PL210311B1 - Sposób otrzymywania nawozu z osadów powstałych w biologicznych oczyszczalniach ścieków - Google Patents

Abstract

Sposób otrzymywania nawozu z osadów powstałych w biologicznych oczyszczalniach ścieków, w którym struktury organiczne mineralizuje się w znany sposób w środowisku kwasu siarkowego, otrzymany w wyniku tej reakcji roztwór neutralizuje się za pomocą związków magnezu w naczyniu technologicznym zamkniętym, użyty do mineralizacji kwas dodaje się tak, aby temperatura reakcji nie przekroczyła temperatury wrzenia, a produkt częściowej mineralizacji zobojętnia się w znany sposób związkami magnezu, charakteryzuje się tym, że do naczynia technologicznego, zawierającego mieszadło mechaniczne, w pierwszej kolejności wprowadza się przy stałym mieszaniu osad ściekowy o zawartości suchej masy utrzymywanej w przedziale od 40% do 15%, najkorzystniej powyżej 17%, w ilości od 85 części wagowych do 50 części wagowych, najkorzystniej 63 części wagowych, po którego ujednorodnieniu i całkowitym rozbryleniu, w drugiej kolejności wprowadza się do naczynia technologicznego magnezyt prażony, najlepiej o zawartości tlenku magnezu utrzymywanej w przedziale od 90% do 70%, najkorzystniej powyżej 75%, w ilości od 22 części wagowych do 15 części wagowych, najkorzystniej 18,2 części wagowych. Proces prowadzi się aż do dokładnego wymieszania obu składników do postaci gęstopłynnej jednorodnej postaciowo masy, po której uzyskaniu do naczynia pozostającego pod hermetyzowanym zamknięciem dozuje się kwas siarkowy o stężeniu utrzymywanym w przedziale od 69% do 96%, w ilości od 44 części wagowych do 38 części wagowych, najkorzystniej nie mniej jak 41 części wagowych i prowadzi się kontrolowaną reakcję egzotermiczną pod podwyższonym w stosunku do atmosferycznego ciśnieniem, w trakcie której odprowadza się z naczynia technologicznego nadmiar wody w postaci pary wodnej nasyconej, jednocześnie dokładnie pasteryzuje się osad przy stałym mieszaniu, a pozostałą nie odparowaną wodę wiąże się w strukturę krystalizacyjną powstałego w ten sposób siarczanu magnezu, który w postaci gęstopłynnej masy usuwa się z naczynia technologicznego po jego rozhermetyzowaniu i poddaje się granulacji poprzedzonej ostudzeniem w temperaturze otoczenia, prowadzonym aż do momentu stężenia masy w strukturę stałopostaciową.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania nawozu z osadów powstałych w biologicznych oczyszczalniach ścieków.

Wynalazek dotyczy sposobów otrzymywania nawozu z osadów powstałych w biologicznych oczyszczalniach ścieków.

Powszechnie występującym w biologicznych oczyszczalniach ścieków problemem jest kwestia zagospodarowania znacznych ilości osadu nadmiarowego, który musi być przetworzony na produkt użyteczny lub składowany w postaci nie przetworzonej.

Najpowszechniejszym sposobem zagospodarowywania osadu nadmiarowego z oczyszczalni ścieków jest jego naturalne kompostowanie na polach refulacyjnych bez żadnych dodatków, lub też kompostowanie z dodatkiem wapna palonego lub wapna gaszonego.

Według tej metody kompostowania naturalnego, aby taki osad wyłożony na polu refulacyjnym nadawał się jako nawóz lub podłoże dla roślin, konieczne jest zastosowanie stosunkowo długiego czasu kompostowania od co najmniej kilka tygodni do najczęściej kilku lat. Ubocznym uciążliwym i nie pożądanym produktem naturalnego kompostowania na polach refulacyjnych jest wydzielający się w procesie fermentacji amoniak, zatruwający naturalne środowisko. Opisane znane kompostowanie nie daje gwarancji pełnej pasteryzacji osadu.

Znany jest i opisany w polskim opisie patentowym PL 167 663 sposób biologicznego przetwarzania osadów ścierkowych w oczyszczalniach przez ich zadawanie kulturami dżdżownic Red Hybryd of Kalifornia. Sposób ten w praktycznym zastosowaniu, jest również uciążliwy zarówno z powodu długiego czasu trwania jak i wrażliwości dżdżownic na niektóre frakcje związków chemicznych zawartych w osadzie, których obecność bą d ź hamuje rozrost kolonii tych organizmów albo likwiduje je cał kowicie niwecząc poniesione nakłady.

Innym sposobem przetwarzania osadu jest jego zestalanie w celu lepszego jego magazynowania, lub wykorzystania w rolnictwie bądź w budownictwie. Przykładami takiej metody postępowania może być sposób opisany w polskim opisie patentowym PL 316 885, w którym stosuje się reakcję z kwasem fosforowym, lub też sposób opisany w polskim opisie patentowym PL 300 569, w którym stosuje się reakcję z tlenkami glinu, magnezu i wapnia, lub też opisany w polskim opisie patentowym PL 158 184, w którym stosuje się zagęszczenie przez zmieszanie z wapnem gaszonym.

