Твердые бытовые отходы как удобрения

Способ переработки твердых бытовых отходов на органическое удобрение

Использование: при переработке отходов. Цель изобретения: снижение содержания тяжелых и цветных металлов в удобрении и получение концентрата тяжелых и цветных металлов в качестве полуфабриката для цветной металлургии. Сущность изобретения: способ предусматривает подготовку и сортировку твердых бытовых отходов (ТБО) с отделением некомпостируемых фракций и биологическое разложение оставшейся фракции с получением компоста. Новым в способе является то, что компост дополнительно подвергают очистке от ионов тяжелых и цветных металлов (ТЦМ) путем многократной циркуляции водной фазы последовательно через компост и катионообменный сорбент. Кроме того, очищенный компост можно в дальнейшем подвергнуть обогащению элементами питания растений и/или сушке и грануляции. В качестве катионообменного сорбента предпочтительно использовать катионит в H + -форме, а процесс очистки вести до выравнивания значений рН фильтратов после компоста и катионообменного сорбента. Отработанный сорбент предлагается регенерировать путем промывки водным раствором щавелевой кислоты, а отработанную водную фазу возвращать для переработки следующей партии ТБО. Десорбат, полученный после ренгенерации сорбента, концентрируют и используют в дальнейшем в качестве вторсырья в цветной металлургии. 8 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к переработке твердых бытовых отходов на удобрение и другие полезные продукты.

Проблема утилизации ТБО жизнедеятельности человека актуальнейшая задача современности. Свалки бытовых отходов, занимая обширные территории, являются одним из основных загрязнителей окружающей среды, представляют эпидемиологическую опасность, нарушают эстетический облик природы. Вместе с тем ТБО содержат в своем составе ценные компоненты, которые могут использоваться в качестве вторичных ресурсов.

Известны различные способы утилизации ТБО. Наиболее простым является термический способ. Однако сжигание требует организации тщательной газоочистки. Кроме того, в процессе остается до 30% кека, который подлежит захоронению, т.е. эффективность такого метода невысока. Наиболее перспективными являются биологические методы переработки ТБО в аэробных и/или анаэробных условиях в совокупности с предварительной сортировкой отходов. В результате таких процессов из бесполезных и вредных отходов получают продукты в виде металлолома, стекла, биогаза и ценного органического удобрения, обеззараженного от патогенной микрофлоры, личинок, гельминтов и т.п.

Наиболее близкой к предлагаемому способу является технология Санкт-Петербургского завода МПБО-1, включающая сортировку фракций ТБО, магнитную сепарацию металлов, отделение некомпостируемых фракций, стекла, полиэтиленовой пленки и переработку материала в биобарабанах в аэробных условиях. В результате получается обеззараженный от патогенной микрофлоры компост, используемый в качестве биотоплива и органического удобрения.

Однако в составе получаемого удобрения присутствует большое количество токсичных тяжелых и цветных металлов (ТЦМ). В табл. 1 приведены данные анализов компоста (среднее значение из 10 проб), получаемого на заводе МПБО-1, в сравнении с ПДК для почв и фоновым содержанием ТЦМ в почвах средней полосы России.

Как видно из табл. 1, содержание ТЦМ в удобрении значительно превышает значения не только ПДК, но и фонового содержания в почвах. Внесение таких удобрений в почву приводит к дальнейшему необратимому загрязнению окружающей среды.

Целью изобретения является снижение содержания тяжелых и цветных металлов в получаемом удобрении не выше фонового содержания в почве и получение дополнительно концентрата ТЦМ в качестве полуфабриката для цветной металлургии.

Цель достигается тем, что получаемый после биологического разложения компост очищают от ионов ТЦМ путем многократной циркуляции водной фазы последовательно через компост и катионообменный сорбент.

Очищенный от ионов ТЦМ компост может быть использован в качестве органического экологически чистого удобрения непосредственно или после дополнительного обогащения его элементами питания растений в необходимых количествах. Для удобства транспортировки, хранения и внесения обогащенный элементами питания и необогащенный очищенный от ТЦМ компост можно дополнительно подвергнуть сушке и гранулированию.

