PL191360B1 - Sposób tlenowej stabilizacji płynnych odpadów organicznych, zwłaszcza nadmiernych osadów ściekowych - Google Patents

Abstract

Sposób tlenowej stabilizacji płynnych odpadów organicznych, zwłaszcza nadmiernych osadów ściekowych, polegający na ich napowietrzaniu i wprowadzaniu do nich nadtlenku wodoru, znamienny tym, że do napowietrzanych w sposób ciągły płynnych odpadów organicznych wprowadza się nadtlenek wodoru, korzystnie o stężeniu 30 - 35% i związek żelaza dwu- lub trójwartościowego, zwłaszcza siarczan żelaza (II) lub siarczan żelaza (III) lub chlorek żelaza (III), których ilość i częstotliwość dozowania sterowana jest pomiarem potencjału oksydacyjno-redukcyjnego stabilizowanych odpadów, aż do uzyskania wartości tego potencjału nie niższej niż 100 mV, korzystnie 200 mV, po czym tak otrzymany układ reakcyjny nadal jest napowietrzany do chwili osiągnięcia zmniejszenia się, o co najmniej 30%, suchej masy organicznej zawartej w początkowej ilości płynnych odpadów.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób tlenowej stabilizacji płynnych odpadów organicznych, zwłaszcza nadmiernych osadów ściekowych z oczyszczalni biologicznych, w reaktorze stabilizacji.

Płynne organiczne odpady przemysłowe, a zwłaszcza nadmierne osady ściekowe powstające w procesach biologicznego oczyszczania ścieków stanowią poważne zagrożenie ekologiczne i sanitarne, dlatego też, przed dalszym zagospodarowaniem, na przykład składowaniem, są poddawane procesom unieszkodliwiania, a następnie odwadniania. Do unieszkodliwiania takich osadów często wykorzystuje się proces fermentacji beztlenowej oraz proces stabilizacji tlenowej.

Klasyczny proces stabilizacji tlenowej polega na długotrwałym napowietrzaniu osadów bez doprowadzania ścieków czy innych substratów w celu tlenowego zmineralizowania substancji organicznych zawartych w tych osadach przez znajdujące się tam mikroorganizmy. Dla pełnej stabilizacji tlenowej, stabilizowane osady muszą być natleniane przez okres około 25 dni, ponieważ zawarte w nich mikroorganizmy nie są w stanie szybciej utlenić na drodze biologicznej materii organicznej tych osadów.

Znany z opisu patentowego nr EP 0564386 proces unieszkodliwiania osadów przemysłowych i/lub komunalnych zawierających w swoim składzie materię organiczną przynajmniej częściowo podatną na fermentację, charakteryzuje się dwoma fazami procesu. Pierwsza faza obejmuje unieszkodliwianie osadu poprzez jego utlenianie na drodze rodnikowej w wyniku dodawania do niego nadtlenku wodoru i co najmniej jednej soli żelaza w warunkach umożliwiających sflokulowanie części materii organicznej. W drugiej fazie, osady zawierające wstępnie utlenioną i sflokulowaną materię organiczną poddaje się dalszemu utlenianiu na drodze biologicznej. W drugim etapie (biologicznej degradacji osadów) nie biorą udziału mikroorganizmy zawarte pierwotnie w tych osadach, ponieważ zostały unicestwione w pierwszym etapie (chemicznego utleniania). Dlatego drugi etap musi przebiegać przy zastosowaniu innych, specjalnie do tego celu przeznaczonych mikroorganizmów.

Znane jest również z japońskich opisów patentowych: nr 56150483 i 55094698 bezpośrednie traktowanie odpadowych osadów nadtlenkiem wodoru i solami żelaza w celu ich unieszkodliwienia w całości na drodze reakcji chemicznej, przy odpowiedniej regulacji pH. W sposobie według opisu patentowego nr JP 55094698 podgrzewa się ponadto osady do temperatury 60 - 100°C. Powoduje to utlenienie materii organicznej zawartej w osadach w całości na drodze chemicznej, ponieważ warunki reakcji według wymienionych opisów niszczą również mikroorganizmy pierwotnie zawarte w tych osadach.

Znane jest także całkowite unieszkodliwianie osadów sposobami według japońskich opisów patentowych o nr nr: 58034098 i 7024499 tylko na drodze chemicznej, poprzez dodawanie reagentów, przy czym w opisie patentowym JP 58034098 nie używa się nadtlenku wodoru, a jako czynnik utleniający stosuje się chlor lub tlen z powietrza, natomiast w opisie nr JP 7024499 stosuje się ultradźwięki, co również wpływa na zabicie mikroorganizmów.

