PL233663B1

PL233663B1 - Method for obtaining granular fertilizer with prolonged release of components

Info

Publication number: PL233663B1
Application number: PL419181A
Authority: PL
Inventors: Beata Konczak; Pawel Zawartka
Original assignee: Glowny Instytut Gornictwa
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2019-11-29
Also published as: PL419181A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania nawozu z ustabilizowanych komunalnych osadów ściekowych, w postaci granulatu o spowolnionym uwalnianiu składników, stosowany zwłaszcza do wzbogacania gleby w substancje organiczne, mineralne oraz do poprawy struktury gleby i stosunków wodnych. Przedmiotem wynalazku jest również nawóz z ustabilizowanych komunalnych osadów ściekowych.The subject of the invention is a method of obtaining fertilizer from stabilized municipal sewage sludge in the form of granules with a slow release of components, used in particular to enrich soil with organic and mineral substances and to improve soil structure and water conditions. The subject of the invention is also fertilizer made from stabilized municipal sewage sludge.

Komunalne osady ściekowe stanowią odpad, który nie może być składowany. Z uwagi na wysoką zawartość substancji organicznych oraz składników mineralnych osady ściekowe mogą być wykorzystane do produkcji nawozów organicznych i wykorzystane przyrodniczo lub rolniczo.Municipal sewage sludge is a waste that cannot be landfilled. Due to the high content of organic substances and minerals, sewage sludge can be used for the production of organic fertilizers and used for natural or agricultural purposes.

Z polskiego zgłoszenia patentowego P.297619 znany jest sposób wytwarzania nawozu wapniowego z przekształconych osadów ściekowych przemysłu spożywczego, polegający na dodawaniu do osadów zawierających od 8 do 30% suchej masy mielonego tlenku wapniowego w ilości 30 do 70% osadów, a następnie mieszaniu, stabilizowaniu i granulowaniu tejże mieszaniny. Rozwiązanie to jest trudne do zastosowania w praktyce z uwagi na wysoką reaktywność nawozu. Duża ilość reaktywnego wapna wprowadzonego wraz z nawozami do gleby zakłóca równowagę dynamiczną w ekosystemie gleby, co w efekcie może prowadzić do pogorszenia efektywności wzrostu plonu.From the Polish patent application P.297619, a method of producing calcium fertilizer from transformed sewage sludge of the food industry is known, consisting in adding to the sludge containing from 8 to 30% of dry weight of ground calcium oxide in the amount of 30 to 70% of the sludge, and then mixing, stabilizing and granulating this mixture. This solution is difficult to apply in practice due to the high reactivity of the fertilizer. A large amount of reactive lime introduced into the soil with fertilizers disturbs the dynamic balance in the soil ecosystem, which in turn may lead to a deterioration in the efficiency of yield growth.

Z opisu patentowego PL 169896 znany jest sposób wytwarzania nawozu mineralno-organicznego o podwyższonej zawartości magnezu i potasu z mieszaniny osadu pofermentacyjnego o zawartości 18% suchej masy i częściowo wyprażonego dolomitu, prażonej zwietrzeliny bazaltowej oraz pyłu cementowego. Wadą wytworzonego tą metodą nawozu jest jego wysoka plastyczność i podatność do zbrylania.Patent description PL 169 896 describes a method of producing a mineral-organic fertilizer with an increased content of magnesium and potassium from a mixture of post-fermentation sludge with a dry matter content of 18% and partially roasted dolomite, roasted basalt weathered and cement dust. The disadvantage of the fertilizer produced by this method is its high plasticity and susceptibility to caking.

W polskim opisie patentowym PL 184434 opisano sposób wytwarzania nawozów mineralno-organicznych w postaci sypkiej, polegający na mieszaniu uwodnionych osadów ściekowych (o uwodnieniu 60-90%) ze sproszkowanym wapnem palonym (do 25% objętości), gipsem półwodnym (do 5% objętości), popiołami z ciepłowni/elektrociepłowni, związkami azotu i fosforu w postaci związków metali alkalicznych i ziem alkalicznych (w ilości do 5% w przeliczeniu na N i P2O5) oraz związkami potasu w ilości 5% w przeliczeniu na K2O. Do powyższej mieszanki wprowadza się wapno, węglan wapnia lub wapno posaturacyjne w celu ułatwienia granulacji nawozu poprzez nadanie mieszaninie wilgotności rzę du 25-44%. Po procesie granulacji nadmiar wody odparowuje się, co zmniejsza reaktywność wapna palonego obecnego w nawozie.The Polish patent specification PL 184434 describes a method of producing loose mineral-organic fertilizers, consisting in mixing hydrated sewage sludge (with 60-90% hydration) with powdered quicklime (up to 25% by volume), semi-aqueous gypsum (up to 5% by volume) , ash from heat plants / combined heat and power plants, nitrogen and phosphorus compounds in the form of alkali and alkaline earth metal compounds (up to 5% in terms of N and P2O5) and potassium compounds in the amount of 5% in terms of K2O. Lime, calcium carbonate or post-saturation lime is added to the above mixture to facilitate granulation of the fertilizer by giving the mixture a moisture content of 25-44%. After the granulation process, excess water is evaporated, which reduces the reactivity of the quicklime present in the fertilizer.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie wymienionych niedociągnięć znanych i obecnie stosowanych metod wytwarzania nawozów z ustabilizowanych komunalnych osadów ściekowych poprzez korzystnie otaczanie osadów ściekowych ściankami z alginianu sodu i utwardzanie ich za pomocą chlorku wapnia, a następnie ich suszenie.The aim of the invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the known and currently used methods of producing fertilizers from stabilized municipal sewage sludge by preferably surrounding the sewage sludge with sodium alginate walls and hardening them with calcium chloride and then drying them.

