koncentrowane są w trakcie nanofiltracji. Zatężone substancje humusowe spełniają zapotrzebowanie nawozów na kwasy humusowe.

Z opisu wynalazku CN109354304A znany jest sposób odprowadzania ścieków i odzysku energii oparty na trzystopniowej separacji membranowej. Na stopnie składają się trzy reaktory membranowe: dynamiczny, mikrofiltracyjny oraz nanofiltracyjny. Z wody oczyszczonej po trzecim etapie usuwany jest azot amonowy, z odzyskanego węgla organicznego otrzymuje się metan, a pozostały osad po fermentacji beztlenowej może zostać wykorzystany jako nawóz.

Z opisu wynalazku KR20020062213A znana jest instalacja oczyszczania ścieków biogazowych oraz ciekłej gnojowicy celem otrzymania nawozu ciekłego i czystej wody. Instalacja składa się z systemu ultrafiltracji lub mikrofiltracji oraz odwróconej osmozy lub nanofiltracji. Surowce płynne oczyszczane w 1-12-etapowej UF/MF, a następnie 2-etapowej RO/NF. W trakcie procesu RO/NF zmieniane jest pH w zakresie 3-7 w pierwszym etapie, a w drugim przeprowadzona jest neutralizacja węglanem wapnia i dwutlenkiem węgla.

Niedogodnością znanych sposobów otrzymywania nawozów mineralnych jest powstawanie ścieków przemysłowych na drodze ich produkcji. Niedogodnością związaną z odprowadzaniem komunalnych ścieków oczyszczonych do rzek, jest strata surowca, który zawiera cenne składniki możliwe do odzysku, stąd potrzeba opracowania metody odzysku surowców z jednoczesnym odzyskiem wody. Celem wynalazku było zatem opracowanie lepszej metody otrzymywania nawozów jak i nawóz o korzystnych właściwościach i składzie, zwłaszcza celem była metoda otrzymywania nawozów ze ścieków komunalnych.

Wynalazek dotyczy sposobu otrzymywania koncentratu z komunalnych ścieków oczyszczonych do wykorzystania jako nawóz dla roślin, polegający na przeprowadzeniu filtracji, który charakteryzuje się tym, że po wstępnym oczyszczeniu ścieków znanym sposobem mechaniczno-biologicznym przeprowadza się oczyszczanie w procesie mikrofiltracji lub ultrafiltracji przy ciśnieniu transmembranowym co najmniej 2 bary z użyciem membrany mikrofiltracyjnej w postaci porowatej membrany kapilarnej z polipropylenu lub membrany ultrafiltracyjnej w postaci porowatej membrany kapilarnej z polieterosulfonu. Następnie, w drugim etapie, uzyskany permeat z mikrofiltracji lub ultrafiltracji zagęszcza się w procesie nanofiltracji w cyrkulacji przy ciśnieniu transmembranowym co najmniej 8 barów z użyciem membrany nanofiltracyjnej w postaci membrany kompozytowej z poliamidu aż do wytworzenia pierwszego koncentratu stanowiącego pierwszy retentat i wody oczyszczonej. Otrzymany retentat z nanofiltracji zagęszcza się w trzecim etapie polegającym na nanofiltracji w cyrkulacji przy ciśnieniu co najmniej 8 barów aż do wytworzenia drugiego koncentratu stanowiącego retentat właściwy i nawóz. Filtracje w pierwszym i drugim etapie prowadzi się do uzyskania stężenia kwasów humusowych w otrzymanym drugim koncentracie co najmniej 10-krotnie większego niż w ściekach oczyszczonych i co najmniej 2-krotnie większego niż w pierwszym koncentracie. Korzystnie, proces ultrafiltracji prowadzi się przy ciśnieniu transmembranowym z zakresu 2-7 barów. Korzystnie, proces mikrofiltracji prowadzi się przy ciśnieniu transmembranowym z zakresu 2-5 barów. Korzystnie, proces nanofiltacji prowadzi się przy ciśnieniu transmembranowym z zakresu 8-20 barów.