Znany jest również z polskiego opisu patentowego zgłoszeniowego nr P-326 127 sposób wytwarzania stałego nawozu z organicznych osadów ściekowych, powstających głównie w komunalnych oczyszczalniach ścieków, w którym struktury organiczne pochodzenia biologicznego mineralizuje się częściowo w środowisku mocnego kwasu, w szczególności kwasu siarkowego, a otrzymany w wyniku tej reakcji roztwór neutralizuje się, przy czym korzystnie proces neutralizacji prowadzi się za pomocą związków magnezu w naczyniu otwartym, a użyty w mineralizacji kwas dodaje się tak aby temperatura reakcji nie przekroczyła temperatury wrzenia. W niektórych odmianach wykonania tego sposobu proces częściowej mineralizacji prowadzi się w naczyniu ciśnieniowym, a produkt częściowej mineralizacji zobojętnia się tlenkiem magnezowym, lub węglanem magnezowym, lub wodorotlenkiem magnezowym, lub dolomitem. W znanym sposobie według opisu patentowego P-326 127 wodę wiąże się ze środowiska reakcji siarczanem magnezowym bezwodnym lub/i siarczanem magnezowym częściowo odwodnionym. W wyniku procesu neutralizacji otrzymuje się tym sposobem sól, która wiążąc wodę ze środowiska reakcji powoduje, iż otrzymany nawóz sztuczny jest ciałem stałym i w takiej postaci może być łatwo stosowany lub poddawany granulowaniu.

Opisany w tym wynalazku sposób postępowania, mimo że dość dobrze spełnia postawione zadanie, jest jednak w znacznym stopniu energochłonny i czasochłonny, co w praktyce ogranicza jego zastosowanie. W zgłoszeniu patentowym nr P326127 do osadu ściekowego dodaje się w pierwszej kolejności kwas siarkowy, a po dokładnym wymieszaniu dodaje się w następnej kolejności magnezyt prażony. W pierwszej fazie realizacji tej technologii powstaje płynna masa bardzo pieniąca, co wiąże się ze stosowaniem reaktora o znacznej przestrzeni pustej ze względu na pianę. W tej reakcji ze względu na silnie kwaśne środowisko wydzielają się kwaśne pary związków siarkowych i selenowych o niezwykle nieprzyjemnym zapachu bardzo uciążliwym dla otoczenia. Ze względu na lotność tych związków jest trudno je zatrzymać mimo hermetycznego reaktora, który do końca nie może być w stu procentach hermetyczny ze względu na powstające wysokie ciśnienie. Dodawanie magnezytu prażonego do płynnej masy osadu ściekowego z kwasem siarkowym potęguje w tej technologii proces wydzielania się odorów ze względu na egzotermikę procesu.

PL 210 311 B1

Wynalazek rozwiązuje zagadnienie opracowania nowego sposobu otrzymywania nawozu z osadów powstałych w biologicznych oczyszczalniach ścieków powstających głównie w komunalnych oczyszczalniach ścieków, w którym struktury organiczne pochodzenia biologicznego mineralizuje się częściowo w znanym środowisku mocnego kwasu, a otrzymany w wyniku tej reakcji roztwór neutralizuje się, eliminują wskazane wady znanego sposobu postępowania, przez zapobieganie wydzielaniu się bardzo cuchnących i toksycznych składników w postaci par i gazów, oraz przez jednoczesne prowadzenie wysoce wydajnego procesu egzotermicznego między wodą, kwasem siarkowym a tlenkiem magnezu w magnezycie palonym, prowadzącego do kontrolowanego wywiązywania się znacznej ilość ciepła, powodującej skuteczną pasteryzację osadu i jednoczesne odparowywanie znacznej ilość wody, prowadzące do uzyskania suchego produktu.

