Способ получения удобрений из ила
Изобретение относится к способу получения удобрений из ила. В способе получения удобрений из ила ил нагревают перегретым паром для достижения гигиенизации с уничтожением патогенных микроорганизмов, причем ил нагревают до температуры от 60 до 100°C перегретым паром, представляющим собой газообразную смесь водяного пара и дымового газа от сгорания топлива, при этом перегретый пар имеет температуру от 200 до 600°C, для активизации увеличения количества растворимого углерода в иле и для повторного биохимического разложения ила путем использования непатогенных микроорганизмов, остающихся в иле после нагревания. Изобретение позволяет получать высококачественные удобрения при помощи способа, который является достаточно рентабельным в части экономии тепла. 21 з.п. ф-лы, 5 ил., 6 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к способу получения удобрений из ила, согласно которому ил нагревают перегретым паром для достижения гигиенизации с уничтожением патогенных микроорганизмов.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Существуют различные варианты обработки ила. Так, например, известно о ферментации, представляющей собой анаэробную обработку, а также о компостировании, представляющем собой аэробную обработку, то есть обработку, при которой используется кислород. Кроме того, известно о термической обработке, или другими словами, об обработке, протекающей при нагревании.
Известно об обработках, протекающих при нагревании, например о сушке ила горячим воздухом прямого нагрева, однако недостатком такого способа является значительное количество потребляемой энергии и пылеобразование, возникающее в результате сушки. В ряде способов, при которых используется нагревание, известно также об обработке ила горячей водой, однако с этим способом связана проблема, заключающаяся в том, что применяемая согласно способу вода требует очистки, что влечет за собой расходы. Далее, в ряде обработок, протекающих при нагревании, известны способы, при которых используется обыкновенный водяной пар, однако по данным заявителя, они не в полной мере удовлетворяют требованиям в части эффективности очистки и тепловой экономии.
Известно также об использовании перегретого пара при очистке отходов или другого материала. Перегретый пар представляет собой газообразную смесь, образованную водяным паром и дымовым газом. Некоторые из известных решений представлены в публикациях US 5656178, US 5613452, US 5413129, DE 4226584, EP 0715902, US 4336329, WO 01/02027 и WO 02/28556, однако эти публикации касаются стерилизации материала, при которой к тому же чрезмерно уничтожаются и полезные микроорганизмы, что не позволяет использовать материал в качестве удобрений.
Что касается области техники настоящего изобретения, способ, в котором используется перегретый пар, известен из публикации EP 101784 для получения удобрения из древесной коры и ила. Согласно способу, раскрытому в данной публикации, ил нагревают до температуры в пределах от 120 до 140°C при помощи перегретого пара, имеющего температуру от 140 до 600°С. Однако этот способ не дает оптимальных результатов в отношении удобряющих свойств конечного продукта и экономии тепла, в частности, из-за высокой температуры, до которой нагревают обрабатываемый материал.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является реализация способа таким образом, чтобы позволить устранить проблемы, связанные с предшествующим уровнем техники. Это достигается с помощью способа согласно изобретению, характеризующегося тем, что ил нагревают до температуры в пределах от 60 до 100°C с помощью перегретого пара, имеющего температуру в пределах от 200 до 600°С, для того, чтобы активизировать увеличение количества растворимого углерода в иле и повторно запустить биохимическое разложение ила путем использования непатогенных микроорганизмов, остающихся в иле после нагревания.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Изобретение основано на идее ненагревания ила, подлежащего обработке, до чрезмерно высокой температуры, в то же время используя перегретый пар, имеющий достаточно высокую температуру.
Способ согласно изобретению обладает несколькими преимуществами. Изобретение позволяет получать высококачественные удобрения при помощи способа, являющегося достаточно рентабельным в части экономии тепла. Предпочтительные варианты осуществления изобретения и другие более детальные варианты осуществления усиливают преимущества изобретения. В частности, преимущества изобретения усиливает регулирование влажностного режима.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Далее изобретение будет более подробно описано применительно к предпочтительным вариантам осуществления со ссылкой на прилагаемые графические материалы, где:
на Фиг.1 показан вариант осуществления устройства для обработки перегретым паром, использованного согласно способу;
на Фиг.2 представлено устройство, изображенное на Фиг.1, при взгляде в противоположном направлении;
на Фиг.3 показано принципиальное изображение варианта осуществления устройства для обработки перегретым паром, использованного согласно способу;
на Фиг.4 проиллюстрировано количество растворимого органического углерода;
Фиг.5 проиллюстрировано количество растворимого азота.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как видно из чертежей, согласно способу может использоваться, например, устройство такого типа, как изображено на Фиг.1-3. Устройство в соответствии с Фиг.1 и 2 согласно предпочтительному варианту осуществления представляет собой устройство, выполненное с возможностью перемещения, включающее опорную раму 10, оси 11 и 12 с шинами с 13 по 16, а также опорные стройки 17 и узел 19 крепления для тягового механизма.
Что касается Фиг.3, следует отметить, что короткие линии предназначены для изображения перегретого пара, а кружки предназначены для изображения обрабатываемого материала исключительно для иллюстрации принципа работы устройства, причем этот материал, как упоминалось ранее, является илом, в частности одним или более из следующих: илом городских сточных вод, сельскохозяйственным илом, осадком сточных вод, то есть илом с очистных сооружений. Ил, например ил, полученный с муниципальной или другой региональной станции очистки сточных вод, представляет собой ил, уже однократно подвергавшийся биохимическому разложению, то есть компостированный, и его используют в качестве исходного сырья в настоящем способе получения удобрений.
Для приема обрабатываемого материала, то есть ила, устройство включает в себя приемный бункер 30, в который ил может подаваться, например, с помощью ковшового погрузчика либо другого транспортировочного устройства, такого как конвейер или транспортировочный канал. После илоприемного устройства 30, такого как приемный бункер 30, иными словами, например, ниже бункера 30, устройство включает в себя транспортировочный конвейер 32, установленный для подачи материала в первый блок 40 обработки паром.
Для получения перегретого пара устройство включает в себя блок 50 генерации перегретого пара, в котором, например, при посредстве распределительной линии 51, генерируется перегретый пар для первого блока 40 обработки паром. Соответственно, устройство может включать в себя второй блок 60 обработки паром, например, такой что блок 50 генерации перегретого пара будет приспособлен для подачи перегретого пара через распределительную линию 61. Ил, обработанный в первом блоке 40 обработки паром, транспортируют во второй блок 60 обработки паром при помощи одного или нескольких транспортировочных устройств 71, 72 или аналогичных транспортировочных устройств. В примере, изображенном на чертежах, транспортировочное устройство 71 представляет собой, например, ленточный конвейер совкового типа, а транспортировочное устройство 72 представляет собой транспортировочное устройство червячного типа.
Следует отметить, что ни отдельный приемный бункер 30, ни какое-либо другое отдельное приемное устройство 30 не являются необходимыми, а материал может подаваться, например, напрямую или по конвейеру в блок 40 обработки паром или в барабанный вращающийся блок 60 обработки паром.
На Фиг.2 блок 50 генерации перегретого пара показан только штриховыми линиями, чтобы не закрывать узлы крепления для присоединения блока 50 генерации пара, такие как соединительные фланцы 101 и соединительные фланцы 102-104. На Фиг.2 соединительный фланец или подобное средство 101 крепления определяют точку присоединения распределительной линии 51 пара, наиболее отчетливо видной на Фиг.3, для направления перегретого пара в первый блок 40 обработки паром. Соответственно, номера позиций с 102 по 104 на Фиг.2 показывают соединительные фланцы или другие соответствующие точки крепления, к которым распределительная линия 61, наиболее отчетливо видная на Фиг.3, присоединена для подачи перегретого пара во второй блок 60 обработки паром.
Что касается блока 50 генерации перегретого пара, следует отметить, что он представляет собой устройство, генерирующее газовую смесь из водяного пара и продуктов сгорания топлива. Топливо, при сгорании которого образуются дымовые газы, может быть, например, легким дистиллятным топливом.
Что касается размеров, следует отметить, что длина устройства, изображенного на Фиг.1 и 2, составляет, например, около 20 метров, а диаметр второго блока 60 обработки паром, такого как барабан 60, составляет, например, около 1 метра. Производительность устройства для обработки перегретым паром составляет несколько тысяч килограммов в час.
Изобретение включает в себя способ получения удобрения из ила, согласно которому ил нагревают перегретым паром до достижения гигиенизации с уничтожением патогенных микроорганизмов. Согласно этому способу, ил нагревают до температуры от 60 до 100°C с помощью перегретого пара, имеющего температуру от 200 до 600°C, для активизирования увеличения количества растворимого углерода в иле и возобновления биохимического разложения ила путем использования непатогенных микроорганизмов, остающихся в иле после нагревания.
При обработке ила температура перегретого пара, использованного при нагревании, лежит в пределах от 200 до 600°С. В соответствии с исследованиями заявителей, температура в пределах от 300 до 600°С и, в частности, от 300 до 400°C является особенно приемлемой, учитывая в совокупности осуществимость способа, свойства конечного продукта (удобрений) и экономию тепла.
В примере, изображенном на чертежах, перегретый пар используется как в первом блоке 40 обработки паром, так и во втором блоке 60 обработки паром.
В примере, изображенном на чертежах, присутствуют два блока обработки паром, в которых используется перегретый пар, а именно блоки 40 и 60, однако изобретение не ограничивается данным количеством блоков для обработки паром. В случае использования двух блоков для обработки паром в соответствии с вариантом осуществления, представленным на чертежах, предпочтительно, чтобы блоки были разных типов, например, чтобы один из них был ротационным барабаном. В примерах, изображенных на чертежах, последний, то есть второй блок 60 обработки паром, является таким ротационным барабаном, вращаемым, например, при помощи двигателей 65 от контактной поверхности 66 внешней периферии барабана. Сила вращения двигателя 65 барабана 60, то есть второго блока 60 обработки паром, передается барабану, например, через зубчатое сцепление 67 и вал 68.
Блок для обработки паром бункерного типа или подобный ему, обозначенный номером 40, где сила тяжести или часть устройства конденсируют материал таким образом, что он становится более густым, является целесообразным в том смысле, что пар благодаря плотности очищаемого, то есть гигиенизируемого, илистого материала не может проходить через материал очень легко, то есть достаточно быстро, а именно, без потери тепла.
Блок 60 обработки паром, выполненный в форме ротационного барабана 60, является целесообразным в том смысле, что позволяет илистому материалу быть очищенным, то есть гигиенизированным, чтобы эффективно провзаимодействовать с перегретым паром. Другими словами, материал соударяется в барабане, который можно назвать паровой завесой или пропарочным тоннелем.
В случае если устройство имеет только один блок для обработки паром, другими словами, если ил проходит только через один блок для обработки паром, предпочтительный вариант осуществления включает в себя именно вращающийся барабан 60, как упоминалось выше.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, ил нагревают до температуры в пределах от 60 до 90°C. Предпочтительно, чтобы способ был таким, чтобы ил нагревали перегретым паром в течение от 20 до 60 минут, наиболее предпочтительно, в течение от 20 до 30 минут.
Во время обработки перегретым паром во избежание значительного высушивания ила контролируют и регулируют влажность ила. Предпочтителен такой способ, при котором во время обработки перегретым паром влажность ила контролируют и регулируют таким образом, чтобы при обработке влажность изменялась самое большее на ±2% во избежание значительного высушивания ила.
Одной из целей регулирования влажности ила при паровой обработке перегретым паром является требование избежать высушивания ила до такой степени, чтобы он начал пылить на стадиях, следующих после паровой обработки, например на открытом воздухе в бурте, во время биохимического разложения, или еще позже, например при транспортировке и упаковке удобрений, то есть конечного продукта способа.
Еще одной причиной регулирования условий при паровой обработке перегретым паром является намерение улучшить питательные свойства конечного продукта, то есть удобрений. Таким образом, способ согласно предпочтительному варианту осуществления является таким, что испарение азотсодержащего аммиака или другого азотсодержащего соединения, выделяемого илом, сведено к минимуму за счет сохранения уровня влажности и/или температуры во время обработки перегретым паром. Влажность доводят до достаточно высокого уровня, а температуру - до достаточно низкого. Этот признак улучшает содержание питательных элементов в конечном продукте, то есть удобрениях, поскольку азот является важным питательным элементом, способным усваиваться удобренной почвой.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, способ является таким, что во время обработки перегретым паром влажность ила регулируют таким образом, чтобы количество воды, добавляемой в дымовой газ, изменялось при образовании перегретого пара.
Что касается барабанного блока 60 обработки паром, следует отметить, что поток пара направлен в продольном направлении барабана по существу через весь барабан таким образом, что на стороне входа пара он проходит через распределительную линию 61 или аналогичную структуру в барабан 60, после чего пар выходит из барабана, например, в отстойную камеру 80 или подобную подходящую конструкцию.
Ил, обработанный в барабане 60, удаляют из барабана 60, после чего обработанный материал может быть размещен на земле, например, в форме бурта вблизи барабана. Или же обработанный ил может быть использован в другом месте, в этом случае обработанный материал, полученный с внешней стороны барабана 60, выводят на конвейер 90 и далее, например, чтобы транспортировать при помощи грузового автомобиля или иного транспортного средства на значительное расстояние от устройства для обработки паром.
Таким образом, согласно предпочтительному варианту осуществления, способ является таким, что повторное биохимическое разложение протекает по меньшей мере преимущественно где-либо в другом месте, нежели в устройстве для обработки паром, в котором происходит нагревание ила перегретым паром. Согласно предпочтительному варианту осуществления, биохимическое разложение ила происходит, то есть выполняется, в бурте или другом сооружении или образовании, к которым ил транспортируют из блока для обработки паром, где происходит обработка перегретым паром.
Чтобы знать, когда удобрение будет готово к непосредственному использованию или, например, к упаковке, способ предпочтительно является таким, что степень зрелости биохимического разложения ила контролируют путем измерения газовыделения ила. Согласно предпочтительному варианту осуществления, измеряют выделение двуокиси углерода, при этом наиболее предпочтительно, чтобы максимальная скорость образования двуокиси углерода при выделении двуокиси углерода составляла менее 2 мг/г/день. В одном из опытов в конечном состоянии после обработки паром и биоразложения была определена скорость образования двуокиси углерода, соответствующая 1,3 мг/г/день.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, продолжительность биохимического разложения составляет от 1 до 3 месяцев. В соответствии с наблюдениями заявителей, это приводит к хорошему соотношению между созреванием и эффективностью удобрения.
Возвращаясь к выпускной части барабана 60 для обработки паром, а именно к конструкции выпускного отверстия, следует отметить, что, например, в отстойной камере 80 устройства содержится фильтр 85, такой как сито решетчатого типа, для предотвращения проскока частиц в поток воздуха. В зависимости от положения регулятора 100, выходящий паровой поток, теряющий тепло, может быть либо удален из устройства как таковой через выпускной канал 110, либо удален через выпускной канал 130 после сжигания в камере дожигания 120, в которой сжигаются газы, обладающие вредными запахами. Удалению парового потока можно содействовать при помощи вентиляторов 111 и 131.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, обработку перегретым паром, т.е. термическую гигиенизацию, проводят при нормальном атмосферном давлении в блоке для обработки паром, не находящемся под давлением. Кроме того, удобство применения улучшено за счет того, что обработку перегретым паром, т.е. термическую гигиенизацию, проводят как открытый, то есть непрерывный, процесс вместо замкнутого периодического процесса. Таким образом, согласно способу, в ходе непрерывного процесса ил подают на обработку перегретым паром, т.е. термическую гигиенизацию, во время процесса и очищенный гигиенизированный материал удаляют из зоны гигиенизации во время процесса.
Из второго блока 60 обработки паром, то есть из барабана 60, пар при этом удаляют в отстойную камеру 80. Соответственно, из первого блока 40 обработки паром пар также удаляют в отстойную камеру 80, например, через транспортировочный канал 88, который можно видеть на Фиг.1 и 2.
Следует отметить, что не было даже намерений нагревать ил, в частности ил городских сточных вод, сельскохозяйственный ил или осадок сточных вод, то есть ил с очистных сооружений, до столь же высокой температуры, как температура перегретого пара, поскольку первостепенной задачей является уничтожение патогенных микроорганизмов в материале, в то же время целенаправленно сохраняя микроорганизмы, полезные для биоразложения и удобрения. При гигиенизации обработку проводят перегретым паром, при этом очищаемый материал нагревают до температуры в пределах от 60 до 100°C, являющейся достаточно высокой для уничтожения патогенных микроорганизмов, но при этом достаточно низкой для предотвращения стерилизации очищаемого материала. При очень высокой температуре обработка, проводимая слишком долго, может привести к стерилизации материла, даже если температура, которая является слишком высокой всего лишь на мгновение или в течение какого-либо непродолжительного времени, не обязательно приводит к стерилизации.
Организмы, подлежащие уничтожению в процессе гигиенизации, включают в себя энтеробактерии, сальмонеллы, колиподобные бактерии, патогенные микроорганизмы, вызывающие болезни растений, сорняки и тому подобное. Организмы, сохраняемые в обработанном, то есть гигиенизированном, согласно способу материале представляют собой присущие материалу природные безопасные, то есть непатогенные, микроорганизмы.
Способ является по своей природе микробиологическим способом, использующим перегретый пар для получения удобрений из ила, уже подвергавшегося однократному биохимическому разложению, путем использования гигиенизирующего нагревания, осуществленного при помощи перегретого пара, для активизирования повторного биохимического разложения, протекающего несколько позже.
Опыты, проведенные в соответствии со способом согласно изобретению, привели, например, к следующим результатам.
В экспериментальной схеме 1 определяли производительность тепловой обработки перегретым паром, в зависимости от условий (температура, скорость вращения, наклон барабана в продольном направлении) она составляла от 50 до 180 т/ч (тонн, то есть 1000 кг, в час), при этом расход энергии составил 193 МДж/т (мегаджоуля на тонну, то есть 1000 кг). Для сравнения, старый способ, то есть сушка ила горячим воздухом, приводила к производительности в пределах от 50 до 100 т/ч при расходе энергии, приблизительно в десять раз большем, хотя верхнее значение производительности (100 т/ч) составляло чуть больше половины от верхнего значения, полученного при использовании способа изобретения (180 т/ч), и кроме того, существенная разница заключалась в том, что при стандартной сушке сухим воздухом потеря питательных элементов, полезных для удобрения, была значительно большей.
В экспериментальной схеме 2 объектом обработки перегретым паром был ил, компостированный в течение года. Перед обработкой количество энтеробактерий (часть из которых были патогенными) составляло 120000 КОЕ/г (колониеобразующих единиц/г), а после обработки оно составило менее 10 КОЕ/г, другими словами, было ниже погрешности измерения, то есть ниже предела чувствительности, при этом предельно допустимое значение соответствует 1000 КОЕ/г. Кроме того, количество клостридиальных бактерий может быть уменьшено более чем вдвое, другими словами, количество перед обработкой составляло 5600 КОЕ/г, а количество после обработки - 2700 КОЕ/г. Отстаивание ила после обработки перегретым паром, например, в течение 24 часов приводило к снижению количества клостридий до 10% от первоначального. Клостридия является спорулирующей бактерией, поэтому она выдерживает большую термическую обработку.
Таким образом, рассматриваемая обработка не является стерилизацией ила, а представляет собой его гигиенизацию. Конкретной целью является уничтожение возможных патогенных микроорганизмов желудочно-кишечного происхождения, то есть сальмонеллы и кишечной палочки Е. Coli, принадлежащих к группе энтеробактерий.
В экспериментальной схеме 3 объектом обработки перегретым паром был необработанный, то есть сырой, анаэробный ил, полученный с установки очистки сточных вод. Перед обработкой количество энтеробактерий (часть из которых являются патогенными) составляло 12000 КОЕ/г (колонийобразующих единиц/г), тогда как после обработки перегретым паром количество стало менее 10 КОЕ/г, другими словами, ниже погрешности измерения, то есть ниже предела чувствительности, при этом предельно допустимое значение составляет 1000 КОЕ/г.
В экспериментальной схеме 3 также было существенно уменьшено содержание Е. Coli. Перед обработкой содержание Е. Coli составляло 17000 КОЕ/г (колонийобразующих единиц/г), тогда как после обработки количество стало менее 10 КОЕ/г, другими словами, ниже погрешности измерения, то есть ниже предела чувствительности, при этом предельно допустимое значение составляет 1000 КОЕ/г.
Как и в экспериментальной схеме 2, в экспериментальной схеме 3 содержание клостридий также уменьшилось в меньшей степени, чем содержание энтеробактерий. Перед обработкой количество клостридий составляло 7100 КОЕ/г, а после обработки - 1500 КОЕ/г, другими словами, количество было уменьшено до 20%, то есть составляло примерно пятую часть по сравнению с исходным. Однако отстаивание ила даже в течение столь непродолжительного времени, как 24 часа после обработки перегретым паром, приводило к уменьшению содержания клостридий до 10%, то есть составляло десятую часть по сравнению с исходным.
Что касается экспериментальной схемы 2 (с уже компостированным илом), были измерены следующие физические и химические свойства ила:
| Таблица 1 | ||
| Параметр | Перед обработкой | После обработки |
| Содержание сухого вещества, % (TS) | 57 | 62 |
| Проводимость (мс/м) | 31 | 25 |
| pH | 7,1 | 7,4 |
| Количество растворимого NH4-N, то есть аммонийный азот | 493 | 417 |
Что касается экспериментальной схемы 3 (необработанный сырой аэробный ил), были измерены следующие физические и химические параметры ила:
| Таблица 2\tab | ||
| Параметр | Перед обработкой | После обработки |
| Содержание сухого вещества, % (TS) | 26 | 28 |
| Проводимость (мс/м) | 220 | 240 |
| pH | 8,3 | 8,3 |
| Количество растворимого NH4-N, то есть аммонийный азот | 3816 | 3990 |
На Фиг.4 представлено количество растворимого органического углерода. В левой части Фиг.4 исходная точка соответствует компосту на основе ила, тогда как 5 в правой части Фиг.4 исходная точка соответствует компостированному конскому навозу, то есть смеси конского навоза и компоста из ила. Обозначения в нижней части Фиг.4 означают следующее:
| Начало: | Образец взят из необработанного материала |
| 1 обработка | Отбор образца после первой обработки паром |
| 2 обработка | Отбор образца после второй обработки паром |
| 3 обработка | Отбор образца после третьей обработки паром |
| 1 час | Отбор образца однократно обработанного материала через один час после обработки |
| 24 часа | Отбор образца однократно обработанного материала через 24 часа после обработки |
В случае Фиг.4 и Фиг.5 ил нагревают приблизительно до температуры 80°C. Как видно из данных Фиг.4, растворение углерода происходило при каждой обработке. Другими словами, обработка паром и отстаивание материала после этого разрушало биологические структуры, такие как хлопья ила и, возможно, клетки в материалах. Например, можно отметить, что в случае компоста на основе ила количество растворимого органического углерода возрастало после первой обработки паром от 714 мг/кг до 2009 мг/кг, то есть происходило почти трехкратное увеличение. Растворение углерода способствует возобновлению биохимического разложения, то есть компостированию: в результате возобновления биоразложения охлаждение материала после обработки паром проходило медленнее благодаря теплу, выделяющемуся при биоразложении. Измеренное для материала, лишь однократно обработанного паром и подвергнутого отстаиванию в течение 24 часов, количество растворимого углерода в случае компоста на основе ила возрастает до величины 1108 мг/кг от первоначального значения 714 мг/кг, то есть происходит по меньшей мере 1,5-кратное увеличение по сравнению с первоначальным значением.
Кроме того, отмечалось увеличение углеводородных соединений, что является следствием растворения углерода, проиллюстрированного с помощью Фиг.4. Например, можно отметить, что в случае компоста на основе ила количество углеводородных соединений увеличивалось после первой обработки паром с 30 мг/кг до 98 мг/кг, то есть более чем в три раза, а со второй обработкой паром величина достигала значения 398 мг/кг, то есть происходило почти 13-кратное увеличение по сравнению с исходной ситуацией. Измеренное для материала, лишь однократно обработанного паром и подвергнутого отстаиванию в течение 24 часов, количество углеводородных соединений в случае компоста на основе ила возросло до 260 мг/кг от первоначальной величины 30 мг/кг, то есть увеличилось приблизительно в 9 раз по сравнению с первоначальным значением.
Принимая во внимание основные питательные элементы, далее рассматривается растворимый азот. Как показано на Фиг.5, растворение азота происходило при каждой обработке. Этот процесс протекает параллельно с увеличением растворимого углерода. При разрушении биологических структур также высвобождаются внутриклеточные азотсодержащие белки. Подписи под чертой в нижней части Фиг.5 аналогичны описанным выше для Фиг.4. Например, в случае компоста на основе ила количество растворимого азота увеличилось после первой обработки паром с 578 мг/кг до 719 мг/кг, другими словами, оно возросло почти на 25%. Со второй обработкой паром величина возросла до 873 мг/кг, другими словами, она увеличилась более чем на 50%. Измеренное для материала, лишь однократно обработанного паром и подвергнутого отстаиванию в течение 24 часов, количество растворимого азота в случае компоста на основе ила увеличилось до 785 мг/кг от первоначальной величины 578 мг/кг, другими словами, оно возросло более чем на 35%.
Что касается другого растворимого питательного элемента, а именно аммонийного азота, наблюдалось увеличение его количества. Например, в случае компоста конского навоза количество аммонийного азота увеличилось после первой обработки паром со 147 мг/кг до 227 мг/кг, другими словами, оно возросло по меньшей мере на 50%.
Кроме того, наблюдалось увеличение количества еще одного основного питательного элемента, а именно фосфора. Увеличение фосфора было связано с тем фактом, что при разрушении биологической структуры высвобождаются внутриклеточные фосфорсодержащие нуклеиновые кислоты. Например, в случае компоста на основе ила количество фосфора увеличилось после первой обработки паром со 103 мг/кг до 191 мг/кг, другими словами, оно возросло более чем на 85%. Со второй обработкой паром величина достигла 250 мг/кг, другими словами, она увеличилась более чем на 142% по сравнению с исходной ситуацией. Измеренное для материала, лишь однократно обработанного паром и подвергнутого отстаиванию в течение 24 часов, количество фосфора в случае компоста из ила увеличилось до 186 мг/кг от первоначальной величины 103 мг/кг, другими словами, оно возросло более чем на 80%.
Следующая информация имеет отношение к растворимым микроэлементам. Было также зафиксировано растворение микроэлементов, таких как медь, марганец, магний и кальций. Например, в случае компоста на основе ила количество растворимого кальция возросло после первой обработки паром с величины 105 мг/кг до величины 238 мг/кг, другими словами, оно увеличилось более чем на 125%. Измеренное для материала, лишь однократно обработанного паром и подвергнутого отстаиванию в течение 24 часов, количество кальция в случае компоста из ила возросло до 364 мг/кг от первоначального значения 105 мг/кг, другими словами, увеличилось приблизительно в 3,5 раза.
С учетом всех аспектов, описанных выше, получен продукт, который может быть с успехом использован в качестве удобрений.
Как показано в случае экспериментальных схем 2 и 3, содержание твердого вещества определяли путем взвешивания его до и после сушки. Проводимость, то есть суммарное содержание растворимых ионов, определяли путем экстракции образцов водой, а проводимость экстракта измеряли при помощи кондуктометра. Соответственно, величину pH определяли путем экстракции образцов водой, а величину pH экстракта измеряли pH-метром. Как показано на Фиг.4 и 5, содержание энтеробактерий определяли в соответствии со стандартом NMKL 144:00. Содержание Escherichia coli (E. Coli) определяли в соответствии со стандартом NMKL 125:96. Содержание клостридий определяли в соответствии со стандартом NMKL 56:95.
По способу изобретения удобрение, удовлетворяющее требованиям Закона об удобрениях (Fertilizer Act) (2007), имеет надлежащую обработку ила.
Таким образом, изобретение относится к растворению того, что называют углеродом в небиодоступной форме, осуществленному перегретым паром. Во время обработки паром небиодоступный углерод, как, например, жирные кислоты, меняется от обычной неэкстрагируемой формы до растворимой формы, в которой он снова становится доступным для микроорганизмов.
С помощью этого способа жирные кислоты, различные стерины и другие клеточные компоненты становятся растворимыми. Эти компоненты обычно не являются биодоступными в иле. Степень растворимости составляет даже более 5 г/кг (на килограмм сухого вещества). Это явление проявляется увеличением экстрагируемых органических соединений (жирных кислот, различных стеринов и других клеточных компонентов) в анаэробном иле, например, в Таблице 3.
| Таблица 3 | |
| Содержание экстрагируемых органических соединений (мг/кг) | Увеличение (%) |
| Необработанный анаэробный сырой ил: 30 | 0 |
| Обработанный ил спустя 1 минуту после обработки: 98 | 326 |
| Обработанный ил спустя 60 минут после обработки: 515 | 1716 |
Таблица 4 иллюстрирует то же самое для конского навоза, обработанного перегретым паром.
| Таблица 4 | |
| Содержание экстрагируемых органических соединений (мг/кг) | Увеличение (%) |
| Необработанный конский навоз: 262 | 0 |
| Обработанный конский навоз спустя 1 минуту после обработки: 397 | 151 |
| Обработанный конский навоз спустя 60 минут после обработки: 721 | 275 |
То же самое явление можно наблюдать на примере Таблиц 5 и 6 для DOC (растворимого органического углерода).
| Таблица 5 | |
| DOC (мг/кг) | Увеличение (%) |
| Необработанный анаэробный сырой ил: 45 | 0 |
| Обработанный ил спустя 1 минуту после обработки: 124 | 275 |
| Таблица 6 | |
| DOC (мг/кг) | Увеличение (%) |
| Необработанный конский навоз: 12 | 0 |
| Обработанный конский навоз спустя 1 минуту после обработки: 94 | 783 |
Таким образом, изобретение относится к способу получения удобрения из ила, уже подвергавшегося биохимическому разложению. Способ включает в себя нагревание ила, подвергнутого биохимическому разложению, перегретым паром с последующим увеличением количества растворимого углерода, после чего начинается повторное биоразложение.
Хотя изобретение описано выше в отношении примера, представленного на прилагаемых чертежах, очевидно, что изобретение не ограничивается этим, а может варьироваться различными способами в объеме формулы изобретения.
1. Способ получения удобрений из ила, в котором ил нагревают перегретым паром для достижения гигиенизации с уничтожением патогенных микроорганизмов, отличающийся тем, что ил нагревают до температуры от 60 до 100°C перегретым паром, представляющим собой газообразную смесь водяного пара и дымового газа от сгорания топлива, при этом перегретый пар имеет температуру от 200 до 600°C, для активизации увеличения количества растворимого углерода в иле и для повторного биохимического разложения ила путем использования непатогенных микроорганизмов, остающихся в иле после нагревания.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ил нагревают до температуры от 60 до 90°C.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что ил нагревают перегретым паром в течение от 20 до 60 мин.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что ил обрабатывают перегретым паром в течение от 20 до 30 мин.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что контролируют и регулируют влажность ила во время обработки перегретым паром во избежание существенного высушивания ила.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что контролируют и регулируют влажность ила во время обработки перегретым паром таким образом, чтобы влажность материала изменялась при обработке самое большее на ±2% во избежание существенного высушивания ила.
7. Способ по п.5, отличающийся тем, что регулируют влажность ила во время обработки перегретым паром таким образом, чтобы количество воды, смешиваемой с дымовым газом, изменялось при образовании перегретого пара.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что сводят к минимуму испарение азотсодержащего аммиака или другого азотсодержащего соединения, выделяемого илом, путем сохранения уровня влажности и/или температуры во время обработки перегретым паром.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что ил нагревают перегретым паром, имеющим температуру в пределах от 300 до 600°C.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что ил нагревают перегретым паром, имеющим температуру от 300 до 400°С.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что ил, подлежащий обработке, является одним из следующих: илом городских сточных вод, сельскохозяйственным илом, осадком сточных вод, то есть илом с очистных сооружений.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку ила перегретым паром выполняют при помощи устройства для обработки паром, включающего в себя по меньшей мере один блок для обработки паром, приспособленный для использования перегретого пара, в который подают обрабатываемый материал.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что способ выполняют с использованием устройства для обработки паром, включающего в себя первый и второй блоки для обработки паром, приспособленные для использования перегретого пара, где материал, обработанный в первом блоке для обработки паром, перемещают во второй блок для обработки паром.
14. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку перегретым паром выполняют при нормальном атмосферном давлении в блоке для обработки паром, не находящемся под давлением.
15. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку перегретым паром выполняют как процесс непрерывного типа вместо замкнутого периодического процесса.
16. Способ по п.12, отличающийся тем, что ил подают на обработку во время обработки перегретым паром в ходе непрерывного процесса и удаляют с обработки перегретым паром.
17. Способ по п.1, отличающийся тем, что контролируют степень зрелости биохимического разложения ила после обработки перегретым паром во время биохимического разложения ила.
18. Способ по п.17, отличающийся тем, что степень биохимического разложения ила контролируют путем измерения выделения илом газов.
19. Способ по п.17, отличающийся тем, что степень биохимического разложения ила контролируют путем измерения выделения илом двуокиси углерода.
20. Способ по п.12, отличающийся тем, что повторное биохимическое разложение ила протекает в основном в ином месте, чем устройство для обработки паром, где происходит нагревание ила перегретым паром.
21. Способ по п.20, отличающийся тем, что повторное биохимическое разложение ила протекает в бурте или другом сооружении или образовании, к которым ил направляют из блока для обработки паром, где происходит обработка перегретым паром.
22. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность повторного биохимического разложения составляет от 1 до 3 месяцев.