Uformowane ścianki z alginianu sodu posiadają właściwości adsorbowania wody w środowisku o podwyższonej wilgotności i oddawania wody w środowisku o obniżonej wilgotności, co wpływa na poprawę stosunków wodnych w glebie. Obecne w komunalnych osadach ściekowych substancje odżywcze migrują w kierunku ścianki alginianowej, rozpuszczają się w zaadsorbowanej wodzie, a następnie są z niej uwalniane do środowiska zewnętrznego. Cały proces trwa od kilkunastu do kilkudziesięciu dni, w zależności od wilgotności środowiska. Powolne uwalnianie składników odżywczych z wytworzonych nawozów zabezpiecza przed szczególnie niekorzystnym zjawiskiem wypłukiwania związków mineralnych i organicznych z nawożonej gleby przez wo dy opadowe. Wystąpienie takiego zjawiska skutkuje przedostawaniem się w sposób niekontrolowany nadmiernych ilości związków biogennych do wód powierzchniowych i podziemnych, przyczyniających się do eutrofizacji zbiorników.The formed walls made of sodium alginate have the properties of adsorbing water in an environment with increased humidity and giving back water in an environment with reduced humidity, which improves soil water conditions. Nutrients present in municipal sewage sludge migrate towards the alginate wall, dissolve in adsorbed water, and then are released into the external environment. The entire process takes from several to several dozen days, depending on the humidity of the environment. The slow release of nutrients from the produced fertilizers protects against the particularly unfavorable phenomenon of leaching of mineral and organic compounds from the fertilized soil by rainwater. The occurrence of such a phenomenon results in the uncontrolled leakage of excessive amounts of nutrients to surface and ground waters, contributing to the eutrophication of reservoirs.

Istotą wynalazku jest sposób otrzymywania nawozu z ustabilizowanych komunalnych osadów ściekowych, polegający na zmieszaniu osadów ściekowych, alginianu sodu oraz roztworu chlorku wapnia z wytworzeniem granulatu, charakteryzujący się tym, że stosuje się ustabilizowane komunalne osady ściekowe o uwodnieniu 55-90%, zawierające węgiel organiczny w ilości 10-65% wagowych, azot w ilości 1-15% wagowych, związki fosforu w ilości 0,5-15% wagowych i związki potasu w ilości 0,1-1% wagowych, które miesza się z alginianem sodu o stężeniu 1-4%, korzystnie 2%, do tak wytworzonej mieszaniny dodaje się roztwór chlorku wapnia o stężeniu 1-2%, i pozostawia aż do stwardnienia, korzystnie w czasie 5-30 minut, i tak utwardzoną mieszaninę suszy się w temperaturze 20-105°C, korzystnie w czasie 2-48 h, przy czym ustabilizowane komunalne osady ściekowe i alginian sodu miesza się w proporcjach wagowych 25-50 : 1-4.The essence of the invention is a method of obtaining fertilizer from stabilized municipal sewage sludge, consisting in mixing sewage sludge, sodium alginate and calcium chloride solution to produce granules, characterized by the use of stabilized municipal sewage sludge with hydration of 55-90%, containing organic carbon in 10-65% by weight, nitrogen 1-15% by weight, phosphorus compounds in the amount of 0.5-15% by weight and potassium compounds in an amount of 0.1-1% by weight, which are mixed with sodium alginate at a concentration of 1- 4%, preferably 2%, a calcium chloride solution with a concentration of 1-2% is added to the mixture thus prepared and left to harden, preferably within 5-30 minutes, and the thus hardened mixture is dried at a temperature of 20-105 ° C. , preferably for 2-48 h, whereby stabilized municipal sewage sludge and sodium alginate are mixed in a weight ratio of 25-50: 1-4.

