СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ШЛАМОВ

СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ШЛАМОВ


RU (11) 2058943 (13) C1

(51) 6 C02F11/02 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
к патенту Российской Федерации 
Статус: по данным на 19.03.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1996.04.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 5001945/26 
(22) Дата подачи заявки: 1991.10.30 
(31) Номер конвенционной заявки: 607,026 
(32) Дата подачи конвенционной заявки: 1990.10.31 
(33) Страна приоритета: US 
(45) Опубликовано: 1996.04.27 
(56) Аналоги изобретения: Патент США N 4370233, кл. C 02F 11/14, опубл. 1985. 
(71) Имя заявителя: Грин Инвайронментал системс Лтд. (HK) 
(72) Имя изобретателя: Ганс В.Расмуссен[US]; Майкл А.Рокандел[CA] 
(73) Имя патентообладателя: Грин Инвайронментал системс Лтд. (HK) 

(54) СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ШЛАМОВ 

Изобретение относится к способам обеззараживания канализационных шламов, содержащих тяжелые металлы, и включает стадии смешивания канализационных шламов, по крайней мере одного каталитического окислителя, такого как соль трехвалентного железа, по крайней мере одного регенеративного окислителя и кислоты для образования реакционной суспензии, имеющей жидкую и твердую фракции, и после выдерживания в течение соответствующего времени отделение твердой фракции от жидкой. В период сохранения реакционная суспензия поддерживается при pH приблизительно в пределах от 1,0 до 2,0 и при окислительно-восстановительном потенциале выше +400 мВ. Тяжелые металлы, первоначально абсорбированные в твердую фракцию сточных шламов, растворяются в жидкой фракции реакционной суспензии. Вслед за этим реакционная суспензия сливается в установку для разделения жидкой и твердой фракций для того, чтобы отделить содержащую металлы жидкую фракцию от твердой фракции, которая теперь в значительной степени свободна от тяжелых металлов. Твердая фракция нейтрализуется до pH, предписываемого нормами Агентства по защите окружающей среды, в целях ее безопасного применения в сельском хозяйстве в качестве обеззараженного удобрения или добавки, улучшающей физическое состояние почвы. 1 з. п. ф-лы, 4 ил., 2 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к методу обеззараживания городских канализационных шламов, загрязненных тяжелыми металлами, таким образом, чтобы содержание тяжелых металлов в шламах могло соответствовать стандартам качества, установленным для шламов Агентством по защите окружающей среды США в целях безопасности применения на почве, или превышать указанные стандарты.

Канализационные шламы это осадки, получаемые в результате переработки городских сточных вод, которые обычно содержат более 90% воды, коллоидно диспергированные твердые частицы (часть которых являются хрупкими) и растворенные вещества. Хотя химические и биологические компоненты осадка зависят от состава сточных вод, поступающих на ОПЗ, и от применяемых процессов переработки, обычно такими компонентами являются тяжелые металлы, болезнетворные патогенные организмы, такие как бактерии, вирусы и паразиты, летучие органические твердые вещества, питательные вещества, людские и/или промышленные отходы.

Содержащиеся в сточных осадках металлы представляют большую опасность для здоровья людей и для окружающей среды. В США в год производится приблизительно 7,5 млн.т. сухих шламов. Примерно 20% шламов используется в качестве удобрений на почве в связи с их органической и питательной ценностью; примерно 20% используется в качестве наполнителя при выравнивании городского ландшафта; примерно 5% сбрасывается в океан и приблизительно 20% сжигается. Указанные методы являются неадекватными, так как кумулятивная концентрация указанных металлов по мере того как последние рециркулируют в окружающей среде в результате применения данных методов может оказывать токсическое воздействие на пищевую цепь и, как следствие, на человеческое здоровье. Токсичные уровни тяжелых металлов могут накапливаться в почках, печени и других человеческих органах, вызывая функциональные расстройства.