Sposób otrzymywania nawozu z osadów powstałych w biologicznych oczyszczalniach ścieków, w którym struktury organiczne pochodzenia biologicznego mineralizuje się częściowo w znany sposób w środowisku mocnego kwasu, w szczególności kwasu siarkowego, a otrzymany w wyniku tej reakcji roztwór neutralizuje się, przy czym korzystnie proces neutralizacji prowadzi się w znany sposób 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 znanym naczyniu ciśnieniowym, przy czym produkt częściowej mineralizacji zobojętnia się w znany sposób tlenkiem magnezowym, lub węglanem magnezowym, lub wodorotlenkiem magnezowym, natomiast wodę wiąże się ze środowiska reakcji siarczanem magnezowym bezwodnym lub/i siarczanem magnezowym częściowo odwodnionym, charakterystyczny tym według wynalazku, że do naczynia technologicznego zawierającego mieszadło mechaniczne, w pierwszej kolejnoś ci wprowadza się przy stał ym mieszaniu osad ś ciekowy, o zawartoś ci suchej masy utrzymywanej w przedziale od 40% do 15%;lecz najkorzystniej powyżej 17%, w ilości od 85 części wagowych do 50 części wagowych, lecz najkorzystniej 63 części wagowych, po którego ujednorodnieniu i całkowitym rozbryleniu, w drugiej kolejności wprowadza się do naczynia technologicznego magnezyt prażony, najlepiej o zawartości tlenku magnezu utrzymywanej w przedziale od 90% do 70%, lecz najkorzystniej powyżej 75%, w ilości od 22 części wagowych do 15 części wagowych, lecz najkorzystniej 18,2 części wagowych. Proces prowadzi się aż do dalszego dokładnego wymieszania obu składników do postaci gęstopłynnej jednorodnej postaciowo masy, po której uzyskaniu do naczynia pozostającego pod hermetyzowanym zamknięciem, dozuje się kwas siarkowy o stężeniu utrzymywanym w przedziale od 69% do 96%, lecz najkorzystniej nie mniejszym niż 70%, w ilości od 44 części wagowych do 38 części wagowych lecz najkorzystniej nie mniej jak 41 części wagowych i prowadzi się kontrolowaną reakcję egzotermiczną pod podwyższonym w stosunku do atmosferycznego ciśnieniem, w trakcie której odprowadza się z naczynia technologicznego nadmiar wody w postaci pary wodnej nasyconej, jednocześnie dokładnie pasteryzuje osad przy stałym mieszaniu, a pozostałą nie odparowaną wodę wiąże się w strukturę krystalizacyjną powstałego w ten sposób siarczanu magnezu, który w postaci gęstopłynnej masy usuwa się z naczynia technologicznego po jego rozhermetyzowaniu i poddaje się granulacji poprzedzonej ostudzeniem w temperaturze otoczenia, prowadzonym aż do momentu stężenia masy w strukturę stało postaciową.

Istotnym jest w sposobie według wynalazku, że jako naczynie technologiczne stosuje się kwasoodporny autoklaw hermetyzowany, termicznie izolowany, którego objętość technologiczna w stanie zamkniętym, jest większa od łącznej objętości wszystkich składników wsadu technologicznego o nie mniej jak 30%.

Istotnym jest w odmianie sposobu według wynalazku, że jako naczynie technologiczne stosuje się kwasoodporny autoklaw hermetyzowany, zaopatrzony w płaszcz wodny, pełniący funkcję regulatora temperatury, którego obieg jest przyłączony do wyniesionego zasobnika ciepła, zwłaszcza do wymiennika konwekcyjnego.

Istotnym jest w sposobie według wynalazku, że jako mieszadło w naczyniu technologicznym stosuje się kwasoodporne mieszadło najkorzystniej wielołapowe, cechujące się wysokim stopniem penetracji, nie mniejszej jak 90% zawartości wszystkich składników wsadu technologicznego znajdującego się w naczyniu technologicznym.

Istotnym jest w sposobie według wynalazku, że ujednorodnienie i całkowite rozbrylenie wprowadzonego w pierwszej kolejności osadu ściekowego, prowadzi się aż do osiągnięcia przezeń stopnia ujednorodnienia gęstopłynnej masy do wielkości pojedynczych zawartych w niej cząstek stałych nie większych jak 1,5 mm.

PL 210 311 B1

Istotnym jest w sposobie według wynalazku, że zadawany do naczynia technologicznego magnezyt prażony, wprowadza się w postaci wstępnie zmielonego do wielkości największych cząstek nie przekraczających 0,5 mm.

Istotnym jest w sposobie według wynalazku, że proces dalszego dokładnego wymieszania ujednorodnionego osadu ściekowego i magnezytu prażonego do postaci gęstopłynnej jednorodnej postaciowo masy, prowadzi się przez czas nie krótszy jak 10 min.

Istotnym jest w niektórych odmianach stosowania sposobu według wynalazku, że nadmiar wody w postaci pary wodnej nasyconej, odprowadza się z naczynia technologicznego po zadaniu doń całej ilości kwasu siarkowego, do hermetyzowanego skraplacza.

Istotnym jest w niektórych odmianach stosowania sposobu według wynalazku, że proces dalszego dokładnego wymieszania ujednorodnionego osadu ściekowego i magnezytu prażonego do postaci gęstopłynnej jednorodnej postaciowo masy, prowadzi się w obecności kwasoodpornych kul ceramicznych i/lub ceramicznych kwasoodpornych cylpepsów, wypełniających jego technologiczną objętość w naczyniu technologicznym, w nie więcej jak 10 procentach.

Istotnym jest w niektórych odmianach stosowania sposobu według wynalazku, że prowadzony przy stałym mieszaniu proces dokładnej pasteryzacji mieszaniny osadu ściekowego i magnezytu prażonego zadanych kwasem siarkowym, prowadzi się pod stałą kontrolą mikrobiologiczną aż do momentu stwierdzenia całkowitego lecz nie mniejszego jak 99,90% unieczynnienia wszelkich zawartych w niej organizmów takich jak bakterie, wirusy, pasoż yty, przetrwalniki roślinne.