PL 233 663 B1PL 233 663 B1

Istotą wynalazku jest także nawóz z ustabilizowanych komunalnych osadów ściekowych charakteryzujący się tym, że ma postać granulatu osadu ściekowego pokrytego warstwą zewnętrzną alginianu sodu utwardzonego w roztworze chlorku wapnia, o średnicy nie większej niż 20 mm, korzystnie 1-3 mm, który został wytworzony przez zmieszanie ustabilizowanych komunalnych osadów ściekowych o uwodnieniu 55-90%, zawierających węgiel organiczny w ilości 10-65% wagowych, azot w ilości 1-15% wagowych, związki fosforu w ilości 0,5-15% wagowych i związki potasu w ilości 0,1-1% wagowych, z alginianem sodu o stężeniu 1-4%, korzystnie 2%, oraz roztworem chlorku wapnia o stężeniu 1-2%, przy czym nawóz zawiera ustabilizowane komunalne osady ściekowe i alginian sodu w proporcjach wagowych 25-50 : 1-4.The essence of the invention is also a fertilizer from stabilized municipal sewage sludge, characterized by the fact that it is in the form of sewage sludge granules covered with an outer layer of sodium alginate hardened in a calcium chloride solution, with a diameter of no more than 20 mm, preferably 1-3 mm, which was produced by mixing stabilized municipal sewage sludge with 55-90% hydration, organic carbon in the amount of 10-65% by weight, nitrogen in the amount of 1-15% by weight, phosphorus compounds in the amount of 0.5-15% by weight and potassium compounds in the amount of 0.1 -1% by weight, with sodium alginate with a concentration of 1-4%, preferably 2%, and a solution of calcium chloride with a concentration of 1-2%, the fertilizer containing stabilized municipal sewage sludge and sodium alginate in the weight proportions 25-50: 1- 4.

Ustabilizowane komunalne osady ściekowe to odpady powstałe po procesie oczyszczania ścieków komunalnych, ustabilizowane w warunkach tlenowych lub beztlenowych, zawierające węgiel organiczny w ilości 10-65% wagowych, azot w ilości 1-15% wagowych, związki fosforu w ilości 0,5-15% wagowych oraz związki potasu w ilości 0,1-1% wagowych.Stabilized municipal sewage sludge is waste generated after the municipal sewage treatment process, stabilized in aerobic or anaerobic conditions, containing organic carbon in the amount of 10-65% by weight, nitrogen in the amount of 1-15% by weight, phosphorus compounds in the amount of 0.5-15% by weight and potassium compounds in an amount of 0.1-1% by weight.

Istotę wynalazku wyjaśniają poniższe przykłady wykonania:The following embodiments explain the essence of the invention:

P r z y k ł a d I g osadu ściekowego o uwodnieniu 83,2% zawierającego:E xample I g of sewage sludge with 83.2% hydration, containing:

• 61% (m/m) węgla organicznego, • 5,5% (m/m) azotu całkowitego (N), • 7% (m/m) fosforu w przeliczeniu na pięciotlenek fosforu (P2O5), • 0,62% (m/m) potasu w przeliczeniu na tlenek potasu (K2O) wymieszano z 20 ml alginianu sodu o stężeniu 2% i uzyskano mieszaninę, którą poddano granulacji poprzez wprowadzenie jej do 100 ml chlorku wapnia o stężeniu 2%. Po 15 minutach granulowany materiał ulegał utwardzeniu. Granulowany materiał suszono w temperaturze 105°C przez 3 h. Uzyskano 5,32 g nawozu organicznego o średnicy cząstek 1,3-1,9 mm zawierającego 66,3% (m/m) substancji organicznej (węgla organicznego) oraz:• 61% (m / m) of organic carbon, • 5.5% (m / m) of total nitrogen (N), • 7% (m / m) of phosphorus expressed as phosphorus pentoxide (P2O5), • 0.62% (m / m) of potassium in terms of potassium oxide (K2O) was mixed with 20 ml of sodium alginate at a concentration of 2%, and a mixture was obtained, which was granulated by introducing it into 100 ml of calcium chloride at a concentration of 2%. After 15 minutes, the granulated material was cured. The granulated material was dried at the temperature of 105 ° C for 3 hours. The obtained was 5.32 g of organic fertilizer with a particle diameter of 1.3-1.9 mm containing 66.3% (m / m) of organic matter (organic carbon) and:

• 4,3% (m/m) azotu całkowitego (N), • 5,6% (m/m) fosforu w przeliczeniu na pięciotlenek fosforu (P2O5), • 0,5% (m/m) potasu w przeliczeniu na tlenek potasu (K2O).• 4.3% (m / m) of total nitrogen (N), • 5.6% (m / m) of phosphorus in terms of phosphorus pentoxide (P2O5), • 0.5% (m / m) of potassium in terms of potassium oxide (K2O).

