Способ обработки сброженного осадка
Изобретение относится к способу обработки осадка, образующегося на очистных сооружениях для сточных вод. Осадок, содержащий органические вещества, двухвалентное железо и фосфор, обрабатывают при 0-100°С кислотой при рН 1-5 для растворения двухвалентного железа и фосфора из осадка. Молярное отношение железа к фосфору в осадке после растворения выше, чем 1:1. В осадок добавляют окислитель, выбранный из пероксида водорода и персоединений, двухвалентное железо при этом окисляется по реакции Фентона (Fenton) до трехвалентного железа. Трехвалентное железо осаждается в виде фосфата трехвалентного железа, в процессе протекания реакции Фентона образуются свободные радикалы с деодорирующим и дезинфицирующим эффектом, затем осадок обезвоживают при рН самое большое 7, и водный раствор, полученный при обезвоживании, направляют на рециркуляцию в процесс очистки сточных вод. Технический эффект - снижение объема осадка, снижение его водоотдачи. 13 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу обработки осадка. В частности, изобретение относится к способу обработки, при очистке сточных вод, осадка, образующегося на очистных сооружениях для сточных вод. Изобретение особенно целесообразно для использования при обработке осадка на очистных сооружениях по очистке коммунально-бытовых сточных вод и поэтому далее будет рассмотрено с ссылкой на него. Однако изобретение не ограничивается обработкой осадка с очистных сооружений для коммунально-бытовых сточных вод, оно также применимо к обработке осадков очистных сооружений других типов, таких как очистные сооружения для промышленных сточных вод.
Предыстория создания изобретения
Воду, которую очищают на очистных сооружениях для коммунально-бытовых сточных вод, собирают из многочисленных источников ее. Она обычно содержит объединенные потоки бытовых стоков, поверхностных вод, частично очищенных промышленных стоков и дождевой воды. При очистке сточных вод первые большие предметы, попавшие в сточную воду, удаляют. Кроме того, удаляют частицы и гравий и в завершение всего органические загрязнения, металлы и питательные соли, такие как соединения азота и фосфора.
Обычная очистка сточных вод в Швеции включает механическую, биологическую и химическую очистку воды. На решетке отделяют самые грубые загрязнения, после чего песок и более тяжелые частицы осаждают на первой стадии осаждения, называемой песколовкой, прежде чем начнется химическая и/или биологическая очистка.
Сегодняшние шведские предприятия по очистке сточных вод предусматривают широкую биологическую и химическую очистку. Соли алюминия и железа используют для осаждения фосфатов. Они могут быть добавлены перед или после процесса биологической очистки (преосаждения, одновременного осаждения и постосаждения соответственно). При обоих видах обработки воды - химической и биологической - образуется осадок, который оседает и который требует особой обработки.
Образовавшиеся на различных процессах осаждения осадки обычно собирают на включенном в технологическую схему очистном сооружении. Он обычно является первичным осадком (механическим осадком), вторичным осадком (биологическим избыточным осадком) и третичным осадком (химическим осадком). Продукты осаждения на первичных решетках и песколовках обычно не входят в собранный таким образом осадок. Объединенный осадок слегка сгущают дополнительным отстаиванием, а затем закачивают в автоклав. В автоклавах осадочную смесь обрабатывают в анаэробных условиях с расщеплением органических загрязнений и образованием уменьшенного количества осадка, называемого сброженным осадком.
При очистке сточных вод, которая описана выше, образуются большие количества сброженного осадка, требующего обработки. Сброженный осадок может быть, например, вывезен на полигон или может быть использован как удобрение. Однако вывоз сброженного осадка на полигон требует больших площадей и дорогостоящ. Использование сброженного осадка в качестве удобрения предпочтительнее, но такое использование вызывает все больше сомнений, так как осадок содержит тяжелые металлы и другие нежелательные вещества. Альтернативой вывозу на полигон и использованию в качестве удобрений является сжигание сброженного осадка. В Швеции выброс горючих отходов на мусорные свалки запрещен с 2002 года, а с 2005 года будет запрещен выброс всех органических отходов на мусорные свалки.
В свете указанного выше сброженный осадок, который подлежит сжиганию, должен иметь как можно более высокое содержание твердого вещества. Также в случае другого типа конечного хранения обезвоженного осадка, а не сжигания, может быть очень важным, помимо всех экономических параметров, снизить количество осадка путем его обезвоживания до максимально возможного количества твердого вещества. Снижение количества осадка обеспечением высокого содержания твердого вещества в сброженном осадке затруднено, и до настоящего времени это удается достичь в значительной степени только за счет комбинирования механического обезвоживания и сушки. Поэтому значительным усовершенствованием было бы легкое достижение снижения количества сброженного осадка, т.е. массы и объема таким образом сброженного осадка, который отличался бы от только обезвоживания и сушки.