Рекомендуется при очистке компоста использовать в качестве сорбента катионит в Н + -форме. При этом в процессе циркуляции водной фазы последовательно через компост и катионит фильтрат, прошедший компост и содержащий катионы ТЦМ, контактирует с катионитом в Н + -форме, в результате чего катионы обмениваются на Н + -ионы сорбента, а очищенный фильтрат возвращается на стадию промывки компоста. Высвобождение Н + -ионов в ходе ионообменного процесса снижает рН водной фазы, что способствует выщелачиванию металлов из компоста. Таким образом, в результате многократной циркуляции водной фазы последовательно через компост и сорбент происходят постоянное вымывание ТЦМ из компоста и их сорбция на катионите. Процесс очистки предпочтительно вести до достижения равных значений рН фильтров после промывки компоста и прохождения через сорбент.

Отработанный сорбент можно регенерировать путем промывки 0,5-10%ным водным раствором щавелевой кислоты. Оптимальной концентрацией регенерирующего раствора является 5-10% Полученный после регенерации раствор тяжелых и цветных металлов может быть сконцентрирован известными способами. Такой концентрат является вторсырьем для цветной металлургии.

Предлагаемый способ позволяет также использовать водную фазу многократно при переработке следующих партий твердых бытовых отходов, что приводит к снижению потребления воды и решению в связи с этим многих экологических проблем.

П р и м е р. Прошедший подготовку, сортировку и ферментацию в аэробных условиях по прототипу компост в воздушно-сухом состоянии массой 100 г загружают в реактор выщелачивания с постоянным перемешиванием и рабочим объемом 0,85 дм 3 . Реактор заполняли технической водой с рН 7. В сорбционную колонку (диаметр 3 см, высота 20 см) загружали 125 см 3 сульфокатионита КУ-2-8 в Н + -форме. После 10-кратной циркуляции водной фазы со скоростью подачи 5 м/ч в системе реактор сорбционная колонка рН раствора, выходящего из реактора, 1,95, а рН фильтрата, выходящего из колонки, 1,75. По окончании процесса из реактора выгружали жидкую и твердую фазы, твердую фазу высушивали на воздухе, после чего проводили анализ полученного органического удобрения и жидкой фазы на содержание ТЦМ. Результаты анализа представлены в табл. 2.

Из сравнения данных, приведенных в табл. 1 и 2 следует, что предлагаемый способ переработки твердых бытовых отходов позволяет получить органическое удобрение с содержанием ТЦМ на уровне ПДК или не выше фонового содержания в почве. Концентрация ТЦМ в жидкой фазе после проведения процесса очистки компоста настолько мала, что позволяет использовать жидкую фазу многократно при переработке следующих партий твердых бытовых отходов.

По окончании процесса очистки компоста проводят регенерацию сорбента. Для этого через сорбционную колонку пропускают 5%-ный водный раствор щавелевой кислоты. После 4-часового выдерживания десорбата получают осадок оксалатов металлов, содержащий 275 г ТЦМ на 1 кг твердого вещества. Такой концентрат является вторсырьем для цветной металлургии.

Маточник после осаждения оксалатов металлов содержит тяжелые и цветные металлы в количестве, обусловленном их растворимостью в водной среде и не превышает ПДК для водных сбросов ( 0,1 мг/л).

Реализация предлагаемого способа позволяет практически полностью решить проблему утилизации твердых бытовых отходов, при этом получить экологически чистое органическое удобрение и дополнительно концентрат тяжелых и цветных металлов.

1. СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ НА ОРГАНИЧЕСКОЕ УДОБРЕНИЕ, включающий подготовку и сортировку отходов с отделением некомпостируемых фракций и биологическое разложение оставшейся фракции с получением компоста, отличающийся тем, что полученный компост дополнительно подвергают очистке от ионов тяжелых и цветных металлов путем многократной циркуляции водной фазы последовательно через компост и катионообменный сорбент.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, в качестве катионообменного сорбента используют катионит в H + -форме.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при очистке компоста циркуляцию водной фазы ведут до достижения равных значений pH фильтратов после компоста и катионообменного сорбента.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что водную фазу используют многократно при переработке следующих партий твердых бытовых отходов.

5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что отработанный катионообменный сорбент регенерируют путем промывки 0,5 10%-ным водным раствором щавелевой кислоты.

