RU2738715C2

RU2738715C2 - Modernized method for simultaneous decontamination of sewage sludge and ash to produce a useful substance for construction, agriculture and industry

Info

Publication number: RU2738715C2
Application number: RU2019114740A
Authority: RU
Inventors: Олегс Циркуновс; Станислав Викторович Петров; Вячеслав Михайлович Шульц; Александр Васильевич Пронин
Original assignee: Олегс Циркуновс; Станислав Викторович Петров; Вячеслав Михайлович Шульц; Александр Васильевич Пронин
Priority date: 2019-05-13
Filing date: 2019-05-13
Publication date: 2020-12-15
Also published as: RU2019114740A3; RU2019114740A

Abstract

FIELD: ecology.

SUBSTANCE: invention relates to decontamination of sewage sludge hazardous for the environment and ash. Sediment of waste water and ash are dangerous substances for nature and life and health and require recycling. Sediment residue is mixed with non-pulverized ash. In case of formation of lumps during mixing water is added to produce a homogeneous mixture. Mass fraction of ash is 10–50 % of weight of processed sewage sludge. Disclosed method uses calcium ash, for example, ash of brown coal, peat, wood or a combination thereof.

EFFECT: technical result is simultaneous neutralization of sewage sludge and ash to obtain useful product, which can be used in national economy, for example, as fertilizer, for reclamation of lands and/or as construction soil of general purpose.

1 cl

Description

Изобретение относится к области экологии, а точнее к обезвреживанию вредных для экологии осадков сточных вод (ОСВ) и золы.The invention relates to the field of ecology, and more precisely to the neutralization of environmentally harmful sewage sludge (WWS) and ash.

Осадок сточных вод и золы являются опасными для природы и жизни и здоровья человека веществами и требуют утилизации.Sewage sludge and ash are substances hazardous to nature and human life and health and require disposal.

Одним из способов утилизации сточных вод и золы является хранение их на специальных полигонах. Данный способ имеет недостатки. Во-первых, под такие полигоны необходимы значительные площади хранения. Во-вторых, не происходит обезвреживание отходов. В-третьих, для каждого из этих видов отхода необходимы собственные полигоны. В-четвертых, такие полигоны должны быть далеко удалены от жилых районов.One of the ways to dispose of wastewater and ash is to store them in special landfills. This method has disadvantages. First, such landfills require significant storage areas. Secondly, there is no waste disposal. Thirdly, each of these types of waste requires its own landfills. Fourth, such landfills should be far removed from residential areas.

Известно техническое решение по патенту RU 2293070, по которому для обезвреживания используется комплексный реагент, состоящий из глины, извести, цемента, смеси оксидов металлов, золы, дробленого шлака, доломитовой муки, молотого известняка. Недостатком данного способа является использование комплексной добавки, что делает технологию дорогой и зависимой от наличия большого количества разнообразных компонентов. При этом конечный продукт малопригоден для использования в народном хозяйстве.Known technical solution for patent RU 2293070, which uses a complex reagent for neutralization, consisting of clay, lime, cement, a mixture of metal oxides, ash, crushed slag, dolomite flour, ground limestone. The disadvantage of this method is the use of a complex additive, which makes the technology expensive and dependent on the presence of a large number of various components. Moreover, the final product is of little use in the national economy.

Известно техническое решение по патенту RU 2460704, смешивают фильтрат и золу, при этом на 100 мас.ч. фильтрата вводят более 150 мас.ч. золы, а затем после окончания газовыделения связывают их составом для капсулирования, включающим цемент в количестве 50-100 мас.ч. и дополнительно песок в количестве 3-30 мас.ч. на 100 мас.ч. фильтрата. Данный способ имеет недостатки. Он используется для твердых бытовых отходов, но не для обезвреживания ОСВ. Требуется использовать состав для капсулирования (цемент, песок), что удорожает и усложняет технологию.Known technical solution according to patent RU 2460704, mix filtrate and ash, with 100 wt.h. the filtrate is injected over 150 wt.h. ash, and then, after the end of gas evolution, they are bound with a composition for encapsulation, including cement in an amount of 50-100 wt.h. and additionally sand in the amount of 3-30 wt.h. per 100 wt.h. filtrate. This method has disadvantages. It is used for municipal solid waste, but not for waste disposal. It is required to use a composition for encapsulation (cement, sand), which increases the cost and complicates the technology.