Другой проблемой в процессе обработки сброженного осадка после очистки сточных вод является резкий и неприятный запах, который связан с сброженным осадком. Этот резкий запах представляет собой экологическую проблему и означает, что сооружения по производству и обработке осадков от очистки сточных вод часто должны быть расположены отдельно от других зданий. Поэтому экологическим преимуществом было бы, если бы резкий и неприятный запах от осадков удалось уменьшить или исключить.
Другая проблема состоит в том, что осадок от очистки сточных вод часто содержит патогенные бактерии, такие как сальмонелла, E.Coli и т.п. Было бы огромным преимуществом, если бы осадок был дезинфицирован, т.е. обработан так, чтобы такие патогенные бактерии были уничтожены или снижено их количество до безопасного уровня (например, ниже 10 КОЕ/мл осадка при содержании твердого вещества 1-5%. «КОЕ» = колониеобразующих единиц).
Еще одна проблема состоит в том, что осадок от очистки сточных вод в большинстве случаев является липким и труден в обращении с ним и при обезвоживании. Было бы огромным преимуществом, если бы осадок был не таким липким и был бы прост в обращении и при обезвоживании.
Известны различные способы обработки осадков от очистки сточных вод, и в качестве примера можно упомянуть WO 95/06004, который опубликован 2 марта 1995 года, и WO 96/20894, который опубликован 11 июля 1996 года. Эти две ссылки относятся к обработке осадков от очистки сточных вод для извлечения фосфора и металла, например железа, под действием осаждающего химиката. Осадок может быть обработан кислотой для растворения металла и фосфорсодержащих соединений, после чего фосфор осаждают в виде фосфата трехвалентного железа, в этом случае двухвалентное железо сначала может быть превращено в трехвалентное железо окислением, например, пероксидом водорода.
В качестве другого примера можно упомянуть WO 98/41478, который был опубликован 24 сентября 1998 г. В этой ссылке раскрыт способ обработки осадка, образующегося при очистке сточных вод, в котором железо и/или алюминий из осаждающих реагентов растворяют из осадка и образующийся раствор направляют на рециркуляцию в процесс очистки сточных вод. На первой стадии осадок подвергают кислотному гидролизу. После гидролиза оставшийся осадок и гидролизную жидкость подают на вторую стадию для отделения оставшегося осадка.
Другим примером известного технического решения, относящегося к обработке осадков, является Европейский патент 0832853. Эта ссылка относится к способу удаления нежелательного запаха от осадка биологической очистки сточных вод и улучшения водоотдачи осадка. В этом способе осадок при рН 2-6 смешивают с солью железа (II) и пероксидом водорода. рН регулируют с помощью кислоты, такой как серная кислота, которую подходящим образом смешивают одновременно с солью железа (II). Возникает экзотермическая реакция, которая начинается при температуре реакционной смеси 10-38°С без необходимости подвода тепла.
Еще одним примером известного технического решения, касающегося обработки осадков, является патент США 6368511, который раскрывает способ улучшения процесса обезвоживания осадка. В этом способе осадок подвергают кислотному окислительному предварительному кондиционированию при рН ниже 5. Кислотную обработку проводят с помощью соляной кислоты для предотвращения возникновения последующих проблем, связанных с осаждением гипса, которое имеет место в случае кислотной обработки с использованием серной кислоты. В процессе предварительного кондиционирования добавляют ионы двухвалентного железа и пероксид водорода c образованием, таким образом, реагента Фентона (Fenton), который вызывает частичный окислительный распад органических компонентов осадка. Затем проводят неорганическое посткондиционирование, смешивая осадок стадии предварительного кондиционирования с оксидами щелочноземельных металлов, такими как гидроксид кальция, чтобы повысить рН до 9-11. Затем осадок обезвоживают.
Journal of Hazardous Materials B98 (2003) 33-50 опубликовал обзор по реакции Фентона "A Review of Classic Fenton's Peroxidation as an Advanced Oxidation Technique". В нем также описано использование его для улучшения водоотдачи осадка сточных вод. Однако не описано никакой конкретной кислотной обработки осадка, как и не указано содержание фосфора в осадке или, что он выпадает в осадок в виде фосфата трехвалентного железа.