Известен способ химического обеззараживания анаэробно-сброженных органических шламов, содержащих тяжелые металлы в нерастворимой форме. Этот метод включает повышение окислительно-восстановительного потенциала (называемого в дальнейшем ОВП) шламов до +300 мВ и поддержание указанного состояния в течение периода от 6 до 12 ч. В течение указанного времени происходит окисление осадка, вследствие чего тяжелые металлы становятся более подверженными химическому выщелачиванию.

Непосредственно вслед за этим осадок ацилируется до получения рН 1,0-3,0 в течение дополнительного периода от 6 до 12 ч путем добавления концентрированной кислоты, например серной или соляной, при постоянном перемешивании осадка и при поддержании указанной температуры и уровня ОВП свыше +300 мВ посредством аэрации. Если шламы поддерживать при повышенной температуре и ОВП в течение длительного времени перед обработкой кислотой, происходит сдвиг в разновидности тяжелых металлов в сторону увеличения хорошо осаждаемых форм, которые быстрее растворяются при ацилировании.

В известном способе обеззараживания сточных осадков имеются недостатки: во-первых, время сохранения весьма продолжительно; минимальное общее время, отводимое под окисление и ацилирование 12 ч. Столь длительное время сохранения предполагает использование весьма больших емкостей для облегчения химической обработки. Во-вторых, окисление и ацилирование происходит последовательно, что также увеличивает время обработки и снижает эффективность метода. В-третьих, раскрытие в патенте данные не указывают на то, что может быть получен окислительно-восстановительный потенциал, значительно превышающий +300 мВ. В-четвертых, важной особенностью метода является поддержание температуры, что также повышает стоимость процесса. И, наконец, предпочтительно повышать уровень температуры и ОВП шламов на длительное время до осуществления ацилирования. Данный процесс, включающий две стадии, требует относительно длительного времени для эффективного действия и приводит к дополнительным расходам, связанным с повышенной температурой и длительным выдерживанием.

Сущность способа заключается в следующем. Определенное количество шламов, содержащих тяжелые металлы, помещается в сосуд и перемешивается с каталитическим окислителем, например с солью трехвалентного железа, в количестве 0,5-3 г/л реакционной суспензии с регенеративным окислителем и кислотой до образования полужидкой-полутвердой реакционной суспензии, имеющей рН 1,0-2,0 и окислительно-восстановительный потенциал (ОВП), выше +400 мВ. После определенного периода не менее 10 мин выдерживания тяжелые металлы, присутствующие в твердой фракции, растворяются в жидкой фракции реакционной суспензии.

Затем реакционная суспензия сливается в обычный прибор для разделения твердой и жидкой фракций, предпочтительно снабженный промывочным устройством для отделения содержащей металлы жидкой фракции от твердой фракции, на этом этапе уже в значительной степени свободной от тяжелых металлов. Твердая фракция нейтрализуется до получения уровня рН, предписываемого постановлениями Агентства по защите окружающей среды, так чтобы ее можно было использовать на почве в качестве очищенного удобрения и/или добавки, улучшающей физическое состояние почвы.

Задачей изобретения является обеззараживание канализационных шламов таким образом, чтобы содержание тяжелых металлов в них соответствовало стандартам качества, установленным для шламов Агентством по защите окружающей среды США в целях их безопасного применения на почве, или превышало указанные стандарты.

Другая задача разработка метода, который бы обеспечивал быстрые темпы окисления и высокий окислительно-восстановительный потенциал, тем самым существенно уменьшая время выдерживания как для окисления, так и для ацилирования, двух неотъемлемых этапов химического обезвреживания отстоянных шламов.

Еще одной задачей изобретения является разработка простой встраиваемой системы, добавляемой к уже существующим системам переработки сточных вод без нарушения существующей практики переработки сточных вод и изменения методов использования или удаления шламов, а также значительное снижение биологической потребности в кислороде и химической потребности в кислороде при одновременном снижении содержания в шламах бактерий кишечной группы.