Известно техническое решение по патенту SU 729130 (СССР), по которому сланцевую золу используют как обеззараживающую добавку к животноводческим стокам в соотношении 0,5 л стоков 15 г золы. Технология имеет ряд недостатков. Стоки остаются жидкими и выделяются хлопья осадка, сохраняются бактерии. Не происходит выработка полезного продукта для строительства и промышленности. Все это объясняется низким содержанием золы в смеси.Known technical solution for patent SU 729130 (USSR), according to which shale ash is used as a disinfecting additive to livestock waste in the ratio of 0.5 liters of waste 15 g of ash. The technology has several disadvantages. The effluent remains liquid and flakes of sediment are released, bacteria remain. There is no production of a useful product for construction and industry. All this is due to the low ash content in the mixture.

Известен способ по патенту CN102219420, по которому из высококальциевой золы-уноса и отходов (ОСВ и ТБО) производят пористый кирпич. При этом содержание золы-уноса составляет 15-30%. Способ имеет недостаток - использование золы с эквивалентным содержанием СаО более 40%, что на практике делает способ практически не реализуемым и экономически не выгодным. Такая зола - дорогой дефицитный продукт, ее общая доля от всей золы образующейся в промышленности составляет примерно 1-2%. Велика вероятность, что такую золу просто невозможно будет найти.The known method according to patent CN102219420, according to which porous bricks are produced from high-calcium fly ash and waste (WWS and MSW). In this case, the fly ash content is 15-30%. The method has a disadvantage - the use of ash with an equivalent CaO content of more than 40%, which in practice makes the method practically impossible to implement and not economically viable. Such ash is an expensive scarce product, its total share of all ash generated in industry is approximately 1-2%. There is a high probability that such ash will simply not be found.

Известен способ по патенту CN102476896, по которому предлагается исключить запах и обеззараживать ОСВ. При этом вводятся добавки содержащие хлор, железо, кальций, серу, барий, гидроксильные радикалы с целью перевода тяжелых металлов в нерастворимые соединения, добавление золы и дальнейшее спекание получившегося вещества в кирпичи. Дополнительно добавляют песок, цемент и камень. Способ имеет недостатки, в частности, из-за применения термообработки способ является дорогостоящим и технологически сложным. Необходимо использовать много компонентов для получения результата.The known method according to the patent CN102476896, according to which it is proposed to eliminate the smell and disinfect the WWS. At the same time, additives containing chlorine, iron, calcium, sulfur, barium, hydroxyl radicals are introduced in order to convert heavy metals into insoluble compounds, add ash and further sinter the resulting substance into bricks. Sand, cement and stone are additionally added. The method has disadvantages, in particular, due to the use of heat treatment, the method is expensive and technologically complicated. You need to use many components to get the result.

Известен «Способ обработки осадков сточных вод» по изобретению SU 812771, включающий сушку ОСВ в присутствие золы, отличающийся тем, что, с целью получения сыпучего продукта, пригодного для использования в качестве удобрения в сельском хозяйстве, в качестве золы используют сланцевую золу пылевидной консистенции в количестве 50-70% от веса обрабатываемого осадка.Known "Method for the treatment of sewage sludge" according to the invention SU 812771, including drying WWS in the presence of ash, characterized in that, in order to obtain a bulk product suitable for use as fertilizer in agriculture, shale ash is used as ash in the amount of 50-70% of the weight of the processed sludge.