Journal of Hazardous Materials B98 (2003), 911-106 "Pilot-Scale Peroxidation (H2O2) of Sewage Sludge" описывает обработку осадка сточных вод по реакции Фентона (Fenton) на опытной установке с целью улучшения водоотдачи. Согласно этой статье оптимальными условиями являются рН 3, добавление 5-50 г Н2О2/кг твердого вещества, 1,67 Fe2+/кг твердого вещества при комнатной температуре и давлении в течение 60-90 мин. После реакции проводят нейтрализацию добавлением гидроксида кальция. Специальная кислотная обработка осадка не описана. Также не указано, что фосфорсодержащий компонент осадка осаждается в виде фосфата трехвалентного железа. Вместо этого, очевидно, что растворение фосфора в водной фазе увеличивается, а также значительно увеличивается растворение азота.
Реферативный журнал по патентам Японии (Patent Abstracts of Japan, vol. 006, № 063) и патент Японии 57004299 (EBARA INFILCO CO LTD), 1982, описывают способ обработки осадка от очистки сточных вод, при котором сначала к осадку добавляют окислитель, такой как пероксид водорода, и диссоциирующее с образованием иона металла соединение, такое как сульфат железа (II). Затем осадок обрабатывают в кислотных условиях, например, серной кислотой, после чего обработанный осадок обезвоживают.
WO 03/045851, который опубликован 5 июня 2003, раскрывает способ обработки осадка от очистки сточных вод, осадок обрабатывают кислотой в две стадии и обрабатывают раствором соли железа (III) и пероксидом водорода в количестве 5-40 кг Fe/тонна сухого осадка и соответственно 5-40 кг Н2О2/тонна сухого осадка. Осадок флокулируют добавлением органического полимера, после чего флокулированный осадок обезвоживают.
WO 03/045852, опубликованный 5 июня 2003, включает такой же способ, что и WO 03/045851, за исключением того, что обработка кислотой предпочтительно происходит на одной и той же стадии.
Задачей настоящего изобретения является способ обработки осадка от очистки сточных вод, позволяющий легко и эффективно снизить количество его, т.е. его массу и/или объем.
Другой задачей настоящего изобретения является способ обработки осадка, при котором осадок деодорируется, т.е. исчезает резкий и неприятный запах осадка.
Еще одной задачей настоящего изобретения является способ обработки осадка, при котором осадок дезинфицируется.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является способ обработки осадка, который позволяет получить осадок с улучшенной водоотдачей, т.е. осадок, который легче и/или быстрее обезвоживается.
Краткое изложение существа изобретения
Согласно настоящему изобретению вышеназванные цели достигаются в случае осадка, который содержит органические загрязнения, двухвалентное железо и фосфор и сначала подвергается обработке кислотой. Затем осадок подвергают окислительной обработке, при которой происходит выпадение в осадок фосфата трехвалентного железа. Кроме того, осадок окисляется согласно реакции Фентона (Fenton) с расщеплением органических веществ, деодорированием и обеззараживанием. После окислительной обработки осадок обезвоживают.
В частности, согласно настоящему изобретению разработан способ обработки, в процессе очистки сточных вод, осадка, содержащего органические вещества, двухвалентное железо и фосфор, в котором
осадок обрабатывают при 0-100°С кислотой при рН 1-5 для растворения двухвалентного железа и фосфора из осадка,
в осадок добавляют окислитель, выбранный из пероксида водорода и персоединений, двухвалентное железо при этом окисляется по реакции Фентона (Fenton) до трехвалентного железа, и
(i) трехвалентное железо выпадает в осадок в виде фосфата трехвалентного железа,
(ii) образуются свободные радикалы с деодорирующим и дезинфицирующим эффектом по реакции Фентона (Fenton),
затем осадок обезвоживают при рН самое большое 7 и
водный раствор, полученный при обезвоживании, направляют на рециркуляцию в процесс очистки сточных вод,
отличающийся тем, что
осадок, который обрабатывают, получают так, что он содержит растворенное железо и фосфор в молярном отношении Fe:P выше 1:1.
Дополнительные отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из следующего далее описания и прилагаемой формулы изобретения.
Краткое описание чертежа
На прилагаемом чертеже дана схема диаграммы течения способа согласно изобретению для обработки осадка, включающей обработку кислотой, окислительную обработку и обезвоживание осадка.
Подробное описание изобретения
В способе согласно изобретению осадок предпочтительно представляет собой осадок сточных вод с очистных сооружений для коммунально-бытовых сточных вод и более предпочтительно - сброженный осадок, и поэтому изобретение будет рассмотрено ниже со ссылкой на обработку сброженного осадка, однако без ограничения объема притязаний изобретения.