6. Способ по пп. 1 5, отличающийся тем, что регенерацию сорбента ведут 5 10%-ным водным раствором щавелевой кислоты.

7. Способ по пп. 1 6, отличающийся тем, что десорбент, полученный после регенерации сорбента и содержащий ионы тяжелых и цветных металлов, концентрируют.

8. Способ по пп. 1 7, отличающийся тем, что очищенный от ионов тяжелых и цветных металлов компост дополнительно подвергают сушке и гранулированию.

9. Способ по пп. 1 8, отличающийся тем, что очищенный от тяжелых и цветных металлов компост дополнительно обогащают элементами питания растений.

Источник

«Переработка ТБО в универсальное удобрение-мелиорант.»

Ю.Е. Малюга, А.С. Торосов, П.Б. Тарнопольський, А.А. Мостепанюк, И.И. Смольянинов.

Глобальной проблемой загрязнения окружающей среды в городах стали твердые бытовые отходы (ТБО). Общая масса накопленных в стране промышленных и бытовых отходов в 1999 г составила около 4,4 млрд. т. Только за минувший год из хозяйственного обращения было изъято 160тыс. га земли под устройства свалок.

В городском мусоре содержится большое количество бытовых отходов органического происхождения: пищевые отходы, остатки бумаги, тканей, древесины и т.п. В ТБО содержится в пересчете на сухое вещество 0,6-0,7 %N; 0,8 % К2О; 0,5-0,6 % Р2О5, до 7-9 % СаО и многие микроэлементы [1,2]. Причем, необходимо отметить, что повышенное накопление бытовых отходов растительного происхождения отмечается в летне-осенний период — это опад листьев и плодоовощные отходы.

Нами предложен новый способ переработки ТБО в органо-минеральное удобрение, обладающее свойствами универсального мелиоранта (приоритетная справка Госпатента Украины за 10.07.2000 г.).

Способ переработки ТБО и получения органо-минеральных удобрений экологически безопасный, не требует значительных затрат энергии и средств, потому что базируется на использовании уже известных производственных линий, которые работают в других сферах отечественной промышленности.

Предложенный нами «Способ получения смеси для повышения плодородия почв на основе твердых бытовых отходов» можно успешно использовать для переработки в органо-минеральное удобрение не только ТБО, а и опад листьев (веток), которые вывозятся на свалки из городов и населенных пунктов в осенне-весенний период. Это позволит за короткое время не только переработать опад в удобрение, но и вернуть в виде органо-минерального удобрения (ОМУ) в почвы.

Принцип «способа» состоит в следующем : предварительно отсепарированные ТБО, засыпаются в специальную емкость и заливаются катализатором с последующим перемешиванием (процесс может проходить при атмосферном давлении). При проведении такого «мокрого сжигания» выделяется определенное количество тепла (нагрев может доходить до +180°С), часть которого используется для дальнейшего подсушивания произведенных удобрений, а остальная может быть использована для хозяйственных нужд. «Мокрое» сжигание проводится от 1 до 24 часов в зависимости от массы бытовых отходов, тонины размола их во время сепарации и содержания в них органических ингредиентов, как по качеству, так и по размерам фракций.

Находящиеся в отходах возбудители различных инфекционных заболеваний и яйца гельминтов полностью погибают от высокой температуры и агрессивной среды, что дает возможность получить условно стерильное вещество.

После завершения первой стадии переработки, необходимо приступить ко второй – нейтрализации избытка катализатора, которая проводится любым известковым или известьсодержащим материалом (известью, дефекатом, известняком и т.д.). Кроме этого необходимо проводить добавки лессом или лессовидным суглинком, которые содержат кроме карбонатов кальция, вторичные коллоидно-дисперсные минералы типа каолинита и монтмориллонита. Последние, имеют свойство необменно фиксировать подвижные формы тяжелых металлов, переводя их в неподвижные формы, путем закрепления их в кристаллической решетке. Процесс нейтрализации происходит с обильным выделением углекислого газа, который можно конденсировать и использовать для технических нужд.