Wynalazek dotyczy również nawozu dla roślin otrzymanego powyższym sposobem z komunalnych ścieków oczyszczonych, który charakteryzuje się tym, że stanowi roztwór wodny koncentratu o stężeniu minimalnym 20% lub stanowi koncentrat nierozcieńczony zawierający związki organiczne, w tym kwasy humusowe oraz jony wapnia i magnezu, przy czym stężenie kwasów humusowych wynosi co najmniej 29,5 mg/L, a stężenie sumaryczne jonów magnezu, jonów wapnia, siarczanów, związków fosforu i związków azotu wynosi sumarycznie co najmniej 2135 mg/L.

Wynalazek dotyczy także układu do otrzymania koncentratu z komunalnych ścieków oczyszczanych, który charakteryzuje się tym, że zawiera kolejno zestawione i połączone ze sobą takie elementy jak: zbiornik surowca, ultrafiltracyjną kapilarną membranę polieterosulfonową lub mikrofiltracyjną kapilarną membranę polipropylenową, zasilane pompami membranowymi o minimalnym ciśnieniu pracy 2 barów i pracujące w układzie jednokierunkowym lub krzyżowym, zbiornik permeatu z ultrafiltracji lub mikrofiltracji bezpośrednio połączony ze zbiornikiem nadawy. Układ zawiera membrany nanofiltracyjne wykonane z kompozytów poliamidowych, zasilane pompą, oraz zbiornik permeatu z nanofiltracji połączony ze zbiornikiem nadawy i zbiornikiem permeatu z ultrafiltracji lub mikrofiltracji. Korzystnie, jako membrany ultrafiltracyjne układ zawiera porowate membrany kapilarne z polieterosulfonu o wartości odcięcia masy cząsteczkowej cut-off wynoszącej 40000-80000 Da. Korzystnie, jako membrany nanofiltracyjne zawiera membrany kompozytowe z poliamidu o wartości odcięcia masy cząsteczkowej cutoff wynoszącej 150-300 Da. Korzystnie, w procesie nanofiltracji zawiera moduł spiralny do nanofiltracji.

Wynalazek umożliwia powtórne wykorzystanie ścieków oczyszczonych do produkcji wody oraz nawozu, co wpisuje się w plan działania Unii Europejskiej dotyczący gospodarki o obiegu zamkniętym. Sposób według wynalazku opiera się na wykorzystaniu przyjaznych środowisku i energooszczędnych ciśnieniowych procesów membranowych, pozwala na bezodpadową produkcję zagęszczonego retentatu bez negatywnego wpływu na środowisko.

Wynalazek opisano dokładnie w przykładzie wykonania. Zautomatyzowany i opomiarowany układ do produkcji koncentratu (retentatu) pokazano na fig. 1.

Przykład 1

Budowa układu

Układ zawiera zbiornik surowca 1 (ścieków oczyszczonych) wykonany z tworzywa sztucznego, o pojemności 100 L, ultrafiltracyjną kapilarną membranę 2 polieterosulfonową w obudowie z polichlorku winylu, zasilaną pompą membranową o maksymalnym ciśnieniu pracy 7 bar, pracującą w układzie jednokierunkowym „dead-end” lub krzyżowym „cross-flow”, zbiornik permeatu 3 z ultrafiltracji wykonany z tworzywa sztucznego, o pojemności 1000 L, bezpośrednio połączony za pomocą przewodów i zaworów ze zbiornikiem nadawy 4 wykonanym ze stali kwasoodpornej, o pojemności 100 L, do procesu nanofiltracji przy minimalnym ciśnieniu 8 bar, membrany nanofiltracyjne 5 wykonane z kompozytów poliamidowych o wartościach cut-off masy cząsteczkowej 150-300 Da w obudowach z tworzywa sztucznego, zasilane pompą wirową o mocy 2,2 kW, zbiornik permeatu 6 z nanofiltracji. Po skończonym cyklu zagęszczania retetntatu dokonuje się płukania i mycia instalacji w systemie CIP.