Sposób tlenowej stabilizacji płynnych odpadów organicznych, zwłaszcza nadmiernych osadów ściekowych, polegający na ich napowietrzaniu i wprowadzaniu do nich nadtlenku wodoru, według wynalazku polega na wprowadzaniu, do napowietrzanych w sposób ciągły, płynnych odpadów organicznych, razem z nadtlenkiem wodoru, korzystnie o stężeniu 30 - 35%, związku żelaza dwu- lub trójwartościowego, których ilość i częstotliwość dozowania sterowana jest pomiarem potencjału oksydacyjno-redukcyjnego stabilizowanych odpadów. Jako związek żelaza można stosować zwłaszcza siarczan żelaza (II) lub siarczan żelaza (III) lub chlorek żelaza (III), przy czym ilość żelaza wyrażona ilością jonów Fe²⁺ lub Fe³⁺ stanowi 10 - 50% wagowych w stosunku do ilości nadtlenku wodoru. Jony żelaza w podanym zakresie powodują kataliczny rozkład nadtlenku wodoru z wytworzeniem wysokoreaktywnych rodników hydroksylowych OH°, zapewniając tym samym szybkie utlenianie części substancji organicznych i wzrost potencjału oksydacyjno-redukcyjnego stabilizowanych odpadów poddawanych unieszkodliwianiu. Po uzyskaniu potencjału oksydacyjno-redukcyjnego o wartości co najmniej 100 mV, korzystnie 200 mV, świadczącego o przebiegu intensywnych reakcji utleniania, zaprzestaje się dozowania nadtlenku wodoru i związków żelaza. Wartość potencjału oksydacyjno-redukcyjnego nie może być zbyt wysoka, żeby nie zabić mikroorganizmów biorących równolegle udział w degradowaniu materii organicznej osadów na drodze biologicznej. Z drugiej strony wartość potencjału oksydacyjno-redukcyjnego nie może być zbyt niska, ponieważ degradacja materii organicznej na drodze chemicznej będzie mało efektywna. Tak otrzymany układ reakcyjny poddaje się dalszemu napowietrzaniu w tym samym reaktorze stabilizacji do chwili uzyskania zmniejszenia się o co najmniej 30% suchej masy organicznej zawartej w początkowej ilości płynnych odpadów.

PL 191 360 B1

Jeżeli potencjał oksydacyjno-redukcyjny obniży się poniżej 80 mV, okresowo wprowadza się do układu reakcyjnego nadtlenek wodoru, aż do uzyskania potencjału o wartości nie mniejszej niż 80 mV, korzystnie 100 - 150 mV, co umożliwia utrzymanie odpowiedniej intensywności procesu utleniania chemicznego bez zniszczenia mikroorganizmów równolegle degradujących osady na drodze biologicznej.

W przypadku obniżenia się w układzie reakcyjnym odczynu poniżej pH 5,0, koryguje się go do wartości pH 6,5 - 7,0, poprzez dodawanie do tego układu związków zasadowych, korzystnie wodorotlenku sodowego lub potasowego lub wapniowego, w celu niedopuszczenia do zatrzymania funkcji fizjologicznych mikroorganizmów biorących udział w procesie stabilizacji.

Uzależnienie ilości dozowanego nadtlenku wodoru, a zwłaszcza związków żelaza, od wartości potencjału oksydacyjno-redukcyjnego ma istotne znaczenie, gdyż nie dopuszcza do przedawkowania ilości tych reagentów, co rzutuje na wysokie zdolności stabilizacyjne i łatwość odwadniania płynnych odpadów organicznych.

Zaletą sposobu według wynalazku jest jednoczesne współdziałanie utleniania na drodze biologicznej oraz chemicznej, w wyniku czego uzyskuje się istotne, nawet dwukrotne, skrócenie całkowitego czasu procesu stabilizacji oraz efektywne unieszkodliwienie odpadów zawierających nawet trudno podatne na biochemiczny rozkład substancje organiczne, co istotnie wpływa na zmniejszenie zagrożenia i uciążliwości dla środowiska. W porównaniu z odpadami poddawanymi znanej klasycznej stabilizacji, osady takie wykazują lepszą opadalność i zdolność do zagęszczania, łatwiej się odwadniają, przez co zmniejsza się ich objętość, a także po zakończeniu procesu zawierają mniej bakterii chorobotwórczych i pasożytów.

