Способ уничтожения болезнетворных микроорганизмов в отходах и устройство для его осуществления

 

Изобретение предназначено для уничтожения болезнетвортных микроорганизмов в отходах. Отходы смешивают с оксидом или карбонатом кальция, отстой выдерживают при рН 12 в течение по меньшей мере 2 ч при подъеме температуры смеси до заданного уровня в закрытой камере в течение заданного промежутка времени. Устройство включает камеру смешения отстоя и средство для смешивания. Нагревательные элементы обеспечивают подачу дополнительного тепла в отстой. Заданный уровень рН отстоя регулируют приборами для измерения рН. Способ обеспечивает снижение уровня содержания болезнетворных микроорганизмов в отходах в соответствии с существующими нормами при повышении экономичности процесса. 2 с. и 11 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение касается способов обработки отходов перед их удалением, а также устройств для обработки отходов перед их удалением.

Хранение и санитарная утилизация отходов является очень старой проблемой, поскольку необработанные отходы как в твердом, так и в жидком виде могут содержать любое количество вредных веществ для людей и окружающей среды, включая гранулированные твердые вещества, органические и неорганические соединения и болезнетворные микроорганизмы.

Вследствие этого желательно обрабатывать отходы до их утилизации. Обработка отходов с целью уничтожения в них болезнетворных микроорганизмов может выполняться несколькими способами.

Один способ обработки отходов для уничтожения болезнетворных микроорганизмов состоит в нагревании отходов до высокой температуры в течение определенного времени. Известный вообще как стерилизация, этот способ нейтрализует болезнетворные микроорганизмы до степени, зависящей от уровня температуры и продолжительности времени, которым отходы подвергаются.

Стерилизация, будучи достаточно эффективной для нейтрализации болезнетворных микроорганизмов, не может устранить запахи, исходящие от отходов и привлекающие переносчиков заразы. При отсутствии устранения привлекательности для переносчиков такие переносчики, как крысы, мыши и мухи, будут стремиться к необработанным отходам. Переносчики подвергаются заражению сами, а также могут распространять различные болезнетворные микроорганизмы, присутствующие в отходах. Поэтому любая обработка и последующее уничтожение должны устранять запахи и связанные с ними факторы привлекательности для переносчиков.

Одним способом устранения привлекательности для переносчиков заразы, а также нейтрализации болезнетворных микроорганизмов является стабилизация известью, которая повышает pH отходов до достаточной степени в течение достаточного периода времени. Этот способ обычно выполняют добавкой в отходы щелочного вещества. Для этого способа обычно используют такие вещества, как окись кальция или карбонат кальция и соединения, состоящие из или содержащие их, например известь или негашеная известь, сухая известковая пыль, сухая цементная пыль или доломитовая известь. Довольно низкая стоимость достаточных количеств этих материалов и их высокая щелочность делают их вполне пригодными для этой цели.

Помимо вредных компонентов, которые могут присутствовать в отходах, и возможного привлечения переносчиков к необработанным отходам другой проблемой удаления является то, что необработанные отходы редко бывают совершенно твердыми. Скорее они обычно состоят как из твердых, так и из жидких компонентов с твердыми компонентами, которые кроме того могут содержать некоторое количество связанной жидкости, как правило воды. Так, например, процент жидкости в отходах может быть суммой обоих свободного жидкого компонента и жидкости, связанной с твердым компонентом. Из-за присутствия обоих этих компонентов отходы могут изменяться от консистенции и внешнего вида типа жидкости до густой твердой консистенции и внешнего вида. Необходимость иметь дело с этим разнообразием фаз осложняет обработку и удаление. Например, если отходы имеют в основном консистенцию типа жидкости, большая часть свободной жидкости отходов отделяется, и обработка ведется известными способами. Остальная твердая часть или отстой, включает остальную воду свободной жидкости и связанную воду и твердые вещества. Такой отстой, который может иметь содержание твердых веществ 1 - 4%, затем подвергается дополнительному обезвоживанию с помощью одного из известных способов. Если отходы имеют более твердую консистенцию, в этом случае обезвоживание обычно производят за один процесс.

После достаточного обезвоживания отходов их называют обезвоженным отстоем, который может иметь содержание твердых веществ где-нибудь 10 - 60% с остальной водой. Такой обезвоженный отстой трудно обрабатывать. Изменение содержания твердых веществ и процентного содержания воды как связанной, так и свободной обуславливает физические свойства отстоя, начиная с вязкости, коллоидной жидкости до сухих брикетов или глины.