В способе согласно изобретению сброженный осадок сначала подвергают обработке кислотой при рН 1-5, предпочтительно 1-4, более предпочтительно 2-4, особенно предпочтительно 3-4. При обработке кислотой осадок должен иметь подходящее содержание твердого вещества, например 1-6% мас., такое как 1-3% мас., и если это не так, то желательное содержание твердого вещества перед обработкой кислотой подходящим образом обеспечивают растворением осадка или обезвоживанием, по требованию.
Чтобы достичь желаемой величины рН при обработке кислотой к осадку добавляют кислоту. Эта кислота может быть выбрана из неорганических и органических кислот. В качестве примеров таких кислот можно упомянуть серную кислоту, муравьиную кислоту и щавелевую кислоту. По экономическим соображениям, например, предпочтительно использовать серную кислоту.
Обработку кислотой можно осуществлять в одном или нескольких реакторах, соединенных последовательно. Обработка кислотой протекает в температурном интервале от 0°С до 100°С, предпочтительно 20-100°С. При использовании низкой температуры, такой как температура окружающей среды, обработка кислотой дает то преимущество, что для ее проведения не требуется нагрев или требуется незначительное нагревание. Дополнительное преимущество использования низкой температуры заключается в том, что предотвращается нежелательное растворение азота из органических веществ в сброженном осадке. Растворение азота, которое происходит при высокотемпературной обработке кислотой, такой как выше 100°С, вызывает повышенное содержание азота в фильтрате, полученном при обезвоживании обработанного сброженного осадка. Поскольку фильтрат рециркулирует в процессе очистки сточных вод, это может привести к повышенному содержанию азота в системе очистки сточных вод и соответствующим требованиям по снижению азота, что приведет к удорожанию процесса очистки сточных вод. Поскольку способ согласно изобретению не вызывает или вызывает незначительное растворение азота, это означает, что необходимость в снижении азота в процессе очистки сточных вод уменьшается или совсем исключается, что, в свою очередь, означает снижение затрат.
Продолжительность обработки кислотой не является критическим параметром, но предпочтительно, чтобы осадок подвергался обработке кислотой в течение промежутка времени от 10 мин до 2 ч.
Обработка кислотой вызывает растворение неорганических веществ. Таким образом, фосфор и железо растворяются из осадка, и в этом случае железо, которое вероятнее всего присутствует в виде трехвалентного железа, восстанавливается до двухвалентного состояния. Помимо всего из осадка растворяется неорганический фосфор. При обработке кислотой также происходит некоторое превращение органических веществ в, например, диоксид углерода, который выделяется в газообразной форме. При низкой величине рН и/или высокой температуре может иметь место также некоторое растворение органического фосфора.
Одно из условий в настоящем изобретении заключается в том, что сброженный осадок содержит железо и фосфор. Обычно это значит, что сброженный осадок получен очисткой сточных вод с использованием соединений железа в качестве осадителей. Важной отличительной особенностью изобретения также является молярное отношение железа к фосфору в осадке поле растворения. Так, содержание железа в осадке должно быть достаточным для осаждения всего количества растворенного в осадке фосфора, а также достаточным для осуществления реакции Фентона при добавлении окислителя к осадку, обработанному кислотой. Кроме того, может оказаться желательным иметь избыток железа, которое после окисления до трехвалентного состояния рециркулирует в процесс очистки сточных вод и используется в качестве осадителя. Железо, содержащееся в сброженном осадке, поступающем на обработку, находится преимущественно в виде двухвалентного железа или превращается в таковое при обработке кислотой. При добавлении окислителя двухвалентное железо окисляется до трехвалентного. Железо, которое окисляется из двухвалентного состояния в трехвалентное, используется, с одной стороны, для осаждения содержащегося в осадке растворенного фосфора в виде фосфата трехвалентного железа и, с другой стороны, в реакции Фентона, при которой двухвалентное железо окисляется окислителем, таким как пероксид водорода, до трехвалентного железа, с одновременным выделением гидроксильных ионов и гидроксильных радикалов согласно схеме реакции
H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH- + OH.
Любой избыток как окисленного Fe3+, так и Fe2+ может быть направлен на рециркуляцию в процесс очистки сточных вод для использования в качестве осадителя.
Вышеизложенное означает, что молярное отношение растворенного железа Fe к фосфору P в способе согласно изобретению должно быть больше 1:1, таким как, по меньшей мере, 1,5:1, например примерно 2:1. Предпочтительно молярное отношение Fe:P составляет от примерно 1:1 до 2:1, предпочтительно от примерно 1:1 до 1,5:1. Это приводит к избытку трехвалентного железа, рециркулирующего в процессе очистки сточных вод.