Наконец, задача состоит в разработке метода очистки, легко приспосабливаемого к обогревательным средствам, так что при желании можно было бы получить и поддерживать повышенную температуру для уничтожения дополнительных патогенных организмов, в том числе яиц круглого червя вида аскарида, который считается одним из наиболее стойких к воздействию окружающей среды видов патогенов.

На фиг. 1 представлена схема технологического процесса, иллюстрирующая набор приборов для использования на практике изобретения; на фиг.2 схема технологического процесса, иллюстрирующая альтернативный набор приборов для использования на практике изобретения; на фиг.3 общая схема изобретения; на фиг. 4 график, показывающий скорость растворения свинца, кадмия и хрома в анаэробном осадке, окисленном до окончательного уровня ОВП 770 мВ и ацилированном соляной кислотой до рН 1,5.

Предлагаемый метод используется для обеззараживания городских канализационных осадков, загрязненных тяжелыми металлами, до достижения качественных стандартов, установленных Агентством по защите окружающей среды США в целях безопасного использования на почве. Этот метод заключается в смешивании сточных отходов, загрязненных тяжелыми металлами, с каталитическим окислителем, таким, как соль трехвалентного железа, с регенерирующим окислителем и кислотой с образованием в результате реакционной суспензии, имеющей твердую и жидкую фракции, и в последующем разделении указанной реакционной суспензии на твердую и жидкую фракции с помощью традиционных приборов для разделения твердой и жидкой фракций, предпочтительно оснащенных промывочными устройствами.

Объемы каталитического окислителя и регенерирующего окислителя должны быть достаточными для повышения ОВП реакционной суспензии по крайней мере до +400 мВ. Количество кислоты должно быть достаточным для снижения рН реакционной суспензии до уровня, равного приблизительно 1,0-2,0. Когда ОВП и рН доведены до предписываемых уровней, изобретение работает непрерывно и соответствующие контрольные приборы осуществляют мониторинг и поддерживают предписываемые уровни рН и, возможно, ОВП.

Реакционная суспензия продолжает перемешиваться и циркулировать в системе резервуаров типа "Пачука" (pachuca) в течение рекомендуемого времени сохранения, равного приблизительно 30 мин. Вслед за этим реакционная суспензия прогоняется через обычное устройство, разделяющее твердую и жидкую фракции.

Отделенная жидкая фракция, содержащая тяжелые металлы, может быть переработана любыми известным способом с целью извлечения содержащихся в ней металлов. Обеззараженные канализационные отходы, т.е. твердая фракция реакционной суспензии, теперь в значительной степени свободны от тяжелых металлов. Обеззараженный шлам перед тем, как использовать его в качестве удобрения и/или средства, улучшающего физическое состояние почвы, либо в качестве наполнителя при выравнивании ландшафта, может быть нейтрализован базовым реактивом, таким как известь, до получения рН, соответствующего предписываемому Агентством по защите окружающей среды уровню.

Прибор для реализации способа содержит систему резервуаров типа pachuca 1, снабженную кислотоустойчивым сосудом 2 с установленной в нем концентрически отсасывающей трубкой. Кислотоустойчивый сосуд принимает определенное количество загрязненного шлама, определенное количество кислоты (либо одной кислоты, либо комбинации из двух или более кислот) и определенное количество каталитического окислителя, такого как соль трехвалентного железа. Загрязненный шлам, кислота и каталитический окислитель КО перемешиваются в сосуде 2 путем барботирования газообразного регенеративного окислителя в нижнюю часть сосуда и через отсасывающую трубку 3 для образования реакционной суспензии.

В сосуд может быть помещен загрязненный шлам ЗШ с любой концентрацией сухого вещества. Однако, предпочтительно, чтобы сосуд принимал загрязненный шлам ЗШ с концентрацией сухого вещества свыше 2% Чем выше содержание сухого вещества в загрязненном шламе, тем меньше объемы окислителей и кислот необходимы для получения соответствующих рабочих условий и, следовательно, тем ниже расходы по эксплуатации.