Данный способ выбран в качестве прототипа. Он имеет некоторые недостатки. Главным недостатком является наличие технологического процесса - сушки ОСВ в присутствие золы, что усложняет и удорожает процесс. Количество золы составляет 50-70% от веса обрабатываемого осадка, что делает готовый продукт слишком твердым для его дробления/измельчения и формования. В способе используется исключительно сланцевая зола, что ограничивает сферу применения технологии. При увеличении массовой доли золы свыше 50% от массы ОСВ происходит образование комков, вследствие недостаточного количества влаги в осадке, необходимой для равномерного увлажнения добавляемой золы. Используется пылевидная зола, что усложняет ее транспортировку (требуются герметичные контейнеры) и дальнейшую технологию обработки. При содержании золы 50-70% готовый продукт имеет слишком высокий рН и содержание тяжелых металлов, что ограничивает его применение, в том числе в сельском хозяйстве.This method is chosen as a prototype. It has some disadvantages. The main disadvantage is the presence of a technological process - drying WWS in the presence of ash, which complicates and increases the cost of the process. The amount of ash is 50-70% by weight of the processed sludge, which makes the finished product too hard to crush / grind and shape. The method uses exclusively shale ash, which limits the scope of the technology. With an increase in the mass fraction of ash over 50% of the WWS mass, lumps are formed due to the insufficient amount of moisture in the sediment, which is necessary for uniform wetting of the added ash. Pulverized ash is used, which complicates its transportation (sealed containers are required) and further processing technology. With an ash content of 50-70%, the finished product has a too high pH and heavy metal content, which limits its use, including in agriculture.

Известно техническое решение по заявке на изобретение RU 2018102775. Способ заключается в смешивании осадка сточных вод с золой и отличающийся тем, что используется высоко кальциевая зола с эквивалентным содержанием СаО не менее 10%, а массовая доля золы составляет 70-300% массы осадка сточных вод.Known technical solution for the application for the invention RU 2018102775. The method consists in mixing sewage sludge with ash and characterized in that high-calcium ash is used with an equivalent CaO content of at least 10%, and the mass fraction of ash is 70-300% of the mass of sewage sludge ...

Данный способ взят в качестве прототипа. Он имеет следующие недостатки. Из-за высокого содержания золы в смеси (более 70%) результирующий продукт получается очень твердым. При этом он имеет высокую ударную вязкость, что усложняет его дробление или формование. После полного высыхания продукт, как оказалось на практике, невозможно разбить ручным способом. Также при таком высоком содержании золы продукт имеет очень высокий рН, а содержание тяжелых металлов превышает ПДК (предельно-допустимая концентрация), что делает не возможным его использование в сельском хозяйстве или близко к сельскохозяйственным землям.This method is taken as a prototype. It has the following disadvantages. Due to the high ash content in the mixture (over 70%), the resulting product is very hard. However, it has a high impact strength, which makes it difficult to crush or shape. After complete drying, the product, as it turned out in practice, cannot be broken by hand. Also, with such a high ash content, the product has a very high pH, and the content of heavy metals exceeds the MPC (maximum permissible concentration), which makes it impossible to use it in agriculture or close to agricultural land.

Предлагаемое изобретение ставит своей целью одновременное и обезвреживание ОСВ и золы с получением полезного продукта, который может быть использован в народном хозяйстве, например в качестве удобрения, для рекультивации земель и/или как строительный грунт общего назначения, при этом готовый продукт возможно дробить или формовать.The proposed invention aims at the simultaneous and neutralization of WWS and ash to obtain a useful product that can be used in the national economy, for example, as fertilizer, for land reclamation and / or as general purpose building soil, while the finished product can be crushed or molded.

Для этого по изобретению смешивают ОСВ и не пылевидную золу, при этом массовая доля золы составляет 10-50% от веса обрабатываемого ОСВ. Используется кальциевая зола, например зола бурых углей, торфа, древесины, или их сочетание.For this purpose, according to the invention, WWS and non-pulverized ash are mixed, while the mass fraction of ash is 10-50% of the weight of the treated WWS. Calcium ash is used, such as brown coal ash, peat ash, wood ash, or a combination of both.

В случае образования комков добавляется вода для получения однородной смеси.In case of lump formation, water is added to obtain a homogeneous mixture.