Istotnym jest w niektórych odmianach stosowania sposobu według wynalazku, że gęstopłynną masę usuwa się z naczynia technologicznego po zakończeniu w niej procesu pasteryzacji i osiągnięciu przez gęstopłynną masę stopnia zawartości wody niezwiązanej nie większej jak 5% i temperatury nie wyższej jak 90°C.

Istotnym jest w niektórych innych odmianach stosowania sposobu według wynalazku, że gęstopłynną masę usuwa się z naczynia technologicznego bezpośrednio do wytłaczarki ślimakowej lub tłokowej zaopatrzonej w urządzenie granulujące.

Istotnym jest w niektórych innych odmianach stosowania sposobu według wynalazku, że gęstopłynną masę usuwa się z naczynia technologicznego bezpośrednio do ślimakowego ekstrudera zaopatrzonego w urządzenie granulujące.

Istotnym jest w niektórych odmianach stosowania sposobu według wynalazku, że kwas siarkowy dozuje się do naczynia technologicznego w sposób ciągły, zadając go strugą o kontrolowanej dynamice wypływu.

Sposób otrzymywania nawozu z osadów powstałych w biologicznych oczyszczalniach ścieków, realizując postawione zadania, eliminuje wskazane wady znanych i opisanych sposobów postępowania i wykazuje jednocześnie szereg korzystnych cech techniczno - użytkowych. Zasadnicza przewaga sposobu według wynalazku nad sposobami znanymi, w tym zwłaszcza nad znanym sposobem według zgłoszenia P-326127, polega na dużej szybkości otrzymywania produktu gotowego w pełni zhigienizowanego o właściwościach nawozowych. Dzięki temu, że w sposobie według wynalazku używa się osadu ściekowego o zawartości suchej masy co najmniej 15%, oraz magnezytu prażonego o zawartości tlenku magnezu co najmniej 75% i kwasu siarkowego o stężeniu co najmniej 70%, temperatura reakcji dochodzi do 100°C i trwa wystarczająco długo, aby pozbyć się wszystkich bakterii, wirusów i pasoż ytów oraz przetrwalników roś linnych, a powstał a sól w postaci siarczanu magnezu w niepeł nym uwodnieniu daje produkt suchy co skutecznie zapobiega wtórnemu zainfekowaniu bakteriami i wirusami. Proces przetwarzania polega na silnym zakwaszeniu osadu ściekowego uprzednio zadanego tlenkiem magnezu o różnym stopniu uwodnienia stężonym kwasem siarkowym. Niezbędne dla realizacji sposobu urządzenia są nieskomplikowane, bardzo tanie i łatwe w obsłudze. Reakcja jest silnie egzotermiczna, a wydzielone ciepło można wykorzystać np. do ogrzewania bioreaktorów lub pomieszczeń socjalnych. Środowisko tak prowadzonej reakcji zapewnia całkowitą higienizację osadu. W produkcie końcowym praktycznie nie istnieją żadne formy życia. Postępując sposobem według wynalazku zapewnia się uzyskanie suchego związku magnezu - MgSO₄-nH₂O, który od wielu lat stosowany jest jako nawóz. Dzięki temu, że do osadu ściekowego dodaje się w pierwszej kolejności magnezyt prażony, a dopiero w drugiej kolejności kwas siarkowy, po dokładnym wymieszaniu, w znacznym stopniu zmniejsza się pienienie płynnej masy, co wiąże się z stosowaniem reaktora o znacznej mniejszej wymaganej przestrzeni pustej ze względu na eliminację grubej warstwy piany dotychczas tam powstającej. W reakcji prowadzonej sposobem według wynalazku, przy zachowaniu silnie kwaśnego środowiska, zmniejsza się wydatnie wydzielanie się kwaśnych par związków siarkowych i selenowych

PL 210 311 B1 o niezwykle nieprzyjemnym zapachu, co powoduje znaczące zmniejszenie uciążliwości procesu neutralizacji osadów dla otoczenia. Ze względu na lotność tych związków i znaną trudność ich zatrzymania w obrębie autoklawu, w sposobie według wynalazku autoklaw nie musi być w 100% hermetyczny i wysoko ciśnieniowy. Dodawanie magnezytu praż onego do płynnej masy osadu ściekowego w pierwszej kolejności, a kwasu siarkowego dopiero w drugiej kolejności po wyczerpaniu charakterystycznej drogi postępowania, powoduje, że proces wydzielania się odorów ze względu na egzotermikę procesu, jest w wydatnym stopniu zmniejszony.

W sposobie według wynalazku wymieszanie osadu ściekowego z magnezytem prażonym daje gęstszą masę reakcyjną o charakterze alkalicznym, łatwo ulegającą rozdrobnieniu zwiększając powierzchnię kontaktu z następnym składnikiem, którym jest silny kwas. Do takiej masy dodawanie kwasu siarkowego w sposób kontrolowany całkowicie zabezpiecza przed emisją uciążliwych gazów. Dodatkowym atutem jest zatrzymanie związków tworzących odór jako cennego składnika pokarmowego dla roślin, w tym łatwo przyswajalnej siarki, a w szczególności związków selenu. Otrzymywany sposobem według wynalazku nawóz sztuczny może stanowić półprodukt do otrzymywania innych nawozów. Nowa technologia jest tania, nieskomplikowana, daje produkt rynkowy o korzystnych parametrach cenowych, a sama aparatura nie wymaga kapitałochłonnych inwestycji. Zachodzące w niskociśnieniowym autoklawie reakcje chemiczne prowadzone sposobem według wynalazku, należą do jednych z najbardziej znanych chemicznych reakcji egzotermicznych, przebiegają cych z wydzieleniem ciepł a na zewnątrz środowiska reakcji.