Кроме того, загрязненный шлам, поступающий в сосуд, может представлять из себя осадок, полученный методом анаэробного сбраживания, осадок, полученный методом аэробного сбраживания, первичный осадок, активный ил или любую комбинацию указанных осадков, и может перерабатываться при нормальной или повышенной температуре. Для осадка, полученного методами аэробного и анаэробного сбраживания, температура загрязненного шлама обычно колеблется от 75 до 95 F, а содержание сухого вещества от 0,5 до 2,0%

Предпочтительно перед помещением загрязненного шлама в сосуд производить обеззараживание шлама путем добавления катионного или анионного флоккулянта. Для катионной флокуляции необходимо по крайней мере 2,25 кг катионного флоккулянта на одну тонну шлама, в то время как для анионной флоккуляции требуется 0,675 кг анионного флоккулянта. В результате использования катионной флоккуляции образуются хлопья большего размера и более быстроосаждаемые, чем при анионной флоккуляции. Во время выщелачивания хлопья остаются неповрежденными при легком перемешивании и при коротком времени выдерживания и лучше образуются при рН загрязненного шлама в диапазоне от нейтрального до щелочного. Если загрязненный шлам не коагулировали перед выщелачиванием, то он с трудом поддавался флоккулированию. Поддержание хлопьев интактными способствует лучшему разделению жидкой и твердой фракций после выщелачивания, причем затем требуется незначительное количество флоккулянта, либо он вовсе не требуется.

Кислота автоматически перекачивается в сосуд 2 из источника кислоты при помощи насоса для подачи кислоты с варьирующей скоростью, соединенного с обычным регулятором рН, для доведения рН реакционной суспензии до уровня примерно в пределах от 1,0 до 2,0. Элемент рН 5 присоединен электрической проволокой (изображенной пунктиром) к регулятору рН 6 для передачи соответствующей информации о рН реакционной суспензии на регулятор рН 6. В свою очередь, насос для подачи кислоты с варьирующей скоростью 4 качает соответствующее количество кислоты в сосуд 2 для поддержания требуемого рН реакционной суспензии. Кислота может быть любой или сочетанием двух или более кислот при условии, что уровень рН реакционной суспензии может быть снижен до 1,0-2,0 и может поддерживаться в указанном диапазоне.

Лабораторные эксперименты проводились с использованием трех различных кислот. Подразумевается, что термин "кислота" может обозначать одну кислоту или сочетание двух или более кислот. Однако все эксперименты проводились с использованием одной кислоты. Соляная кислота выщелачивает все металлы, в то время как серная кислота недостаточно адекватно выщелачивает свинец из сточных осадков с содержанием свинца. Более того, осаждение гипса (сернокислого кальция) доводится до минимума при нейтрализации кислоты в хлоридной среде.

Помимо кислоты, в сосуд 2 из источника 7 каталитического окислителя с помощью насоса Х для подачи каталитического окислителя подается каталитический окислитель для того, чтобы вызвать, повышение ОВП реакционной суспензии. В качестве каталитического окислителя может использоваться любая соль трехвалентного железа, такая как хлорид трехвалентного железа, отработанная, травленная кислотой щелочь или сульфат трехвалентного железа, хотя любые другие жидкие, растворимые твердые, либо газообразные каталитические окислители могут применяться вместо указанных. Для предпочтительной формы осуществления изобретения в качестве каталитического окислителя был избран хлорид трехвалентного железа.