Агентство по защите окружающей среды (ЕРА) имеет принятые нормы соответствующей обработки и удаления отходов и отстоев. Для обеспечения нейтрализации болезнетворных микроорганизмов до безопасного для окружающей среды уровня ЕРА в настоящее время обязывает проводить два установленных законом уровня способов удаления отходов: способ, по существу, уничтожения болезнетворных микроорганизмов (ПСРП) и способ дополнительного уничтожения болезнетворных микроорганизмов (ПФРП). Использование одного из ПСРП и ПФРП зависит от дальнейшего использования обработанных отходов. В настоящее время ПФРП приводит к большей степени уничтожения болезнетворных микроорганизмов, и отходы, обработанные способом ПФРП имеют меньше ограничений их удаления. Хотя ПСРП и ПФРП, как опубликовано в настоящее время в Приложениях 11-40 СФР, ограничены несколькими названными способами, можно квалифицировать способ для одного уровня требованиями, определяемыми законом уничтожения болезнетворных микроорганизмов.

Хотя способ, предложенный в [1], и не называется конкретно как ПСРП или ПФРП в Приложениях 11-40 СФР 257, он обеспечивает уничтожение болезнетворных микроорганизмов до установленных в настоящее время ПФРП уровней. Для этого производят смешивание отходов с известью или известковой смесью, достаточной для повышения pH до 12 по меньшей мере в течение одного дня, и после этого высушивают смесь извести и отходов естественным способом аэрации в течение времени, достаточного для уничтожения болезнетворных микроорганизмов до норм современных требований ПФРП, указанных в [1].

Раскрытие в [1] патенте ограничено однако современными уровнями уничтожения болезнетворных микроорганизмов для достижения ПФРП. Изменение норм может вести к изменению уровней уничтожения болезнетворных микроорганизмов, и указанный источник, по-видимому, не легко приспособить к подобному случаю.

Целью изобретения является создание устройства и способа для достижения установленных в настоящее время уровней ПСРП и ПФРП.

Другой целью изобретения является создание устройства и способа для достижения других уровней, чем современные узаконенные нормы уничтожения болезнетворных микроорганизмов в отходах.

Еще одной целью изобретения является создание способа и устройства для достижения эффективной нейтрализации болезнетворных микроорганизмов в отходах.

Еще одной целью является создание устройства, способного как стабилизировать, так и пастеризовать сырые отстои экономичным по времени и стоимости образом.

Согласно изобретению в обезвоженный отстой добавляют достаточное количество извести для повышения pH до заданного уровня и в заданный период времени с целью нейтрализации болезнетворных микроорганизмов, присутствующих в отстое и устранения привлечения переносчиков заразы. Кроме того, сохраняют тепло реакции известь-отстой и добавляют определенное количество тепла при необходимости для того, чтобы температура смеси известь-отстой поднялась до заданного уровня в течение заданного промежутка времени для дальнейшей нейтрализации болезнетворных микроорганизмов.

Раскрывается также устройство для осуществления способа.

На фиг. 1 представлена блок-схема, вид сбоку, предпочтительного примера выполнения устройства, согласно изобретению; на фиг. 2 - фрагментарный разрез на фиг.1.

В предпочтительном примере выполнения обезвоженный отстой и добавку, как правило известь, осаждают непрерывным потоком в камеру. При осаждении их тщательно перемешивают для того, чтобы pH отстоя поднимался, устанавливаясь на или выше заданного уровня, который в предпочтительном примере выполнения составляет по меньшей мере 12. После этого способ продолжают в течение заданного периода времени, который составляет по меньшей мере два с половиной часа, а уровень pH контролируют примерно в течение двух часов, чтобы обеспечить его поддержание почти на этом или выше заданном уровне. Температуру поддерживают по меньшей мере на уровне 70^oC в течение последнего получаса.

Смешивание отстоя и извести в атмосферных условиях приводит к реакции гидратации CaO + H₂O = Ca(OH)₂ + тепло.

Использование стехиометрических количеств в реакции дает 25,368 кг CaO + 8,154 кг(л) H₂O = 33,522 кг Ca(OH)₂, а также выделение 27,5 ВТУ фунт/моль (или 60,7 кг/моль).

Хотя в этом примере выполнения применяют известь (определяемую здесь по существу как чистая окись кальция), можно применять и другие вещества, состоящие или содержащие окись кальция или карбонат кальция, такие, как негашеная известь, доломитовая известь или сухая известковая пыль. В связи с этим, несмотря на то, что здесь используют известь, добавку выбирают из группы, содержащей или состоящей из окиси кальция и карбоната кальция. Выбор может зависеть от пригодности и заданного уровня pH, так как некоторые члены группы могут оказаться недостаточно эффективным для повышения pH до желаемого заданного уровня. Например, если желаемый уровень pH около 12, доломитовая известь может оказаться недостаточно летучей для доведения смеси до этого уровня.

Обезвоженный отстой может содержать 10 - 60% сухих твердых веществ, хотя как правило чаще 15 - 50%. Весовое соотношение известь-отстой может меняться 25 - 200%, поэтому на каждый фунт сухих веществ отстоя можно добавлять 25 - 2,0 фунтов извести. Как видно из этого уравнения гидратация извести требует воды. В реакции используется свободная и, возможно, частично или целиком связанная вода в обезвоженном отстое.

Полученная гидроокись, которой в этом примере выполнения является Ca(OH)₂, представляет собой щелочь, применяемую для повышения pH отстоя и для того, чтобы таким образом вызвать стабилизацию извести. Повышение pH происходит быстро и затем отстой оставляют на заданном или выше заданного уровня в течение заданного периода времени. В предпочтительном примере выполнения pH быстро повышается до 12 и выше. Через два часа отстой удаляют и проверяют, чтобы уровень pH составлял в нем по меньшей мере около 12.

Заданный период времени, в течение которого отстой выдерживают в камере, в предпочтительном примере выполнения составляет по меньшей мере два с половиной часа, в продолжение которых в течение первого часа отстой находится при pH, равном или выше 12. Однако следует отметить, что период времени может быть сокращен или увеличен. Он может составлять даже несколько дней или даже недель в зависимости от желаемой степени стабилизации извести. Чем дольше период времени, тем больше степень стабилизации. Кроме того, желаемый уровень pH с течением времени может понижаться, например, в течение периода времени в 24 ч. pH больше чем или около 12 может быть достигнуто спустя 2 ч, и после этого спустя более 22 ч. pH может упасть по меньшей мере до 11,5. Время может быть также сокращено до менее чем два с половиной часа. После этого известь может быть перенесена в другой контейнер или место. В другом предпочтительном примере выполнения возможна одновременная пастеризация извести и ее стабилизация, и период времени составляет около тридцати минут. pH контролируют до истечения двух часов после начала смешивания извести и отстоя, чтобы обеспечить его сохранение на уровне около 12. Температуру следует контролировать с начала в течение по меньшей мере получаса, чтобы обеспечить ее сохранение на заданном или выше уровня 70^oC. Другим примером является регулирование температуры в течение заданного получасового периода пастеризации в любой момент в течение двухчасовой стабилизации извести.

В первом предпочтительном примере выполнения продолжительность времени, которого составляет два с половиной часа, отстой после двухчасовой стабилизации извести подвергают по меньшей мере в течение получаса повышению температуры в камере, вызываемому теплом, выделяемым в результате реакции и сохраняемым в камере. Сама камера по существу закрыта, что способствует сохранению в отстое по меньшей мере основного тепла, выделяемого во время реакции гидратации.

Хотя в предпочтительном примере выполнения используют только одну камеру для содержания отстоя в процессе пастеризации и стабилизации извести, можно проводить эти стадии в отдельных камерах и пропускать отстой через каждую из них. Можно проводить процесс, не закрывая отстой в камере или частично закрывая камеру в продолжении процесса до тех пор, пока тепло от реакции гидратации сохраняется внутри отстоя.

В предпочтительном примере выполнения достаточное тепло сохраняется в отстое в течение продолжающейся реакции гидратации для поддержания температуры по меньшей мере около 70^oC в течение по меньшей мере 30 мин и при этом происходит пастеризация отстоя.

Целесообразно также изолировать камеру для сохранения тепла с целью проведения эффективной пастеризации, а также повышения скорости реакции. Например, повышение температуры на 10^oC может вдвое повысить скорость реакции. Удвоенная скорость реакции обеспечивает увеличение тепла и, следовательно, температуры, которая в свою очередь ведет сама к возможному дополнительному повышению температуры и в результате к дополнительному увеличению скорости реакции. Таким образом, создается эффект "снежного кома" или "лавины". Если тепло не возрастает от реакции в достаточной степени, чтобы дать возможность отстою достичь желаемой температуры, можно добавить еще тепла.

Дополнительная подача тепла может также оказаться необходимой несмотря на то, что хотя значительное количество тепла и выделяется в процессе реакции гидратации, избыток воды в камере может поглощать тепло. Можно спустить или выпустить некоторое количество лишней воды или использовать ее для гашения извести (для чего обычно требуется три части воды на одну часть извести), но остальное количество может еще поглощать нежелательное количество тепла. Например, если 25 фунтов извести добавить на каждый фунт отстоя, и используемый отстой имеет 15% содержания твердых веществ, то в этом случае из отстоя при взаимодействии стехиометрических количеств извести и отстоя будет выделяться 252 фунта воды. Поскольку 27500 ВТУ на вес. мол. выделяется в процессе реакции, избыточная вода будет потенциально поглощать больше выделяемого тепла. Поэтому целесообразно добавлять дополнительное тепло с помощью контролируемых средств. Отмечено, что, если средства не контролируются, вследствие меняющейся природы компонентов может производиться гораздо большее количество тепла, чем необходимо. Например, положим, что 2 фунта извести добавили на каждый 1 фунт отстоя (в соотношении 2:1), и используемый отстой имеет содержание твердых веществ 50%, в этом случае отстоем будет выделяться только 18,5 фунтов воды. Этого едва хватит для протекания реакции гидратации и приведет к тому, что почти все 27,500 ВТУ, выделенные при реакции, будут использованы для нагрева смеси. В этот момент очень мало или совсем не потребуется дополнительного тепла для достижения желаемой или температуры пастеризации.

Когда известь и отстой передвигаются из пункта "а" в пункт "б", они непрерывно смешиваются. Реакция гидратации происходит при смешивании и по меньшей мере большее количество тепла, выделяемого во время реакции, удерживается в отстое. Применение шнекового конвейера обеспечивает обработку отстоя на предпочтительно высоком основании. К тому же применение шнекового конвейера обеспечивает легкое установление желаемого промежутка времени или время, требуемое для прохождения отстоя и пункта "а" в пункт "б", просто регулируя скорость шнека. Более того дополнительный нагрев отстоя, если желательно, легко достигается, как показано на фиг. 2. Нагревательные элементы, которые подают дополнительное тепло в отстой, в целом показанные позицией 11, размещают вокруг корпуса 21 конвейера. Затем вокруг нагревательных элементов 11 размещают изоляцию 12. Нагревательные элементы 11 известного типа, проходят по всей длине конвейера 10, как показано на фиг. 2. Это обеспечивает нагрев отстоя при его передвижении по конвейеру. Изоляция 12 известного типа проходит также по всей длине конвейера. Изоляция 12 и нагревательные элементы 11, по желанию, могут быть соединены воедино или в нагревательную рубашку для облегчения сборки. Изоляция 12 может также в примере выполнения, не представленном здесь, размещаться на или проходить по всей длине конвейера без какого бы то ни было дополнительного источника тепла.

С другой стороны, хотя это и не показано, шнек 20 конвейера на валу 22, на котором они размещены, может быть полым, и пар, горячий воздух или горячая вода могут проходить сквозь него, выполняя функцию источника дополнительного тепла.

На фиг.1 можно увидеть, что контрольные приборы 13 служат для управления температурой с целью обеспечения поддержания желаемого заданного уровня температуры. Они могут быть размещены в тех случаях, когда желательно управление температурой. Приборы представляют собой любой тип термометров, известных в настоящее время, включая регулирующие термометры для слежения за температурой в течение времени.

Можно также регулировать pH в течение времени смешивания отстоя при помощи средства для регулирования pH отстоя 16.

В предпочтительном примере выполнения регулирование сопровождается извлечением пробы отстоя из конвейера из входного отверстия (не показано) спустя примерно два часа. Пробы проверяют соответствующим образом с помощью известного типа прибора для измерения pH или измерительного прибора известного типа с целью обеспечения его на или выше заданного желаемого уровня в пределах 12.

Кран 15, который позволяет при желании добавлять воду для реакции. Краны могут быть размещены вдоль конвейера, если желательно, но здесь это не показано.

Определенные модификации или изменения могут быть подсказаны специалистами, не выходя за объем и сущность изобретения.

Формула изобретения

1. Способ обработки отходов, включающий их смешение с реагентом до достижения pH 12 и подачу дополнительного тепла, отличающийся тем, что обезвоженный отстой смешивают с реагентом, содержащим окись кальция или карбонат кальция, отстой выдерживают при pH 12 в течение по меньшей мере 2 ч при подъеме температуры смеси до заданного уровня в закрытой камере в течение заданного промежутка времени.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отстой дополнительно выдерживают в закрытой камере при pH не менее 11,5 в течение по меньшей мере 22 ч.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отстой выдерживают в закрытой камере при температуре не менее 70^oC в течение по крайней мере 0,5 ч.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве реагента используют известь или доломитовую известь.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадию смешения дополнительно подают воду.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед смешением отстой дополнительно нагревают.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительное тепло подают в отстой в камере.

8. Устройство для обработки отходов, содержащее камеру для смешивания обезвоженного отстоя с добавкой из оксида кальция и карбоната кальция для образования и выделения тепла и средство для смешивания, отличающееся тем, что оно снабжено средством для регулирования заданного уровня pH отстоя, средством для поддержания основного количества тепла в камере и средством для подачи дополнительного тепла в отстой.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно снабжено средством для добавки воды в средство для смешивания.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно снабжено средством для контроля температуры отстоя.

11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что средство для смешивания выполнено в виде шнекового конвейера.

12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что средство для смешивания выполнено в виде шнекового скребкового конвейера.

13. Устройство по п.8, отличающееся тем, что средство для подачи дополнительного тепла соединено со средством для смешивания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2