Wynalazek jest szczegółowo opisany na przykładach jego wykonania.

P r z y k ł a d 1.

Do naczynia technologicznego o charakterze hermetyzowanego mieszalnika kwasoodpornego typu bębna obrotowego zawierającego kule ceramiczne, oraz mającego poziomo osiowe mieszadło wielołapowe, wprowadza się 63,3 kg osadu ściekowego o zawartości suchej masy 17%, prowadzi się jego mieszanie ujednoradniające i rozbrylające, następnie wprowadza się 21,8 kg magnezytu prażonego o zawartości tlenku magnezu 75%. Po dokładnym wymieszaniu osadu z magnezytem prażonym, wprowadza się do mieszalnika stopniowo równomierną strugą kwas siarkowy o stężeniu 90% w ilości 44,2 kg. Po wprowadzeniu kwasu inicjuje się wówczas silnie egzotermiczna reakcja chemiczna, na skutek której następuje częściowe odparowanie wody, która jest odprowadzana na zewnątrz mieszalnika hermetyzowanym przewodem i lokowana w skraplaczu płaszczowym. Powstaje plastyczna masa, która w miarę oziębienia ma tendencję do gęstnienia aż do całkowitego zestalenia się. Proces prowadzi się aż do sproszkowania całego produktu przez zawarte w mieszalniku kule ceramiczne lub też plastyczną gorącą masę poddaje się granulacji przez umieszczenie w przecieraku lub wytłaczarce ślimakowej z nożem tnącym wytłaczane nitki. Przy zachowaniu podanych parametrów ilościowych wsadu, powstaje około 113 kg suchego bezwodnego produktu o zawartości tlenku magnezu nie mniejszej jak 12,6%. Przykładowo użyte naczynie technologiczne jest termicznie izolowane, a jego objętość technologiczna w stanie zamkniętym, jest większa od łącznej objętości wszystkich składników wsadu technologicznego o nie mniej jak 30%. Naczynie technologiczne ma płaszcz wodny, pełniący funkcję regulatora temperatury, którego obieg jest przyłączony do wyniesionego zasobnika ciepła, zwłaszcza do wymiennika konwekcyjnego, a jako mieszadło w naczyniu technologicznym stosuje się kwasoodporne mieszadło najkorzystniej wielołapowe, cechujące się wysokim stopniem penetracji, nie mniejszej jak 90% zawartości wszystkich składników wsadu technologicznego znajdującego się w naczyniu technologicznym. Ujednorodnienie i cał kowite rozbrylenie wprowadzonego w pierwszej kolejności osadu ściekowego, prowadzi się w naczyniu technologicznym aż do osiągnięcia przez osad stopnia ujednorodnienia gęsto-płynnej masy do wielkości pojedynczych zawartych w niej cząstek stałych nie większych jak 1,5 mm. Zadawany w drugiej kolejności do naczynia technologicznego magnezyt prażony, wprowadza się w postaci wstępnie zmielonej do wielkości największych cząstek nie przekraczających 0,5 mm. Proces dalszego dokładnego wymieszania ujednorodnionego osadu ściekowego i magnezytu prażonego do postaci gęstopłynnej jednorodnej postaciowo masy, prowadzi się przez 20 min. Stosownie do stopnia zawilgocenia osadu ściekowego, nadmiar wody w postaci pary wodnej nasyconej odprowadza się z naczynia technologicznego (po zadaniu doń całej ilości kwasu siarkowego), do hermetyzowanego skraplacza. Użyte w naczyniu technologicznym kule ceramiczne kwasoodporne, wypełniają jego technologiczną objętość w nie więcej jak 10 procentach. Proces dokładnej pasteryzacji mieszaniny osadu ściekowego i magnezytu prażonego zadanych kwasem siarkowym, prowadzi się pod stałą kontrolą mikrobiologiczną aż do momentu stwierdzenia całkowitego lecz nie mniejszego jak 99,90% unieczynnienia wszelkich zawartych w niej organizmów takich jak bakterie,

PL 210 311 B1 wirusy, pasożyty, przetrwalniki roślinne. Gęstopłynną masę usuwa się z naczynia technologicznego po zakończeniu w niej procesu pasteryzacji i osiągnięciu przez gęstopłynną masę stopnia zawartości wody niezwiązanej nie większej jak 5% i temperatury nie wyższej jak 90°C. Kwas siarkowy dozuje się do naczynia technologicznego w sposób ciągły, zadając go strugą o kontrolowanej dynamice wypływu.

P r z y k ł a d 2.