Касательно добавления окислителя и окисления двухвалентного железа до трехвалентного, содержащийся в осадке растворенный фосфор осаждается в виде фосфата трехвалентного железа. Содержащийся в виде фосфата железа фосфор будет входить в состав окончательного обработанного осадка.
Если содержание железа в исходном осадке недостаточно для обеспечения, помимо осаждения растворенного фосфора, содержащегося в осадке, протекания реакции Фентона, а также возможного образования избытка железа для рециркуляции в процесс очистки сточных вод, может быть добавлено дополнительное количество железа в осадок при обработке кислотой и/или добавлении окислителя. Это дополнительное железо предпочтительно добавляют в виде двухвалентного железа, например в виде сульфата железа.
Окислитель, который добавляют при осуществлении изобретения, выбирают из пероксида водорода и соединений, которые в контакте с окисляемым веществом образуют пероксид водорода. В частности, окислитель выбирают из пероксида водорода и персоединений. Примерами предпочтительных персоединений являются перкарбонат натрия и перуксусная кислота. Также могут быть использованы комбинации двух или нескольких окислителей. Особенно предпочтительно использовать пероксид водорода обычно в виде водного раствора при содержании пероксида водорода 30-50% мас., более предпочтительно 30% мас. Количество добавленного окислителя не является критическим параметром, но должно быть таковым, чтобы обеспечить эффективное протекание реакции Фентона и окисление осадка, а также его деодорирование и дезинфекцию. Использование пероксида водорода в качестве окислителя означает, что добавляют предпочтительно 10-100 кг, более предпочтительно 30-60 кг, пероксида водорода на тонну твердого вещества осадка, пероксид водорода взят из расчета на 100% пероксида водорода.
Согласно описанной выше реакции Фентона молярное отношение железа к пероксиду водорода является эквимолярным, но предпочтительно иметь избыток перокида водорода (окислителя), так чтобы молярное отношение железо:окислитель составляло от примерно 0,01:1 до примерно 1:1, более предпочтительно от примерно 0,1:1 до 1:2.
Обработка окислителем согласно настоящему изобретению предпочтительно протекает при рН осадка после обработки кислотой. Продолжительность обработки окислителем предпочтительно составляет от примерно 1 мин до 1,5 ч, более предпочтительно от 5 мин до 1 ч. Обработка окислителем предпочтительно протекает при температуре осадка после обработки кислотой, например 10-40°С.
Помимо окисления двухвалентного железа до трехвалентного железа добавление окислителя вызывает окисление органических веществ до, например, диоксида углерода, который выделяется в газообразной форме. Кроме того, деодорирование осадка достигается действием гидроксильных радикалов, образованных в реакции Фентона. Это деодорирование эффективно и вызывает образование осадка, чей запах меньше или практически отсутствует, что свидетельствует о существенном экологическом преимуществе. Кроме того, добавление окислителя вызывает дезинфицирование осадка и, таким образом, снижение количества или исключение содержания патогенных бактерий.
Дополнительное преимущество изобретения состоит в хорошей фильтруемости осадка при обезвоживании. Причина этого не совсем ясна, но помимо эффекта от кислотной обработки и окислительной обработки осадка, вероятно, связана с благоприятным действием фосфата трехвалентного железа, выпадающего в осадок при окислении. Высказано предположение, что причиной этого является тот факт, что выпавший в осадок фосфат трехвалентного железа, благодаря размеру своих частиц и структуре, оказывает благоприятное воздействие в качестве добавки, облегчающей фильтрование при обезвоживании. Таким образом, в настоящем изобретении отмечено, что вместо липкого осадка, который чрезвычайно трудно обезвоживать известными методами, в соответствии с настоящим изобретением образуется осадок, который легко обезвоживается, с образованием разрыхленногоне липкого продукта, который может легко самостоятельно высыхать при температуре окружающего воздуха.
После обработки окислителем осадок обезвоживают. Обезвоживание предпочтительно протекает при том же значении рН, при котором осадок обрабатывают окислителем, т.е. при рН 1-5. Необязательно может быть осуществлено некоторое регулирование величины рН осадка, чтобы нейтрализовать его, например, до рН примерно 7, но специальная щелочная обработка осадка, чтобы повысить щелочность среды, не осуществляется в соответствии с настоящим изобретением. Это значит, что рН осадка при обезвоживании в соответствии с настоящим изобретением составляет самое большее 7.