P r z y k ł a d II g ustabilizowanego komunalnego osadu ściekowego o uwodnieniu 81,2% zawierającego 12,99% (m/m) węgla organicznego wymieszano z 4 ml alginianu sodu o stężeniu 2% i uzyskano mieszaninę, którą poddano granulacji poprzez wprowadzenie jej do 20 ml chlorku wapnia o stężeniu 2%. Przez 15 minut granulowany materiał ulegał utwardzeniu. Granulowany materiał suszono w temperaturze 105°C przezExample II g of stabilized 81.2% hydrated municipal sewage sludge containing 12.99% (m / m) organic carbon was mixed with 4 ml of 2% sodium alginate and a mixture was obtained, which was granulated by introducing it into 20 ml of calcium chloride at a concentration of 2%. The granulated material was cured within 15 minutes. The granular material was dried at 105 ° C for

h. Uzyskano 1,06 g nawozu o średniej średnicy cząstek 1,7 mm. 0,45 g wytworzonego granulowanego nawozu poddano testowi chłonności wody. Granulat osadów ściekowych zanurzono w wodzie destylowanej o temperaturze 23°C na okres 24 h. Badania prowadzono w pomieszczeniu o stałej temperaturze 23°C i stałej wilgotności rzędu 50%. Po 24 h granulat nawozu suszono w temperaturze 105°C przez 2 h. Na podstawie ubytku masy określono ilość substancji rozpuszczonych, która wyniosła 0,078 g, co stanowiło 17,3% masy nawozu oraz wyznaczono chłonność wody przez badany nawóz, która wyniosła 48,5% (m/m). Testy powtórzono wydłużając czas zanurzania badanego granulowanego nawozu w wodzie do 72 h. Po 72 h chłonność wody wyniosła 49,8% (m/m), a ilość substancji rozpuszczonych 0,085 g, co stanowiło 18,9% masy nawozu.h. The yield was 1.06 g of fertilizer with an average particle diameter of 1.7 mm. 0.45 g of the produced granular fertilizer was subjected to a water absorption test. The sewage sludge granulate was immersed in distilled water at a temperature of 23 ° C for a period of 24 hours. The tests were carried out in a room with a constant temperature of 23 ° C and a constant humidity of 50%. After 24 hours, the fertilizer granules were dried at 105 ° C for 2 hours. Based on the weight loss, the amount of dissolved substances was determined, which was 0.078 g, which accounted for 17.3% of the fertilizer weight, and the water absorption of the tested fertilizer was determined, which was 48.5 % (m / m). The tests were repeated, extending the immersion time of the tested granulated fertilizer in water to 72 h. After 72 h, the water absorption was 49.8% (m / m), and the amount of dissolved substances was 0.085 g, which was 18.9% of the fertilizer mass.

Claims

Patent claims

1. Method of obtaining fertilizer from stabilized municipal sewage sludge, consisting in mixing sewage sludge, sodium alginate and calcium chloride solution to obtain granules, characterized by the use of stabilized municipal sewage sludge with 55-90% hydration, containing 10% organic carbon -65% by weight, nitrogen in the amount of 1-15% by weight, phosphorus compounds in the amount of 0.5-15% by weight and potassium compounds in the amount of 0.1-1% by weight, mixed with sodium alginate at a concentration of 1-4% , preferably 2%, a calcium chloride solution with a concentration of 1-2% is added to the mixture thus prepared and left to harden, preferably within 5-30 minutes, and the thus hardened mixture is dried at a temperature of 20-105 ° C, preferably for 2-48 h, whereby stabilized municipal sewage sludge and sodium alginate are mixed in the weight proportions of 25-50: 1-4.

PL 233 663 B1

2. Fertilizer from stabilized municipal sewage sludge, characterized by the fact that it is in the form of sewage sludge granules covered with an outer layer of sodium alginate hardened in calcium chloride solution, with a diameter of not more than 20 mm, preferably 1-3 mm, which was produced by mixing stabilized municipal sewage sludge sewage sludge with 55-90% hydration, organic carbon in the amount of 10-65% by weight, nitrogen in the amount of 1-15% by weight, phosphorus compounds in the amount of 0.5-15% by weight and potassium compounds in the amount of 0.1-1 % by weight, with sodium alginate with a concentration of 1-4%, preferably 2%, and a solution of calcium chloride with a concentration of 1-2%, the fertilizer containing stabilized municipal sewage sludge and sodium alginate in the weight proportions 25-50: 1-4 .