Хлорид трехвалентного железа каталитический окислитель подается насосом, работающим на основе принципа "подачи вперед", в сосуд 2. Скорость подачи хлорида трехвалентного железа должна быть достаточной для поддержания в реакционной суспензии требуемого уровня железа, равного 0,5-3,0 г/л. Первый элемент 9 для регулировки потока осуществляет контроль количества загрязненного осадка, втекающего в сосуд 2. Указанный элемент 9 подает соответствующую информацию на регулятор потока 10 для регулировки контролирующего поток клапана 11, который, в свою очередь, регулирует соответствующее количество хлорида трехвалентного железа, направляемого в сосуд. Второй элемент 12 для регулировки потока подает соответствующую информацию на регулятор потока 10, обеспечивая приток нужного количества хлорида трехвалентного железа в сосуд. Следует отметить, что объем хлорида трехвалентного железа, направляемого в сосуд, нечувствителен к ОВП, однако зависит от количества загрязненного шлама, поступающего в сосуд.

Хотя для изобретения может быть использован жидкий регенеративный окислитель, такой как перекись водорода, гипохлорид натрия или гипохлорид кальция, для предпочтительной формы осуществления изобретения использовали газообразный регенеративный окислитель. Хотя любой газообразный регенеративный оксидант, такой как воздух, кислород, озон, двуокись серы, хлор, хлорсодержащие соединения и т.п. может барботироваться в реакционную суспензию, для предпочтительной формы осуществления изобретения, в качестве газообразного регенеративного окислителя был выбран сжатый воздух.

Газообразный регенеративный окислитель сжатый воздух направляется в реакционную суспензию из воздушного компрессора 13. Дроссельный клапан 14, присоединенный к входному отверстию воздушного компрессора, может использоваться для дозирования количества воздуха, входящего в сосуд. Регенеративный окислитель поступает в нижнюю часть сосуда 2 и под отсасывающую трубку 3. Желательно было бы в точке поступления воздуха под отсасывающей трубкой 3 установить барботажное устройство для образования большого количества мелких пузырьков регенеративного окислителя, сжатого воздуха, что, в свою очередь, усиливало бы процесс окисления.

Регенеративный окислитель, сжатый воздух поступает в нижнюю секцию сосуда 2 и вызывает необходимое перемешивание и циркулирование реакционной суспензии. Перемешивание происходит, когда пузырьки воздуха, проходя вверх сквозь реакционную суспензию, находящуюся в отсасывающей трубке, перемешивают или взбалтывают реакционную суспензию.

Барботирование газообразного регенеративного окислителя сквозь реакционную суспензию является эффективным способом перемешивания, позволяющим в значительной степени избежать фрагментации частиц сточного осадка. Таким образом, преимущества барботирования регенеративного окислителя в реакционную суспензию состоит в бесконтактном перемешивании реакционной суспензии (что является весьма благоприятной особенностью в условиях низкого рН), окислении реакционной суспензии и в регенерировании каталитического окислителя.

Во-вторых, пузырьки, образованные регенерирующим окислителем, заставляют находящуюся в отсасывающей трубке 3 реакционную суспензию перемещаться вверх. В результате переместившаяся вверх реакционная суспензия вытекает из верхней части отсасывающей трубки 3 и вновь возвращается в кольцеобразную секцию сосуда 2 вне трубки 3, что приводит к циркулированию реакционной суспензии, в системе резервуара типа pachuca. Указанное циркулирование происходит благодаря разнице в плотности барботирующей реакционной суспензии, находящейся в отсасывающей трубке 3, и реакционной суспензии, находящейся вне отсасывающей трубки в кольцеобразной части сосуда.

Потоки втекающего загрязненного шлама и вытекающей реакционной суспензии регулируются для обеспечения времени выдерживания для данной установки с непрерывным притоком осадка, равного приблизительно 30 мин. После поддержания необходимого уровня рН и ОВП в течение рекомендуемого времени выдерживания реакционная суспензия выводится из сосуда путем регулирования выходного клапана 15. Любой метод может быть использован для получения и поддержания постоянного уровня в сосуде 2, благодаря которому обеспечивается необходимое время выдерживания. При надлежащих уровня рН и ОВП, т.е. при рН в пределах от 1,0 до 2,0 и при ОВП приблизительно +400 мВ или выше все тяжелые металлы, содержащиеся в первоначальном загрязненном шламе, доводятся до нужной степени окисления, в результате чего металлы становятся легко растворимыми. Теперь такие металлы легко выщелачиваются, т.е. солюбилизируются, из твердой фракции осадка и растворяются в жидкой фракции реакционной суспензии.