Обезвоживание может происходить в одну стадию, но предпочтительно оно разделено на предварительное обезвоживание и окончательное обезвоживание. Предварительное обезвоживание протекает предпочтительно в механическом устройстве для предварительного обезвоживания, таком как центрифуга или ротационная решетка. Кроме того, окончательное обезвоживание (которое может представлять единственное обезвоживание, если исключена стадия предварительного обезвоживания) представляет собой процесс механического обезвоживания. Конечное обезвоживание предпочтительно протекает в центрифуге, шнековом прессе, камерном фильтровальном прессе или ленточном фильтровальном прессе.
В настоящем изобретении неожиданно установлено, что обработанный осадок может быть обезвожен механическим обезвоживанием до высокого содержания сухого вещества, такого как, по меньшей мере, 30% мас., предпочтительно, по меньшей мере, 35% мас., более предпочтительно 40-60% мас., особенно предпочтительно 40-50% мас. Механическое обезвоживание происходит, как упоминалось выше, например, в центрифуге, шнековом прессе или ленточном фильтровальном прессе, более предпочтительно в шнековом прессе или ленточном фильтровальном прессе. Можно считать неожиданным, что такие простые устройства позволяют обеспечивать обезвоживание так эффективно. В экспериментах с осадком, не обработанным кислотой и окислителем, прессование в шнековом прессе в действительности приводит к получению содержания твердого вещества только 28% мас. Очевидно, что комбинация кислотной обработки и последующей обработки окислителем и последующее выпадение в осадок фосфата трехвалентного железа приводят к обезвоживанию осадка, неожиданно оказывающемуся более эффективным, так что достигается содержание твердого вещества, по меньшей мере, 30% мас., предпочтительно 35% мас.
Чтобы ускорить механическое обезвоживание и сделать его более эффективным, предпочтительно, чтобы обезвоживание протекало в присутствии обезвоживающего агента. Такие обезвоживающие агенты известны и, подходящим образом, состоят из осадителей, которые могут быть неионогенного или ионного типа, например полиэлектролит анионного и катионного типа.
Если использован обезвоживающий агент, то его предпочтительно добавляют перед обезвоживанием, таким как предварительное обезвоживание. После проведения предварительного обезвоживания проводят окончательное обезвоживание, которое предпочтительно протекает в шнековом прессе или ленточном фильтровальном прессе.
Далее изобретение будет дополнительно пояснено при рассмотрении прилагаемого чертежа.
Как указано выше, на чертеже дана схема диаграммы течения способа согласно изобретению.
Как отмечено стрелкой 1 в крайнем левом положении на чертеже, сточные воды подают на очистное сооружение, такое как очистное сооружение коммунально-бытовых сточных вод 2, на котором происходит очистка сточных вод таким образом, как описано выше. При очистке образованный осадок поступает в камеру для сбраживания (не показана) для сбраживания осадка. Из камеры сбраживания сброженный осадок 3 поступает в реактор 4. Содержание твердого вещества в сброженном осадке обычно составляет 1-6% мас., но при желании осадок может быть уплотнен перед подачей в реактор 4, например, с использованием центрифуги. После поступления в реактор сброженный осадок подвергают обработке кислотой, как рассмотрено выше. Эта кислотная обработка протекает, как указано выше, в одном или нескольких реакторах, соединенных последовательно, при рН 1-5, предпочтительно 1-4, при температуре 0-100°С, предпочтительно 20-100°С, и в течение промежутка времени от 10 мин до 2 часов. Как упомянуто выше, при обработке кислотой происходит превращение некоторой части органических веществ, например, в диоксид углерода, который выделяется в газообразной форме.
Обработанный кислотой осадок затем обрабатывают окислителем.
После обработки кислотой осадок подают в следующий реактор 5, в котором к осадку добавляют окислитель, предпочтительно пероксид водорода.При окислительной обработке растворенное двухвалентное железо в осадке окисляется до трехвалентного железа и вместе с растворенным в осадке фосфорсодержашим веществом образует фосфат трехвалентного железа, который выпадает в осадок. При окислительной обработке окислитель взаимодействует с двухвалентным железом в осадке по вышеописанной реакции Фентона (Fenton). Если осадок содержит недостаточное количество двухвалентного железа, то может быть добавлено дополнительное количество двухвалентного железа (не показано) при окислительной обработке в реакторе 5.
Окислительную обработку в реакторе 5 предпочтительно проводят без наружного нагревания, т.е. при температуре окружающей среды. Поскольку реакция Фентона (Fenton) экзотермическая, это означает, что температура реакционной смеси обычно составляет величину в интервале примерно 10-40°С. Продолжительность окислительной обработки может меняться, но предпочтительно составляет от примерно 1 мин до 1,5 ч, более предпочтительно от 5 мин до 1 ч.
После обработки окислителем, при которой осадок деодорируется и дезинфицируется, а органические вещества расщепляются до диоксида углерода, к осадку 6 добавляют обезвоживающий агент 7.