Sposób

W pierwszym etapie napełniono zbiornik ściekami oczyszczonymi pochodzącymi z oczyszczalni ścieków o zawartości związków humusowych 2 mg/L. Wykorzystano ścieki oczyszczone powstające we Wrocławskiej Oczyszczalni Ścieków. Jest to oczyszczanie mechaniczno-biologiczne z chemicznym wspomaganiem usuwania związków fosforu. Oczyszczanie ścieków komunalnych możliwe jest dzięki zastosowaniu dwustopniowego procesu - wstępne oczyszczanie na kratach i piaskownikach, sedymentacja w osadnikach oraz bloki biologiczne. Jest to sposób znany. Następnie przeprowadzono 6-godzinny proces ultrafiltracji na kapilarnej membranie polieterosulfonowej w przepływie „dead-end” dla ustawienia kompresora zasilającego pompę membranową 3 bar, 5-sekundowego czasu płukania wstecznego oraz z 5-minutowym czasem pomiędzy płukaniami, uzyskując wstępnie oczyszczony permeat z ultrafiltracji. Permeat jest odzyskaną wodą, ale dopiero permeat po nanofiltracji ma parametry odpowiadające normom. W kolejnym kroku napełniono zbiornik surowca dla nanofiltracji, permeatem z procesu ultrafiltracji. W drugim etapie przeprowadzono proces nanofiltracji na membranie kompozytowej z poliamidu dla 12 bar z cyrkulacją surowca w przepływie „cross-flow”. Otrzymany w drugim etapie surowiec zatężono 10-krotnie w procesie nanofiltracji, przeprowadzając proces nanofiltracji z cyrkulacją przy ciśnieniu 12 bar w przepływie „cross-flow”. W trzecim etapie pierwszy koncentrat (retentat) z etapów 1-2 dodatkowo zatężono 10-krotnie w procesie nanofiltracji przy 12 barach z cyrkulacją surowca w przepływie „cross-flow”; otrzymano zatężony drugi koncentrat o stężeniu kwasów humusowych i związków organicznych odpowiednio 30 mg/L i 45 mg/L oraz wodę oczyszczoną (permeat z nanofiltracji) o parametrach: mętność 0,24 NTU, przewodność elektryczna 2230 μS/cm, twardość 262 mg CaCO3/L, pH = 7,40, siarczany 10,7 mg/L, azotany 4,77 mg/L, azotyny 0,039 mg/L, jony magnezu 8,75 mg/L, jony wapnia 87,4 mg/L, mieszczących się w normie dla wody wodociągowej zgodnie z rozporządzeniem Dz.U. z 2017 r. poz. 2294. Następnie, przeniesiono ostateczny koncentrat (100 krotnie zatężony permeat po ultrafiltracji) do pojemników ograniczających dopływ światła. Kolejno, przygotowano po 20 mL roztworu koncentratu otrzymanego ostatecznie n-krotnie znanymi technikami uzyskując roztwór: stężenie 0, 20, 40, 60, 80% i 100% v/v, rozcieńczany wodą ultraczystą. W kolejnym etapie przygotowano 24 szalki Petriego z naważkami 2,5 g waty. Na cztery szalki z watą nanoszono atomizerem 5 mL roztworów koncentratu 2 o stężeniu 0-100% i układano po 25 ziaren kiełek rzodkiewki Raphanus sativus. Następnie, kiełki hodowano przez 7 dni w kiełkowniku z światłem LED o barwie różowej w systemie 12/12 h. Co 2 dni nawadniano nasiona 2 mL wody destylowanej. Dla 100% koncentratu uzyskano wzrost stężenia chlorofilu w liściach o 250%, wielkości biomasy o 35% oraz średniej długości części naziemnych o 40% w stosunku do stężenia 0%.