Второе устройство для реализации изобретения, изображенном на фиг.1, это установка 16 для разделения жидкой и твердой фракций с вакуумным барабаном. Процент извлечения тяжелых металлов возрастет, если установка для разделения жидкой и твердой фракций оснащена также промывочным устройством. В качестве альтернативы вместо вакуумной фильтрационной системы можно использовать сначала сливное устройство противопоточного типа, а затем ременный пресс.

По завершении фазы разделения жидкой и твердой фракций твердая фракция, которая может содержать от 60 до 85% жидкости, считается обеззараженным осадком. Промыв твердую фракцию, от 60 до 85% которой составляет содержащая тяжелые металлы жидкость, из нее можно удалить еще некоторое количество тяжелых металлов, вытесняя жидкость, содержащую металлы, жидкостью, свободной от металлов. Во время промывки происходит следующее: содержащая металлы жидкость становится разбавленной, в результате чего оставшаяся жидкость в твердой фракции в значительной степени освобождается от металлов. Обеззараженный осадок затем может быть нейтрализован таким основным реактивом, как известь, до рН, рекомендуемого Агентством по защите окружающей среды, так чтобы его можно было применять в сельском хозяйстве в качестве удобрения или в качестве добавки, улучшающей физическое состояние почвы.

Содержащая металлы жидкость, собранная на стадии разделения жидкой и твердой фракций, направляется в установку для извлечения металлов. Металлы могут осаждаться как твердые частицы с помощью основного реактива, такого как известь; после фильтрования осажденных металлов из жидкости оставшуюся жидкость можно слить как сточную воду или вторично использовать часть ее для нужд завода по переработке сточных вод.

Когда в качестве регенеративного окислителя в реакционной суспензии с полностью сброженным загрязненным шламом используется только сжатый воздух, количество воздуха, необходимого для перемешивания и циркуляции реакционной суспензии, достаточно для окисления, Однако, чем выше степень окисления, тем быстрее происходит растворение тяжелых металлов в твердой фракции. При использовании изобретения для переработки хорошо сброженного осадка в контроле или регулировании ОРП нет необходимости, и сжатый воздух является адекватным регенеративным окислителем. Когда в сосуд 2 поступает не полностью сброженный загрязненный шлам, необходимо увеличить степень окисления путем дополнительной подачи регенеративного окислителя, сжатого воздуха.

Второй регенеративный окислитель 17 ДРО может быть в форме жидкости, например, гипохлорита или перекиси водорода, или в газообразном состоянии, как двуокись серы, хлор или озон. Элемент ОВП, контактирующий с реакционной суспензией, передает данные ОВП на контрольное устройство 18, которое, в свою очередь, регулирует количество поступающего в сосуд 2 второго регенеративного окислителя ДРО посредством регулирования открытия и закрытия клапана 19 ОВП с помощью управляющего устройства контрольного клапана 20.

Повышенная степень окисления не только увеличивает скорость и степень солюбилизации тяжелых металлов, но также снижает конечное химическое и биологическое потребление кислорода шламов.

Загрязненный осадок, каталитический окислитель, регенеративный окислитель и кислота (фиг. 3) перемешивают до образования реакционной суспензии, имеющей твердую и жидкую фракции. В процессе перемешивания происходит также окисление и ацилирование. По окончании выдерживания реакционная суспензия промывается и разделяется на твердую и жидкую фракции. Отделенная твердая фракция это обеззараженный шлам, в значительной степени освобожден от тяжелых металлов. Жидкая фракция направляется в обычную установку для извлечения металлов, где происходит осаждение металлов из жидкости, и очищенная от металлов жидкость либо нейтрализуется и сливается как сточная, либо часть ее вторично используется в установке по переработке сточных вод.