Затем осадок поступает в устройство 8 предварительного обезвоживания, которым предпочтительно является ротационная решетка, для того, чтобы уплотнить осадок до содержания твердого вещества примерно 10-20% мас., предпочтительно примерно 14-16% мас., что является подходящим для подачи уплотненного осадка 9 в последующее устройство 10 окончательного обезвоживания, которым предпочтительно является шнековый пресс. В шнековом прессе 10 осадок механически обезвоживается предпочтительно под давлением 1,5-5,0 МПа до содержания твердого вещества, по меньшей мере, 35% мас., предпочтительно 40-60% мас. Прессованный осадок 11 выводят из пресса 10 в виде легко извлекаемого, не липкого порошка, который затем сушат, например, воздушной сушкой, чтобы дополнительно увеличить содержание твердого вещества и/или подают в муфельную печь (не показана) для сжигания до пепла. Вместо сжигания прессованный осадок 11 может быть утилизован тем или иным образом, например вывезен на полигон или компостирован.
Следующие примеры поясняют изобретение, однако, без ограничения объема его притязаний.
Пример 1
Сброженный осадок подвергают согласно изобретению обработке кислотой, обработке окислителем (перксидом водорода) и обезвоживанию. Обработку осуществляют при различных температурах. Затем определяют содержание следующих бактерий: а) coliform 37°C, b) термоустойчивая coliform, c) presumptive Escherichia coli, d) Clostridium perifringens и e) сальмонелла.
Параллельно те же измерения проводят на образце того же сброженного осадка, который не был обработан согласно настоящему изобретению, но только был нагрет до 70°С в течение 30 мин при рН 6,85. Кроме того, содержание бактерий определяют в холостом образце сброженного осадка, т.е. образце, который совсем не был подвергнут никакой обработке. Результаты представлены в таблице 1. В таблице даны обозначения образца в кг 100%-ного пероксида водорода/темп.°С для 30 мин/рН. Величины в таблице относятся к числу колониеобразующих единиц на мл осадка, имеющего содержание твердого вещества 2,5% (КОЕ/мл).
| Таблица 1 | |||||
| Обозначение образца | Coliform 37°C | Термоуст. Colif. | E. coli | C. perfringens | Сальмонелла |
| 0-образец | 910 | 520 | 520 | 21000 | Положительный* |
| 0/70/6,85 | <10 | <10 | <10 | 510000 | Отрицательный |
| 40/30/3,5 | <10 | <10 | <10 | 41000 | Отрицательный |
| 70/45/2,75 | <10 | <10 | <10 | 22000 | Отрицательный |
| 100/30/3,5 | <10 | <10 | <10 | 5700 | Отрицательный |
| *Salmonella Agona |
Как видно из представленных результатов, обработка согласно изобретению обладает благоприятным дезинфицирующим действием. В частности, может быть отмечено благоприятное действие обработки с использованием пероксида водорода на Clostridium perfringens. Кроме того, сальмонелла исчезла из всех образцов, обработанных согласно изобретению.
Пример 2
Содержание твердого вещества (TS=сухое твердое вещество) из двух устройств по обезвоживанию сравнивают, с одной стороны, после обработки согласно изобретению кислотой и обработкой окислителем (пероксидом водорода) и, с другой стороны, без осуществления обработки согласно изобретению.
Осадок (сброженный осадок) содержит на входе на стадию обработки кислотой и на входе в обезвоживающее устройство 3% TS, флоккулированного полимером. Обезвоживающие устройства включают центрифугу, в которой осадок имеет время удерживания менее 1 мин, и после этого шнековый пресс, которому предшествует барабан для обезвоживания. В шнековом прессе создается давление 50 бар и время удерживания осадка в шнековом прессе составляет 15-30 мин. В барабане для обезвоживания осадок обезвоживается до содержания TS 10-15%, а затем поступает в шнековый пресс, содержание TS при этом еще больше повышается. Результаты представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||
| содержание TS | Центрифуга | Шнековый пресс | |
| Необработанный | H2SO4: 360 кг/тонна TS H2O2: 30 кг/тонна TS Температура: 70°C | Необработанный | H2SO4: 350 кг/тонна TS H2O2: 50 кг/тонна TS Температура: 70°C |
| 18% | 29% | невозможно | 40% |
Как видно из представленных результатов, обработка согласно изобретению оказывает благоприятное воздействие, в частности, когда использован шнековый пресс.