P rzy kła d 2

Budowa układu

Układ zawiera zbiornik surowca 1 (ścieków oczyszczonych) wykonany z tworzywa sztucznego, o pojemności 100 L, mikrofiltracyjną kapilarną membranę 2 polipropylenową o średnicy porów 0,2 μm w obudowie z polisulfonu, zasilaną pompą membranową o maksymalnym ciśnieniu pracy 7 bar, pracującą w układzie jednokierunkowym „dead-end” lub krzyżowym „cross-flow”, zbiornik permeatu 3 z ultrafiltracji wykonany z tworzywa sztucznego, o pojemności 1000 L, bezpośrednio połączony za pomocą przewodów i zaworów ze zbiornikiem nadawy 4 wykonanym ze stali kwasoodpornej, o pojemności 100 L, do procesu nanofiltracji przy minimalnym ciśnieniu 8 bar, membrany nanofiltracyjne 5 wykonane z kompozytów poliamidowych o wartościach cut-off 150-300 Da w obudowach z tworzywa sztucznego, zasilane pompą wirową o mocy 2,2 kW, zbiornik permeatu 6 z nanofiltracji. Po skończonym cyklu zagęszczania retentatu dokonuje się płukania i mycia instalacji w systemie CIP.

Sposób

W pierwszym etapie napełniono zbiornik ściekami oczyszczonymi pochodzącymi z oczyszczalni ścieków o zawartości związków humusowych 2 mg/L. Wykorzystano ścieki oczyszczone powstające we Wrocławskiej Oczyszczalni Ścieków. Jest to oczyszczanie mechaniczno-biologiczne z chemicznym wspomaganiem usuwania związków fosforu. Oczyszczanie ścieków komunalnych możliwe jest dzięki zastosowaniu dwustopniowego procesu - wstępne oczyszczanie na kratach i piaskownikach, sedymentacja w osadnikach oraz bloki biologiczne. Jest to sposób znany. Następnie przeprowadzono 6-godzinny proces mikrofiltracji na kapilarnej membranie polietylenowej w przepływie „cross-flow” dla ustawienia kompresora zasilającego pompę membranową 4 bar, 5-sekundowego czasu płukania wstecznego oraz z 5-minutowym czasem pomiędzy płukaniami uzyskując wstępnie oczyszczony permeat z ultrafiltracji. Następnie napełniono zbiornik surowca dla nanofiltracji, permeatem z procesu mikrofiltracji. W drugim etapie przeprowadzono proces nanofiltracji na membranie kompozytowej z poliamidu dla 12 bar z cyrkulacją surowca w przepływie „cross-flow”. Otrzymany w drugim etapie surowiec zatężono 10-krotnie, przeprowadzając proces nanofiltracji z cyrkulacją przy ciśnieniu 12 bar w przepływie „cross-flow”. W trzecim etapie pierwszy koncentrat (retentat) z etapów 1-2 dodatkowo zatężono 10-krotnie w procesie nanofiltracji przy 12 barach z cyrkulacją surowca w przepływie „cross-flow”; otrzymano zatężony drugi koncentrat o stężeniu kwasów humusowych i związków organicznych odpowiednio 30 mg/L i 45 mg/L oraz wodę oczyszczoną (permeat z nanofiltracji) o parametrach; mętność 0,3 NTU, przewodność elektryczna 2236 μS/cm, twardość 256 mg CaCO3/L, pH = 8,25, siarczany 23,3 mg/L, azotany 6,21 mg/L, azotyny 0,19 mg/L, jony magnezu 12,1 mg/L, jony wapnia 49,5 mg/L, mieszczących się w normie dla wody wodociągowej zgodnie z rozporządzeniem Dz.U. z 2017 r. poz. 2294. Przeniesiono ostateczny koncentrat (100 krotnie zatężony permeat po ultrafiltracji) do pojemników ograniczających dopływ światła.

Badanie aktywności otrzymanego permeatu i nawozu.

Przygotowano po 20 mL roztworu koncentratu 2 o stężeniu: 0, 20, 40, 60, 80% i 100% v/v, rozcieńczanego wodą ultraczystą. Przygotowano 24 szalki Petriego z naważkami 2,5 g waty. Na cztery szalki z watą nanoszono atomizerem 5 mL roztworów koncentratu 2 o stężeniu 0-100% i układano po 25 ziaren kiełek rzodkiewki Raphanus sativus. W kolejnym etapie kiełki hodowano przez 7 dni w kiełkowniku z światłem LED o barwie różowej w systemie 12/12 h. Co 2 dni nawadniano nasiona 2 mL wody destylowanej. Dla 100% koncentratu uzyskano wzrost stężenia chlorofilu w liściach o 250%, wielkości biomasy o 35% oraz, średniej długości części naziemnych o 40% w stosunku do stężenia 0%.