На фиг.4 представлен график скорости растворения тяжелых металлов из анаэробного осадка. При ОВП +770 мВ и рН 1,5 примерно 75% хрома, 82% свинца и 85% кадмия растворяется в течение 10 мин. При увеличении времени сохранения процент извлечения металлов возрастал. По мере увеличения ОВП скорость растворения тяжелых металлов продолжает возрастать.

В табл.1 представлены результаты испытания изобретения, проведенного на образцах шлама из одного из западных городов США.

Агентство по охране окружающей среды США предложило нормы скорости длительного кумулятивного накопления указанных металлов для применения загрязненного тяжелыми металлами сточного шлама на сельскохозяйственных угодьях. В табл. 2 представлены предложенные нормы и сравниваются объемы сточного шлама в тоннах, которые в соответствии с указанными нормами разрешается применять в сельском хозяйстве.

Для определения того, какое количество данного шлама может применяться на одном гектаре сельскохозяйственных угодий перед тем, как окончательно запретить применения его на данном гектаре в качестве удобрения, следует рассмотреть медь самую опасную загрязняющую примесь среди металлов.

До применения изобретения было разрешено использовать всего лишь 16 т данного шлама на одном гектаре сельскохозяйственных угодий в соответствии с предложенными нормами. Однако после применения изобретения 568 т данного шлама или в 30 раз больше могло быть использовано на одном гектаре сельскохозяйственных угодий, прежде чем применение его на данном участке было окончательно запрещено.

Скорость окисления загрязненного осадка гораздо выше, чем при использовании общепринятых методов обеззараживания шлама. Теоретически доказано, что окисление протекает быстро благодаря положительному заряду ионов железа в хлориде трехвалентного железа. Для предпочтительной формы осуществления изобретения были избраны хлорид трехвалентного железа в качестве каталитического окислителя и воздух в качестве газообразного окислителя. Хлорид трехвалентного железа в растворе отдает один ион железа Fe3+, который является ионом с положительным зарядом +3. При окислении шлама Fe3+ восстанавливается до иона двухвалентного железа, Fe2+, который мгновенно вновь окисляется в присутствии регенеративного окислителя. Следовательно, ионы трехвалентного железа не расходуются, а производят каталитический эффект, усиливая окисление реакционной суспензии. Известно, что трехвалентное железо Fe+3 окисляет сульфидные/металлические соединения до элементарных ионов серы и металла быстрее, чем большинство газообразных окислителей. При подаче в реакционную суспензию одновременно с трехвалентным железом воздуха или какого-либо другого газообразного окислителя, ион двухвалентного железа Fe2+ вновь регенерирует на месте до образования иона трехвалентного железа Fe3+, который может быть опять использован в качестве сильного окислителя.

Химические уравнения в качестве примера серуметаллосодержащих соединений показывают, почему столь эффективно действуют каталитический окислитель, хлорид трехвалентного железа и регенеративный окислитель.

Уравнение реакции выщелачивания следующее:

MeS+2FeCl3_ MeCl2+So+2FeCl2

Уравнение реакции регенерации следующее:

FeCl2+0,5O2+2HCl _ 2FeCl3+H2O

При складывании двух указанных уравнений хлориды трехвалентного железа и хлориды двухвалентного железа в обеих частях уравнения взаимно уничтожаются, давая в теории каталитический эффект.

Так как степень окисления, получаемая в результате применения изобретения, значительна, изобретение может увеличивать пропускную способность существующих анаэробных или аэробных заводов по переработке сточных вод. В связи с тем, что природное биологическое окисление является медленным процессом, для завода по переработке сточных вод необходим период выдерживания от 10 до 30 дней с целью осуществления анаэробного и аэробного сбраживания осадка. Теперь же, при повышенной степени окисления, заводы по переработке сточных вод могут сократить время выдерживания для анаэробного или аэробного сбраживания и передавать частично сброженный осадок для дальнейшего окисления. Эта особенность может быть весьма полезной, например, для курортных районов, где пик потребности в переработке стоков приходится на туристический сезон.