Пример 3
Сброженный осадок подвергают обработке согласно изобретению - обработке кислотой, обработке окислителем (пероксидом водорода) и обезвоживанию с использованием шнекового пресса. Следующие результаты получены при различных температурах.
| Таблица 3 | |||
| Температура (°C) | Пероксид водорода (г/кг TS) | pH | Сухое твердое вещество после обезвоживания (%) |
| 25 | 100 | 3,6 | 37 |
| 30 | 100 | 3 | 39 |
| 70 | 100 | 3,5 | 47 |
Как видно из представленных результатов, обработка согласно изобретению обеспечивает очевидно увеличенное содержание TS с повышением температуры.
Пример 4
Провели эксперименты, моделирующие непрерывный процесс, в которых загрузки составили 20 л и 60 л. Сброженный осадок подвергли обработке кислотой и водную фазу отделили от твердого вещества. Водная фаза имела рН 3-4, и жидкость непрерывно обрабатывали пероксидом водорода для окисления двухвалентного железа в трехвалентное железо и последующего выпадения в осадок фосфата трехвалентного железа. Исследовали новый осадок и созревший осадок (2 недели).
| Таблица 4 | ||||
| Продолжительность обработки (ч) | Размер частиц (мкм) | |||
| Новый осадок, 20 л | Новый осадок, 60 л | Созревший осадок, 20 л | Созревший осадок, 60 л | |
| 0 | 4,21 | 9,21 | 7,14 | 7,48 |
| 0,5 | 5,80 | 6,56 | 5,81 | 5,35 |
| 1 | 11,26 | 7,72 | 11,14 | 7,77 |
| 2 | 18,40 | 12,39 | 17,96 | 11,71 |
| 3 | 20,19 | 16,73 | 20,36 | 16,26 |
| 4 | 18,72 | 18,95 | 20,59 | 21,31 |
| 5 | 20,64 | 19,64 | 20,29 | 19,90 |
| 6 | 20,61 | 20,12 | 19,96 | 20,43 |
Как видно из представленных результатов, обработка согласно изобретению в стационарном состоянии приводит к образованию частиц фосфата трехвалентного железа, имеющих средний размер 20 мкм. Эти частицы ускоряют улучшенный процесс обезвоживания, действуя как совместно полученный агент, облегчающий фильтрование.
Изобретение описано выше со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления, но следует понимать, что они лишь пояснительные, а объем притязаний изобретения ограничен только прилагаемой формулой изобретения.
1. Способ обработки при очистке сточных вод осадка, содержащего органические вещества, двухвалентное железо и фосфор, в котором осадок обрабатывают при 0-100°С кислотой для растворения двухвалентного железа и фосфора из осадка, в осадок добавляют окислитель, выбранный из пероксида водорода и персоединений, двухвалентное железо при этом окисляется по реакции Фентона (Fenton) до трехвалентного железа, и (i) трехвалентное железо осаждается в виде фосфата трехвалентного железа, (ii) в процессе протекания реакции Фентона (Fenton) образуются свободные радикалы с деодорирующим и дезинфицирующим эффектом, затем осадок обезвоживают при рН самое большое 7, и водный раствор, полученный при обезвоживании, направляют на рециркуляцию в процесс очистки сточных вод, отличающийся тем, что обрабатываемый осадок получают таким образом, что он содержит растворенное железо и фосфор в молярном отношении Fe:P выше 1:1.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осадок обрабатывают кислотой до достижения рН 1-5.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что осадок подвергают кислотной обработке серной кислотой, муравьиной кислотой или щавелевой кислотой.
4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что осадок подвергают кислотной обработке в течение промежутка времени от 10 мин до 2 ч.
5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что обрабатываемый осадок получен таким образом, что он содержит железо и фосфор в молярном отношении Fe:P от более 1:1 до 1,5:1.
6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в осадок добавлено дополнительное количество двухвалентного железа перед введением окислителя.
7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что окислитель выбран, по меньшей мере, из пероксида водорода, перкарбоната натрия и перуксусной кислоты.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что окислителем является пероксид водорода.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в осадок добавлен пероксид водорода в качестве окислителя в количестве 10-100 кг, предпочтительно 30-60 кг, в расчете на 100% пероксида водорода на тонну сухого вещества.
10. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что перед обезвоживанием в осадок добавляют обезвоживающий агент.
11. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что осадок обезвоживают на центрифуге или ротационной решетке.
12. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что осадок окончательно обезвоживают на центрифуге, шнековом прессе, камерном фильтровальном прессе или ленточном фильтровальном прессе.
13. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что осадок обезвоживают до содержания твердого вещества, по меньшей мере, 30 мас.%.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что осадок обезвоживают до содержания твердого вещества 35-60 мас.%.