Do naczynia technologicznego mającego charakter reaktora kwasoodpornego hermetyzowanego z mieszadłem łapowym, wprowadza się 50,8 kg osadu o zawartości 25% suchej masy, ujednoradnia się wsad i rozbryla się go i następnie dodaje do naczynia 18,2 kg magnezytu prażonego o zawartości tlenku magnezu 90%. Po dokładnym wymieszaniu osadu z magnezytem prażonym wprowadza się do reaktora w sposób ciągły strugą o stałej wydajności kwas siarkowy o stężeniu 96% w ilości 44,2 kg. Następuje silna reakcja egzotermiczna i częściowe odparowanie wody. Powstaje plastyczna masa, która w miarę oziębienia gęstnieje. Proces prowadzi się aż do momentu gęstnienia gęstopłynnej masy, którą usuwa się z naczynia technologicznego bezpośrednio do ślimakowego ekstrudera, zaopatrzonego w urządzenie granulujące. Z wskazanych ilości wsadu powstaje około 110 kg produktu o zawartoś ci tlenku magnezu nie mniejszej jak 12,8%.

P r z y k ł a d 3.

Do naczynia technologicznego mającego charakter kwasoodpornego hermetyzowanego mieszalnika stożkowego z mieszadłem ślimakowym wprowadza się 84,7 kg osadu o zawartości 40% suchej masy i postępując jak wyżej opisano, dodaje się następnie 18,2 kg magnezytu prażonego o zawartości tlenku magnezu 90%. Po dokładnym wymieszaniu osadu z magnezytem prażonym wprowadza się do mieszalnika kwas siarkowy o stężeniu 90% w ilości 41,4 kg. Następuje silna reakcja egzotermiczna i częściowe odparowanie wody. W trakcie stygnięcia i gęstnienia cały produkt w postaci gorącej plastycznej masy jest wytłaczany dołem z mieszalnika stożkowego do granulatora mającego postać przecieraka ślimakowego. Otrzymany w ten sposób produkt zawiera około 11,3% tlenku magnezu.

Najistotniejszym parametrem opisanych przykładów wykonania wynalazku, jest bezwarunkowa konieczność zachowania kolejności mieszania składników wsadu, co zapobiega wydzielaniu się bardzo cuchnących i toksycznych składników w postaci par i gazów.

Przykładowe zestawienie właściwości chemicznych i biologicznych uzyskanych produktów i użytych surowców jest następują ce

Zawartość	Miano	Partia I	Partia II	Partia III
		Osad	Nawóz	Osad	Nawóz	Osad	Nawóz
s.m.	%	19,0	77,3	19,3	77,3	19,2	77,4
Mg	%		9,2		9,3		9,2
Zn	mg/kg	1980	240	1400	170	800	97
Cu	mg/kg	1052	130	540	63	930	112
Cd.	mg/kg	5	0,6	6	0,9	3	0,5
Ni	mg/kg	135	15	90	10	130	17
Cr	mg/kg	520	60	256	35	717	85
Pb	mg/kg	150	19	98	12	164	19
miano coli	g sm	10-7	>0,77	10 6	>0,77	10'7	>0,77
miano Clostridium	g sm	10-5	>0,077	104	>0,077	10'5	>0,077
Salmonella		-	-	-	-	-	-
paracytologia		1800	-	1650	-	1950	-

(-) - nie wykryto. Zawartość pierwiastków śladowych w osadzie podano w mg/kg s.m.

PL 210 311 B1

Dopuszczalne ilości kadmu i ołowiu wg PN i EN w gotowym produkcie kadm (Cd.) - 140 mg/kg ołów (Pb) - 140 mg/kg

Otrzymany sposobem według wynalazku produkt spełnia kryteria techniczne oceny nawozów sztucznych pod względem zawartości metali ciężkich. Zawarty w produkcie otrzymanym sposobem według wynalazku jednowodny siarczan magnezu, jest bardzo cennym źródłem szybko działającego nawozu magnezowego dostarczającego ten pierwiastek w postaci maksymalnie dostępnej dla roślin. Jest to właściwość szczególnie cenna wobec powszechnych braków dostępnej dla roślin postaci tego pierwiastka w glebach. Produkt końcowy otrzymywany znanym poprzednio sposobem postępowania według zgłoszenia patentowego P-326127 tego kryterium nie spełnia.

Powszechność występowania niedoborów magnezu w glebach Polski powodowana jest najczęściej niską pierwotną zasobnością skał macierzystych gleb, przemywnym typem gospodarki wodnej, oraz właściwościami fizykochemicznymi wierzchniej warstwy gleb, w szczególności łatwością wyparcia magnezu jako pierwiastka o względnie niskiej energii wejścia do kompleksu sorpcyjnego przez kationy zakwaszające glebę na drodze sorpcji wymiennej kationów. Czynniki te spowodowały, iż pomimo występowania całkowitej zawartości magnezu w glebach Polski na poziomie 20 - 800 mg Mg/kg gleby, zawartość form dostępnych dla roślin waha się jedynie w granicach od 0,2 do 30 mg Mg/kg gleby i na powierzchni 45% powierzchni gleb Polski określana jest jako bardzo niska i niska. Gleby o wysokiej zawartości przyswajalnego magnezu stanowią nieznaczny margines powierzchni upraw zaś określana jako dobra, wystarczająca zawartość magnezu w glebie nie jest zasobnością wystarczającą w wysoko intensywnej uprawie roli i roślin.