Sposób według wynalazku może służyć nie tylko do unieszkodliwiania płynnych odpadów organicznych i nadmiernych osadów ściekowych, ale również do poprawy stanu osadów powstałych w wyniku zagnicia spowodowanego awarią systemu napowietrzania w reaktorach osadu czynnego lub komorach stabilizacji. Umożliwia to przetrzymanie takich osadów w warunkach tlenowych, bez bardzo przykrego oddziaływania na otoczenie, do czasu usunięcia awarii systemów napowietrzających.

Przedmiot wynalazku jest dokładniej przedstawiony w poniższym przykładzie wykonania.

Do osadu nadmiernego o zawartości 90% suchej masy organicznej, pochodzącego z biologicznej oczyszczalni ścieków przemysłowych, poddawanego klasycznej biologicznej stabilizacji tlenowej w reaktorze stabilizacji i napowietrzanego sprężonym powietrzem, wprowadzono porcjami 30% roztwór nadtlenku wodoru oraz siarczan żelaza (II) w postaci stałej, w ilości sterowanej potencjałem oksydacyjno-redukcyjnym. Po uzyskaniu wartości potencjału oksydacyjno-redukcyjnego równego 200 mV, zaprzestano dozowania reagentów kontynuując proces napowietrzania. W chwili obniżenia się odczynu w reaktorze do pH 5,0 korygowano odczyn za pomocą zasady sodowej do poziomu pH 6,5 -7,0, mierząc ciągle wartość potencjału oksydacyjno-redukcyjnego.

Kiedy wartość potencjału oksydacyjno-redukcyjnego w kolejnych dniach procesu zaczynała się obniżać, dodawano korygujące dawki samego nadtlenku wodoru w ilości potrzebnej do utrzymania wartości tego potencjału na poziomie 100 - 150 mV. Po stwierdzeniu utrzymywania się wartości potencjału na założonym poziomie, zaprzestano całkowicie dodawania nadtlenku wodoru, kontynuując samo napowietrzanie. Proces stabilizacji zakończono, po uzyskaniu zmniejszenia się zawartości suchej masy organicznej w osadach o 50%, w wyniku czego unieszkodliwiane osady nie wykazywały już tendencji do zagniwania i mogły zostać poddane odwadnianiu. Ponadto w cieczy nadosadowej o 82% obniżyło się stężenie związków organicznych wyrażone wskaźnikiem chemicznego zapotrzebowania tlenu (ChZT) oraz uzyskano bardzo dobre właściwości sedymentacyjne osadu, w wyniku czego indeks objętościowy osadu zmniejszył się od 190 do 90 cm³/g.

W reaktorze porównawczym, nawet przy znacznie dłuższym czasie napowietrzania, bez zastosowania nadtlenku wodoru i związku żelaza, nie udało się obniżyć zawartości masy organicznej w osadach, więcej jak o 20%, a indeks objętościowy osadu wzrósł niekorzystnie do wartości około 260 cm³/g, natomiast chemiczne zapotrzebowanie tlenu dla cieczy nadosadowej uległo obniżeniu tylko o 68%.

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób tlenowej stabilizacji płynnych odpadów organicznych, zwłaszcza nadmiernych osadów ściekowych, polegający na ich napowietrzaniu i wprowadzaniu do nich nadtlenku wodoru, znamienny tym, że do napowietrzanych w sposób ciągły płynnych odpadów organicznych wprowadza się nadtlenek wodoru, korzystnie o stężeniu 30 - 35% i związek żelaza dwu- lub trójwartościowego, zwłaszcza siarczan żelaza (II) lub siarczan żelaza (III) lub chlorek żelaza (III), których ilość i częstotliwość dozowania sterowana jest pomiarem potencjału oksydacyjno-redukcyjnego stabilizowanych odpadów, aż do uzyskania wartości tego potencjału nie niższej niż 100 mV, korzystnie 200 mV, po czym tak otrzymany układ reakcyjny nadal jest napowietrzany do chwili osiągnięcia zmniejszenia się, o co najmniej 30%, suchej masy organicznej zawartej w początkowej ilości płynnych odpadów.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przy obniżeniu się potencjału oksydacyjno-redukcyjnego poniżej 80 mV, okresowo wprowadza się do układu reakcyjnego nadtlenek wodoru, aż do zwiększenia tego potencjału do wartości nie mniejszej niż 80 mV, korzystnie 100 -150 mV.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość żelaza wyrażona ilością jonów Fe²⁺ lub Fe³⁺ stanowi 10- 50% wagowych w stosunku do ilości nadtlenku wodoru.

4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że po obniżeniu się odczynu układu reakcyjnego poniżej pH 5,0 koryguje się go do wartości pH 6,5 - 7,0 poprzez dodawanie do tego układu związków zasadowych, korzystnie wodorotlenku sodowego lub potasowego lub wapniowego.