Таким образом, если изобретение могло бы встраиваться в существующие системы по переработке сточных вод, курортные районы не были бы поставлены перед необходимостью финансировать расширение перерабатывающих мощностей единственно для того, чтобы справиться с сезонным повышением объема переработки сточных вод. Другое преимущество изобретения заключается в том, что оно не требует строго определенных объемов кислоты, соли трехвалентного железа и газообразного окислителя. Изобретение будет нормально работать, если рН реакционной суспензии будет равен приблизительно 1,0-2,0, а ОВП будет превышать +400 мВ. Оптимальная концентрация трехвалентного железа в реакционной суспензии 0,5-3,0 г/л реакционной суспензии. Низкая концентрация трехвалентного железа потенциально может быть компенсирована повышенной концентрацией газообразного окислителя. Более высокая концентрация трехвалентного железа имеет тенденцию к образованию скорее более легко фильтруемой реакционной суспензии, чем реакционной суспензии с более низкой концентрацией трехвалентного железа. Время выдерживания также может быть разным. Рекомендуемое время выдерживания 30 мин, так как такой же период необходим для уничтожения яиц аскарида, а также вполне достаточен для получения больших процентов растворения металлов. Для экстрагирования значительного количества присутствующих в твердой фракции сточного осадка тяжелых металлов достаточен 10-минутный период выдерживания.

Использование трехвалентного железа обеспечивает следующее: во-первых, трехвалентное железо является регенеративным окислительным катализатором, который может быть регенерирован на месте с помощью газообразного окислителя, например воздуха, или жидкого окислителя, например перекиси водорода; во-вторых, скорость выщелачивания значительно выше в присутствии соли трехвалентного железа; в-третьих, трехвалентное железо быстро окисляет большинство сульфидных/металлических соединений, посредством этого окисляя последние до элементарной серы и ионов металла. И, наконец, присутствие железа в растворе способствует осаждению других металлов из раствора, железо коагулирует другие металлы в растворе и быстро связывает последние. Следовательно, присутствие железа выгодно для извлечения растворенных металлов из раствора.

Изобретение благодаря необходимой для него среде с низким рН может уничтожать многие патогенные организмы, приводя к значительному снижению содержания бактерий кишечной группы. Более того, изобретение может быть легко приспособлено для уничтожения таких более стойких к кислоте патогенных организмов, как яйца круглого червя вида аскарида, которые считаются наиболее стойкими к воздействию окружающей среды патогенными организмами. Нагревательное устройство может быть легко приспособлено к набору устройств, служащих для практического использования изобретения. Например, перед тем как загрязненный шлам подается в сосуд, может быть использовано теплообменник, состоящий из цилиндра и трубки, или, в качестве варианта, нагревательная спираль может быть установлена внутри сосуда. При выдерживании сточного шлама или в данном случае реакционной суспензии при температуре 60оС в течение по крайней мере 30 мин яйца круглого червя вида аскарида теряют активность. Следовательно, если изобретение будет снабжено нагревательным устройством, то будет происходить не только обеззараживание шлама, но, возможно, также и стерилизация обеззараженного шлама. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ШЛАМОВ, содержащих сульфиды тяжелых металлов, включающий их окисление в кислой среде при поддержании окислительно-восстановительного потенциала в присутствии кислорода воздуха с последующим разделением жидкой и твердой фаз, отличающийся тем, что окисление ведут в присутствии ионов трехвалентного железа при pH 1 2 и поддержании окислительно-восстановительного потенциала выше + 400 мВ в течение не менее 10 мин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ионов железа (3+) используют хлорид железа в количестве 0,5 3 г/л реакционной суспензии.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru