Способ получения жидкого бессернистого органического топлива

 

Изобретение относится к способу получения жидкого бессернистого органического топлива из отходов, образующихся после очистки промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод. Способ осуществляют путем предварительного уплотнения смеси суспензии осадка первичных отстойников, являющегося отходом процесса очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод, суспензии избыточного активного ила, являющегося отходом после биологической очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Полученные продукты обрабатывают коагулянтом, обезвоживают до концентрации 10-30 мас. % и подвергают гидролизу. Полученный гидролизат отделяют от нерастворившейся части осадка и упаривают до концентрации 65-80 мас. % с получением целевого продукта. Способ позволяет создать высокоэкономичную практически безотходную технологию получения жидкого бессернистого органического топлива с высокой теплотворной способностью, при сжигании которого образуется минимальное количество диоксинов, а также полностью утилизировать осадок первичных отстойников и избыточный активный ил после биологической очистки стоков. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу получения жидкого бессернистого органического топлива из отходов, образующихся после очистки промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод.

Существует целый ряд способов переработки отходов, образующихся после очистки бытовых и промышленных сточных вод, в органическое топливо.

Известен способ получения твердого органического топлива путем смешивания частично обезвоженного ила сточных вод с угольной мелочью с последующим его полным обезвоживанием центрифугированием или фильтрованием (GB 1465869, C 10 L 5/46, 1977).

Известен способ получения органического топлива путем компостирования твердых органических отходов с осадком, образующимся после очистки сточных вод, и последующим смешиванием с нефтяным маслом или твердым топливом (GB, 1551019, 1551020, C 10 L 5/46, 1979).

Известен способ переработки промышленных и бытовых сточных вод в твердое органическое топливо, согласно которому предварительно размельченный уголь загружают в флотационную камеру вместе со сточными водами, содержащими органические вещества. Образующиеся в верхней части камеры хлопья, содержащие уголь, выгружают и подвергают полному обезвоживанию (GB 2162196, C 10 L 5/46, 1986).

Известен способ переработки бытовых сточных вод в жидкое органическое топливо нагреванием под давлением без доступа воздуха в присутствии моноокиси углерода и воды (США 3733255, C 10 B 57/00, 1970).

Недостатки перечисленных выше способов заключаются в значительных капитальных и эксплуатационных затратах на специальное оборудование, в необходимости дополнительного расходования нефтяного или твердого топлива, а также во вторичном загрязнении окружающей среды отходами после сжигания топлива в виде неутилизируемой золы и дымовых газов, содержащих токсичные вещества.

Наиболее близким к предложенному является известный способ получения жидкого органического топлива путем частичного пиролиза шлама, образующегося после очистки сточных вод, с образованием газов, которые с помощью конденсирующего оборудования разделяют на жидкую конденсатную фазу и газовую фазу. Полученную жидкую фазу разделяют на водный и органический слои. Водный слой перегоняют для отделения растворенных в нем органических веществ и объединяют отгон этих веществ с органическим слоем, который используют в качестве топлива (США 4344770, C 10 L 1/00, 1982).

Существенными недостатками известного способа являются высокая энергоемкость процесса, значительные капитальные затраты на специальное оборудование, невысокая теплотворная способность топлива и образование значительных количеств вторичных отходов в виде золы, шлаков и дымовых выбросов, содержащих токсичные вещества, в частности наличие диоксинов в дымовых газах.

Предложенное изобретение направлено на создание высокоэкономичного способа получения жидкого бессернистого органического топлива, соответствующего экологическим нормам на содержание токсичных веществ в отходах после его сжигания и имеющего высокие теплофизические характеристики.

Поставленная задача решается следующим образом. Предварительно уплотненную смесь суспензии осадка первичных отстойников, являющегося отходом процесса очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод, и суспензии избыточного активного ила, являющегося отходом после биологической очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод, обрабатывают коагулянтом, обезвоживают до концентрации 10-30 мас.% и подвергают гидролизу, полученный гидролизат отделяют от нерастворившейся части осадка и упаривают до концентрации 65-80 мас.% с получением целевого продукта.

Предложенный способ отличается от известного тем, что предусматривает использование в качестве исходного сырья предварительно уплотненной смеси суспензии осадка первичных отстойников и суспензии избыточного активного ила и проведение обработки исходного сырья путем его коагулирования, обезвоживания до концентрации 10-30 мас.% с последующим гидролизом, отделением полученного гидролизата от нерастворившейся части осадка и упариванием его до концентрации 65 - 80 мас.%.

Осадок первичных отстойников и избыточный активный ил являются неизбежными и нежелательными отходами процесса очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод и образуются следующим образом.

Городские и промышленные стоки поступают в первичные отстойники, где происходит отделение осветленной воды от первичного осадка. Далее осветленная вода поступает на биологическую очистку. Продукты биологической очистки подвергаются отстаиванию во вторичных отстойниках, где происходит отделение очищенной воды от суспензии избыточного активного ила. Далее избыточный активный ил подвергается обезвоживанию, сушке и сжиганию. При этом утилизация осадка первичных отстойников и продуктов сжигания избыточного активного ила представляет собой серьезную проблему.

Предложенное изобретение позволяет полностью решить проблему утилизации отходов системы очистки промышленных и бытовых сточных вод.

Избыточный активный ил представляет собой аморфный пастообразный осадок влажностью 99,0 - 99,9 мас.% и состоит из биоорганической части (скопление бактерий, грибов и неподвергшиеся биораспаду органические соединения), которая составляет не менее 83 мас.% на сухой остаток, и шлама, представляющего собой волокна и различные твердые частицы.

Осадок первичных отстойников имеет следующие характеристики: влажность осадка 65%; плотность осадка 1,1 т/м³; зольность осадка 10-35%, теплотворная способность 3500-4500 ккал/кг в расчете на абсолютно сухую массу; содержание органических веществ 40-80%; содержание общего азота 1,5-2,4% в расчете на сухое вещество; содержание металлов: Mn и V 10-400 мг/кг, Pb и Hg 10-20 мг/кг, Cu 200-1000 мг/кг в расчете на сухое вещество; содержание сероводорода - 10 мг/кг, фосфатов - 300-1000 мг/кг и сульфатов - 100-970 мг/кг в расчете на сухое вещество, органическая часть осадка хорошо гидролизуется в щелочах и кислотах.

В соответствии с предложенным способом предварительно уплотненную смесь суспензии осадка первичных отстойников и суспензии избыточного активного ила подвергают обработке коагулянтом, в качестве которого обычно используют любые известные в данной области реагенты, в частности известь или высокомолекулярные соединения. Далее обезвоженный до концентрации 10-30 мас.% осадок подвергают кислому или щелочному гидролизу. В качестве реагентов кислого гидолиза обычно используют минеральные кислоты (например, серную или сернистую кислоту) или сульфит натрия. Щелочной гидролиз можно проводить, например, обработкой гидроксидом натрия.

Процесс обработки уплотненной смеси осадка первичных отстойников и избыточного активного ила кислым или щелочным реагентом сопровождается гидролизом биоорганической части ила с образованием аминокислот или их натриевых солей (68 - 76 мас.% от суммарного количества органических веществ гидролизата), среди которых основное содержание приходится на валин, лейцин, норлейцин, лизин, метионин и фенилаланин, натриевых солей карбоновых кислот, таких как уксусная, пропионовая, н- и изомасляная и н- и изовалериановая (10 - 14 мас.%), а также фенольных производных (около 3 мас.%) и эфирорастворимых нейтральных веществ (5 - 10 мас.%).

Предварительная обработка смеси отходов после очистки сточных вод путем их уплотнения, коагулирования и последующего обезвоживания до концентрации 10-30 мас.% обеспечивают максимальную эффективность гидролиза, что приводит к практически полному растворению биоорганической части ила. При этом нерастворившиеся крупные волокна и твердые частицы, присутствующие в небольшом количестве в избыточном активном иле, отделяют от щелочного гидролизата в виде осадка отстаиванием.

Наиболее предпочтительно проводить гидролиз при 20-70^oC в течение не менее 15 мин с использованием реагентов в количестве 35-70 кг/т а.с.в. (абсолютно сухого вещества).

Наиболее предпочтительно подвергать обработке смесь суспензии осадка первичных отстойников и суспензии избыточного активного ила в массовом соотношении, равном 1:3 соответственно.

В предпочтительном варианте осуществления предложенного изобретения нерастворившийся осадок, полученный на стадии гидролиза, смешивают с упаренным гидролизатом и получают целевой продукт в виде топлива с повышенной теплотворной способностью. Кроме того, это позволяет практически полностью утилизировать осадок первичных отстойников и избыточный активный ил после биологической очистки стоков.

Соблюдение всех перечисленных выше условий технологического процесса получения жидкого бессернистого органического топлива приводит к тому, что при сжигании топлива время его пребывания в зоне пламени при 1000 - 1200^oC в сильно щелочной среде составляет не менее 2 с, что в свою очередь обеспечивает минимальное содержание диоксинов в дымовых газах, соответствующее самым жестким нормам, принятым в Европе.

На чертеже представлена принципиальная схема получения жидкого бессернистого органического топлива. На схеме приняты следующие обозначения: 1 - смесь суспензии осадка первичных отстойников и суспензии избыточного активного ила, 2 - илоуплотнитель, 3 - установка для приготовления коагулянта, 4 - смеситель, 5 - реактор, 6 - стол, 7 - пресс, 8 - шнек, 9 - бак-растворитель, 10 - гаситель-классификатор, 11 - отделитель взвешенных частиц, 12 - центрифуга, 13 - очищенный гидролизат, 14 - бак гидролизата, 15 - выпарная станция, 16 - бак органического топлива, 17 - содорегенерационный котлоагрегат, 18 - турбогенератор, 19 - расплав солей, 20 - электрофильтр, 21 - дымовая труба.

Способ осуществляют следующим образом. Смесь ила и осадка 1 с концентрацией 0,5-1,0 мас.% (в расчете на а.с.в.) поступает в илоуплотнитель 2, где уплотняется до концентрации 2-3 мас.% (в расчете на а.с.в.). Уплотненная смесь ила и осадка и коагулянт, поступающий из установки для приготовления коагулянта 3, поступают в смеситель 4. Смесь уплотненного ила, осадка и коагулянта через реактор подается на стол 6 пресса 7. В прессе папка обезвоживается до 10-30 мас.% (в расчете на а.с.в.). С пресса папка шнеком 8 подается в бак-растворитель золы 9, куда из гасителя классификатора 10 подается известковое молочко Ca(OH)₂, а из топки котлоагрегата стекает расплав зольного остатка топлива Na₂CO₃. Бак-растворитель 9 снабжен мешалкой и циркуляционным насосом для интенсивного перемешивания каустизационного раствора. По прохождении реакции каустизации Na₂CO₃+Ca(OH)₂=NaOH+CaCO₃ и гидролиза раствор откачивается через подогреватель в отделитель взвешенных частиц 11 от гидролизата. Осадок и непрогидролизованный остаток поступают на промывную центрифугу 12, гидролизат 13 поступает в бак гидролизата 14. Шлам из центрифуги направляется в отвал, а фугат поступает в гаситель 10 на гашение извести. Гидролизат из бака 14 подается на выпарную станцию 15 для упаривания до концентрации 65-80 мас.% и складирования в виде жидкого органического топлива в бак 16.

В предпочтительном варианте упаренный гидролизат смешивают с нерастворившимся осадком, полученным на стадии гидролиза.

Полученное жидкое органическое топливо может быть использовано следующим образом. Жидкое органическое топливо через подогреватель впрыскивается в топку содорегенерационного котлоагрегата 17. Органическая часть топлива выгорает и дает пар. Пар высокого давления поступает на турбогенератор 18 и далее на выпарную станцию 15, а также на выработку электроэнергии для бытовых нужд. Зольный остаток 19 в виде расплава натриевых солей поступает в бак-растворитель 9. Дымовые газы из топки содорегенерационного котла 17 проходят через электрофильтр 20 и выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 21. Содержание диоксинов в отходящих газах составляет 1 пкг на один кубический метр газа при нормальных условиях.

В случае проведения кислого гидролиза схема получения жидкого бессернистого органического топлива не имеет принципиальных отличий от вышеприведенной за исключением того, что обезвоженный осадок и кислый реагент подают в смеситель для проведения кислого гидролиза. Затем дальнейшую обработку продуктов гидролиза проводят так, как описано выше.

Пример. Смесь суспензии осадка первичных отстойников и суспензии избыточного активного ила, взятых в массовом соотношении 1:3, концентрации 0,5 мас.% (все массовые проценты приведены в расчете на а.с.в.) подвергают предварительному уплотнению до концентрации 3 мас.%. Затем добавляют хлорное железо в качестве коагулянта, перемешивают и из смесителя через реактор подают пресс для обезвоживания до 20 мас.%. Полученный осадок обрабатывают гидроксидом натрия в количестве 35 кг/т а.с.в. в течение 45 мин при температуре 25^oC. Затем непрогидролизованную часть осадка удаляют, а полученный щелочной гидролизат упаривают до концентрации 65 мас.% и определяют его теплотворную способность, которая составляет 4350 ккал/кг.

Предложенный способ позволяет создать высокоэкономичную практически безотходную технологию получения жидкого бессернистого органического топлива с высокой теплотворной способностью, при сжигании которого образуется минимальное количество диоксинов (1 пкг на один кубический метр газа при нормальных условиях), соответствующее самым жестким нормам, принятым в Европе (не выше 100 пкг на один кубический метр газа при нормальных условиях), а также полностью утилизировать осадок первичных отстойников и избыточный активный ил после биологической очистки стоков.

Формула изобретения

1. Способ получения жидкого бессернистого органического топлива, включающий обработку отходов после очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод, отличающийся тем, что предварительно уплотненную смесь суспензии осадка первичных отстойников и суспензии избыточного активного ила обрабатывают коагулянтом, обезвоживают до концентрации 10 - 30 мас.% и подвергают гидролизу, полученный гидролизат отделяют от нерастворившейся части осадка и упаривают до концентрации 65 - 80 мас.% с получением целевого продукта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что массовое соотношение суспензии осадка первичных отстойников и суспензии избыточного активного ила составляет 1:3.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что полученную на стадии гидролиза нерастворившуюся часть осадка смешивают с упаренным гидролизатом с получением целевого продукта.

РИСУНКИ

Рисунок 1