Badania wykazują, że niedobory magnezu najsilniej pojawiają się na glebach lekkich, bielicowych i piaszczystych, na glebach brunatnych o niskim pH.

Jego zawartości w glebach są wielokrotnie niższe niż potasu, co powoduje łatwe wyczerpywanie zasobów glebowych poprzez pobieranie magnezu z plonem roślin. Zawartości graniczne to 9 - 12 mg Mg/100 g gleby w glebach lekkich i 11 - 30 mg Mg/100 g gleby w glebach ciężkich. Średnie roczne zapotrzebowanie roślin wynosi 10-50 kg Mg/ha.

Zawarty w produkcie otrzymanym sposobem według wynalazku magnez wywiera decydujący wpływ na wielkość plonu roślin. Często nawet w sytuacjach, kiedy nie zauważalne są objawy niedoboru Mg na liściach, zbyt małe jego pobranie przez roślinę znacznie obniża plon i pogarsza jego jakość. Symptomy niedoboru magnezu to: chloroza międzyżyłkowa, występująca początkowo na liściach starszych, zahamowania wzrostu, opóźnienia w rozpoczynaniu się kolejnych faz rozwojowych, pofałdowanie, łamliwość i zwijanie się liści u niektórych gatunków, u zbóż niedobór magnezu objawia się chlorotycznymi plamami wzdłuż nerwów tworzącymi „sznurek. Nerwy są zielone, a tkanka pomiędzy nimi przybiera zabarwienie żółte, pomarańczowe, czerwone lub fioletowe. W późniejszych stadiach rozwojowych starsze liście mogą zasychać.

Korzystna ilość magnezu dostarczana z nawozem wyprodukowanym z osadu ściekowego termiczną metodą według wynalazku, przyczynia się do: wzrostu zawartości chlorofilu, aktywizacji wielu procesów enzymatycznych, obniżenia zawartości azotu azotanowego w tkankach roślin, zwiększenia zawartość aminokwasów egzogennych, polepszenia jakości białka, zwiększenia odporności na mróz, polepszenia wydajności fotosyntezy, regulacji właściwości fizykochemicznych plazmy komórkowej, zwiększenia zawartości materiałów zapasowych, wzrostu syntezy aminokwasów, białek, tłuszczów i węglowodanów, polepszenia wartości siewnej nasion.

W warunkach wysokiej temperatury i bardzo niskiego pH w czasie zadawania osadu stężonym kwasem następuje trwałe uszkodzenie struktur komórkowych oraz zmiany w strukturze białek i aminokwasów prowadzące do ich trwałego unieczynnienia, głębokiej denaturacji struktur białkowych i amonifikacji azotu ze związków organicznych, w tym kwasów nukleinowych. W produkcie końcowym występują dopuszczalne odpowiednimi przepisami całkowite zawartości pierwiastków, a otrzymany nawóz jest źródłem łatwo dostępnego magnezu dla roślin. Badania polowe nad zastosowaniem otrzymanego nawozu potwierdziły w pełni jego wysoką wartość jako źródła łatwo dostępnego magnezu. Nawóz może być stosowany na wszystkich glebach bez najmniejszych ograniczeń. Zasadniczo, jest nawozem magnezowym z dużą zawartością siarki łatwo-przyswajalnej i dodatkiem mikroelementów. Otrzymany sposobem według wynalazku produkt może stanowić surowiec w produkcji nawozów wieloskładnikowych. Jest potencjalnym składnikiem wnoszącym magnez, pierwiastek praktycznie niezbędny we wszystkich nawozach NKP oraz NPK+mikro, oraz ma korzystne właściwości anty-zbrylające.

Claims (14)