При этом происходит разложение мочевины NH₂-CO-NH₂ в присутствии СаО и рН выше 10 на аммиак NH₃, воду Н₂O и углекислый газ СO₂. Происходит гидратация силикатов и алюминатов кальция водой, связанной осадком сточных вод и получение твердых гидросиликатов и гидроалюминатов кальция.In this case, the decomposition of urea NH ₂ -CO-NH ₂ in the presence of CaO and a pH above 10 into ammonia NH ₃ , water H ₂ O and carbon dioxide CO ₂ . Calcium silicates and aluminates are hydrated with water bound by sewage sludge and solid hydrosilicates and calcium hydroaluminates are obtained.

Фактически происходит процесс цементации. С получением экологически безопасного продукта. Смесь не требует термообработки нагреванием, так как реакция цементации происходит с выделением тепла (экзотермическая).In fact, the cementation process takes place. With the receipt of an environmentally friendly product. The mixture does not require heat treatment by heating, since the carburizing reaction occurs with the release of heat (exothermic).

В начале смешивания в золе рН достигает 13 (вредное для человека вещество), а в готовой смеси рН уменьшается во времени менее 10 (обезвреживание) за счет связывания СO₂ выделяющегося при разложении органических веществ (мочевина) гидроксидами щелочных металлов, находящихся в золе. Обеззараживание ОСВ производится щелочью, содержащейся в золе. Уничтожаются патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов.At the beginning of mixing in the ash, the pH reaches 13 (a substance harmful to humans), and in the finished mixture, the pH decreases in time to less than 10 (neutralization) due to the binding of CO ₂ released during the decomposition of organic substances (urea) by alkali metal hydroxides in the ash. The disinfection of WWS is carried out with alkali contained in the ash. Pathogenic microorganisms and helminth eggs are destroyed.

На практике реализация способа происходит следующим образом. ОСВ и высоко кальциевую золу подают в общий объем, где смешивают аппаратами гравитационного или принудительного типа. В качестве высоко кальциевой золы используют золу бурых углей, торфа, древесины, сланцевую, золы, полученные в ТЭС, котельных или их сочетание. В случае образования сгустков, смесь в процессе разбавляют водой до получения равномерной консистенции. Изменяя процентное содержание воды и золы в смеси добиваются нужных физико-механических свойств продукта. Чем больше содержание золы, тем более твердым получается готовый продукт. Затем смесь можно распределять по формам, или передавать по трубопроводу.In practice, the method is implemented as follows. WWS and high-calcium ash are fed into a common volume, where they are mixed with devices of gravity or forced type. As high-calcium ash, ash of brown coal, peat, wood, oil shale, ash obtained in thermal power plants, boiler houses or their combination is used. In the event of clotting, the mixture is diluted with water during the process until a uniform consistency is obtained. By changing the percentage of water and ash in the mixture, the desired physical and mechanical properties of the product are achieved. The higher the ash content, the harder the finished product is. The mixture can then be dispensed into molds or conveyed through a pipeline.

Предлагаемое изобретение позволяет одновременное обезвреживать ОСВ и золы с получением полезного продукта, который может быть использован в народном хозяйстве, например в качестве удобрения, для рекультивации земель и/или как строительный грунт общего назначения, при этом легко поддается дроблению/формообразованию, что выгодно отличает его от прототипов. Предлагаемое изобретение позволяет рекультивировать и уже существующие полигоны осадков сточных вод и золы.The proposed invention allows the simultaneous neutralization of WWS and ash to obtain a useful product that can be used in the national economy, for example, as fertilizer, for land reclamation and / or as a general-purpose building soil, while it is easy to crush / shape, which distinguishes it from prototypes. The proposed invention allows reclamation of already existing landfills of sewage sludge and ash.

Claims

1. The method of simultaneous neutralization of sewage sludge and ash with obtaining a useful substance for construction, agriculture and industry, which consists in mixing sewage sludge with ash, characterized in that calcium ash is used, the mass fraction of ash is 10-50% of the mass of sewage sludge waters, ash of brown coal, peat, wood or their combination is used, the ash is not of a pulverous consistency.

2. A method according to claim 1, characterized in that in the case of lump formation during mixing, water is added to obtain a homogeneous mixture.