Claims (9)

1. Sposób otrzymywania koncentratu z komunalnych ścieków oczyszczonych do wykorzystania jako nawóz dla roślin, polegający na przeprowadzeniu filtracji, znamienny tym, że po wstępnym oczyszczeniu ścieków znanym sposobem mechaniczno-biologicznym przeprowadza się oczyszczanie w procesie mikrofiltracji lub ultrafiltracji przy ciśnieniu transmembranowym co najmniej 2 bary z użyciem membrany mikrofiltracyjnej w postaci porowatej membrany kapilarnej z polipropylenu lub membrany ultrafiltracyjnej w postaci porowatej membrany kapilarnej z polieterosulfonu, następnie w drugim etapie uzyskany permeat z mikrofiltracji lub ultrafiltracji zagęszcza się w procesie nanofiltracji w cyrkulacji przy ciśnieniu transmembranowym co najmniej 8 barów z użyciem membrany nanofiltracyjnej w postaci membrany kompozytowej z poliamidu aż do wytworzenia pierwszego koncentratu stanowiącego pierwszy retentat i wody oczyszczonej, zaś otrzymany retentat z nanofiltracji zagęszcza się w trzecim etapie polegającym na nanofiltracji w cyrkulacji przy ciśnieniu co najmniej 8 barów aż do wytworzenia drugiego koncentratu stanowiącego retentat właściwy i nawóz, przy czym filtracje w pierwszym i drugim etapie prowadzi się do uzyskania stężenia kwasów humusowych w otrzymanym drugim koncentracie co najmniej 10-krotnie większego niż w ściekach oczyszczonych i co najmniej 2-krotnie większego niż w pierwszym koncentracie.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces ultrafiltracji prowadzi się przy ciśnieniu transmembranowym z zakresu 2-7 barów.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces mikrofiltracji prowadzi się przy ciśnieniu transmembranowym z zakresu 2-5 barów.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces nanofiltacji prowadzi się przy ciśnieniu transmembranowym z zakresu 8-20 barów.

5. Nawóz dla roślin z komunalnych ścieków oczyszczonych otrzymany sposobem określonym w zastrzeżeniu 1, znamienny tym, że stanowi roztwór wodny koncentratu o stężeniu minimalnym 20% lub stanowi koncentrat nierozcieńczony zawierający związki organiczne, w tym kwasy humusowe oraz jony wapnia i magnezu, przy czym stężenie kwasów humusowych wynosi co najmniej 29,5 mg/L, a stężenie sumaryczne jonów magnezu, jonów wapnia, siarczanów, związków fosforuj związków azotu wynosi sumarycznie co najmniej 2135 mg/L.

6. Układ do otrzymania koncentratu z komunalnych ścieków oczyszczanych, znamienny tym, że zawiera kolejno zestawione i połączone ze sobą takie elementy jak: zbiornik surowca (1). ultrafiltracyjną kapilarną membranę (2) polieterosulfonową lub mikrofiltracyjną kapilarną membranę (2) polipropylenową, zasilane pompami membranowymi o minimalnym ciśnieniu pracy

PL 245785 Β1

2 barów i pracujące w układzie jednokierunkowym lub krzyżowym, zbiornik permeatu (3) z ultrafiltracji lub mikrofiltracji bezpośrednio połączony ze zbiornikiem nadawy (4), membrany nanofiltracyjne (5) wykonane z kompozytów poliamidowych, zasilane pompą, oraz zbiornik permeatu (6) z nanofiltracji połączony ze zbiornikiem nadawy (4) i zbiornikiem permeatu (3) z ultrafiltracji lub mikrofiltracji.

7. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że jako membrany ultrafiltracyjne zawiera porowate membrany kapilarne z polieterosulfonu o wartości odcięcia masy cząsteczkowej cut-off wynoszącej 40000-80000 Da.

8. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że jako membrany nanofiltracyjne zawiera membrany kompozytowe z poliamidu o wartości odcięcia masy cząsteczkowej cut-off wynoszącej 150-300 Da.

9. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że zawiera moduł spiralny do nanofiltracji.