1. Sposób otrzymywania nawozu z osadów powstałych w biologicznych oczyszczalniach ścieków, w którym struktury organiczne pochodzenia biologicznego mineralizuje się częściowo w środowisku mocnego kwasu, w szczególności kwasu siarkowego, a otrzymany w wyniku tej reakcji roztwór neutralizuje się, przy czym korzystnie 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 ciś nieniowym, przy czym produkt częściowej mineralizacji zoboję tnia się denkiem magnezowym, lub węglanem magnezowym, lub wodorotlenkiem magnezowym, natomiast wodę wiąże się ze środowiska reakcji siarczanem magnezowym bezwodnym lub/i siarczanem magnezowym częściowo odwodnionym, znamienny tym, że do naczynia technologicznego zawierającego mieszadło mechaniczne, w pierwszej kolejności wprowadza się przy stałym mieszaniu osad ściekowy, o zawartości suchej masy utrzymywanej w przedziale od 40% do 15%, lecz najkorzystniej powyżej 17%, w ilości od 85 części wagowych do 50 części wagowych, lecz najkorzystniej 63 części wagowych, po którego ujednorodnieniu i całkowitym rozbryleniu, w drugiej kolejności wprowadza się do naczynia technologicznego magnezyt prażony, najlepiej o zawartości tlenku magnezu utrzymywanej w przedziale od 90% do 70%, lecz najkorzystniej powyżej 75%, w ilości od 22 części wagowych do 15 części wagowych, lecz najkorzystniej 18,2 części wagowych, prowadzi się proces dalszego dokładnego wymieszania obu składników do postaci gęstopłynnej jednorodnej postaciowo masy, po której uzyskaniu do naczynia pozostającego pod hermetyzowanym zamknięciem, dozuje się kwas siarkowy o stężeniu utrzymywanym w przedziale od 69% do 96%, lecz najkorzystniej nie mniejszym niż 70% w ilości od 44 części wagowych do 38 części wagowych, lecz najkorzystniej nie mniej jak 41 części wagowych i prowadzi się kontrolowaną reakcję egzotermiczną pod podwyższonym w stosunku do atmosferycznego ciśnieniem, w trakcie której odprowadza się z naczynia technologicznego nadmiar wody w postaci pary wodnej nasyconej, jednocześnie dokładnie pasteryzuje osad przy stałym mieszaniu, a pozostałą nie odparowaną wodę wiąże się w strukturę krystalizacyjną powstałego w ten sposób siarczanu magnezu, który w postaci gęstopłynnej masy usuwa się z naczynia technologicznego po jego rozhermetyzowaniu i poddaje się granulacji poprzedzonej ostudzeniem w temperaturze otoczenia, prowadzonym aż do momentu stężenia masy w strukturę stało postaciową.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako naczynie technologiczne stosuje się kwasoodporny autoklaw hermetyzowany, termicznie izolowany, którego objętość technologiczna w stanie zamkniętym, jest większa od łącznej objętości wszystkich składników wsadu technologicznego o nie mniej jak 30%.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako naczynie technologiczne stosuje się kwasoodporny autoklaw hermetyzowany, zaopatrzony w płaszcz wodny, pełniący funkcję regulatora temperatury, którego obieg jest przyłączony do wyniesionego zasobnika ciepła, zwłaszcza do wymiennika konwekcyjnego.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako mieszadło w naczyniu technologicznym stosuje się kwasoodporne mieszadło, najkorzystniej wielołapowe cechujące się wysokim stopniem penetracji, nie mniejszej jak 90% zawartości wszystkich składników wsadu technologicznego znajdującego się w naczyniu technologicznym.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ujednorodnienie i całkowite rozbrylenie wprowadzonego w pierwszej kolejności osadu ściekowego, prowadzi się aż do osiągnięcia przezeń stopnia ujednorodnienia gęstopłynnej masy do wielkości pojedynczych zawartych w niej cząstek stałych nie większych jak 1,5 mm.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zadawany w drugiej kolejności do naczynia technologicznego magnezyt prażony wprowadza się w postaci zmielonej do wielkości największych cząstek nie przekraczających 0,5 mm.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces dalszego dokładnego wymieszania ujednorodnionego osadu ściekowego i magnezytu prażonego do postaci gęstopłynnej jednorodnej postaciowo masy, prowadzi się przez czas nie krótszy jak 10 min.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nadmiar wody w postaci pary wodnej nasyconej odprowadza się z naczynia technologicznego po zadaniu doń całej ilości kwasu siarkowego, do hermetyzowanego skraplacza.

PL 210 311 B1

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces dalszego dokładnego wymieszania ujednorodnionego osadu ściekowego i magnezytu prażonego do postaci gęstopłynnej jednorodnej postaciowo masy, prowadzi się w obecności kwasoodpornych kul ceramicznych i/lub ceramicznych kwasoodpornych cylpepsów, wypełniających jego technologiczną objętość w naczyniu technologicznym, w nie więcej jak 10 procentach.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prowadzony przy stałym mieszaniu proces dokładnej pasteryzacji mieszaniny osadu ściekowego i magnezytu prażonego zadanych kwasem siarkowym, prowadzi się pod stałą kontrolą mikrobiologiczną aż do momentu stwierdzenia całkowitego lecz nie mniejszego jak 99,90% unieczynnienia wszelkich zawartych w niej organizmów takich jak bakterie, wirusy, pasożyty, przetrwalniki roślinne.

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gęstopłynną masę usuwa się z naczynia technologicznego po zakończeniu w niej procesu pasteryzacji i osiągnięciu przez gęstopłynną masę stopnia zawartości wody niezwiązanej nie większej jak 5% i temperatury nie wyższej jak 90°C.

12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gęstopłynną masę usuwa się z naczynia technologicznego bezpośrednio do wytłaczarki ślimakowej lub tłokowej zaopatrzonej w urządzenie granulujące.

13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gęstopłynną masę usuwa się z naczynia technologicznego bezpośrednio do ślimakowego ekstrudera zaopatrzonego w urządzenie granulujące.

14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kwas siarkowy dozuje się do naczynia technologicznego w sposób ciągły, zadając go strugą o kontrolowanej dynamice wypływu.