Полученная таким образом органо-минеральная смесь содержит в себе (в пересчете на сухое вещество) 0,6-1,2 % N; 0,8-1,0 % K2O; 0,5-0,9 % P2O5; до 20 % СаО, лигнин и глинистые минералы.

Проведенные исследования показали, что использование органо-минеральных удобрений в качестве органических удобрений дает несколько положительных моментов.

Во-первых, органо-минеральное удобрение содержит довольно большое количество свежего лигнина, который является как медленнодействующим источником элементов минерального питания, так и источником для образования гумуса, средой для развития микроорганизмов, а значит надежным источником питательных веществ для растений.

Во-вторых, содержащийся в органо-минеральных удобрениях кальций, с одной стороны, способствует закреплению органических веществ в почве, а с другой является источником пополнения почвы кальцием, т.е. обеспечивает благоприятные условия для формирования оптимальных водно-физических свойств почвы.

В-третьих, в органо-минеральных удобрениях содержится определенное количество подвижных питательных веществ, макро- и микроэлементов, необходимых для растений.

В-четвертых, использование органо-минеральных удобрений, содержащих до 6 % органического углерода, позволит решить одну из важнейших проблем современного сельскохозяйственного производства — обеспечение бездефицитного баланса гумуса в почве.

В-пятых, полученная смесь может быть использована как универсальный мелиорант, потому что в процессе нейтрализации возможно спланировать получение удобрения с различной реакцией среды и с различным содержанием кальция, который является основным мелиорирующим компонентом применяемым в мире мелиорантов. Если органо-минеральное удобрение планируется вносить на солонцеватых почвах, то программируется получение подкисленной смеси, содержащей СаSO4, а если на кислых почвах — то соответственно слабощелочной, насыщенной СаСОз.

Проведенные нами исследования на сельскохозяйственных культурах (озимая пшеница, салат, кормовая свекла), как в лабораторных, вегетационных опытах, так и в полевых везде статистически обоснованно показали на прирост урожая. Также были проведены опыты и в лесном питомнике на культуре дуб красный, где также были зафиксированы значительные положительные изменения в приросте в высоту сеянцев дуба.

Изучение влияния полученных органо-минеральных удобрений на окружающую среду показывает их эффективность и с экологических позиций [3]. Применение таких удобрений снижает вынос особо опасных в отношении загрязнения водных источников нитратных ионов. Аммонийный ион полностью задерживается в верхних слоях метровой толщи почвы. По-видимому, это происходит в основном за счет содержания в органо-минеральных удобрениях лигнина (30-50 %), который фиксирует подвижный аммоний.

Применение органо-минеральных удобрений может быть перспективно на нарушенных землях (заброшенные терриконы, отвалы глинодобывающих заводов, предприятий, занимающихся добычей руды открытым способом, на склонах балок и т.д.), т.е. для их рекультивации.

Таким образом, предлагаемый нами способ позволяет из накопившегося (завалявшегося) сырья синтезировать новое универсальное вещество, которое может быть использовано одновременно, как органо-минеральное удобрение, так и универсальный мелиорант со свойствами медленнодействующего удобрения, который может использоваться на любых почвах, на нарушенных грунтах, в лесных питомниках и т.д.

При оценке предлагаемого способа переработки ТБО в органо-минеральное удобрение-мелиорант необходимо обратить внимание на технологический, социальный и финансово-экономический аспекты решения проблемы. С точки зрения технологии переработки бытовых отходов для предложенного способа:

а) не требуется больших энергозатрат и использования дорогостоящего специального оборудования; для этой цели могут быть задействованы линии отечественного производства, которые уже используются в других сферах деятельности;

б) в процессе переработки используются недорогие материалы (реактивы) отечественного производства а также, отходы пищевой, перерабатывающей и тяжелой промышленности, которые сами по себе подлежат утилизации;

в) процесс переработки длится от 1 до 24 часов, в зависимости от состава и крупности бытовых отходов, полностью контролируется и дает возможность получать органо-минеральное удобрение с необходимыми свойствами и показателями;

г) возможность организации производства непрерывного действия и замкнутого цикла;

д) конечный продукт – органо-минеральное удобрение — ликвидный;

е) побочными продуктами в процессе переработки являются СО2 и тепло, которые также могут быть использованы для хозяйственных и производственных нужд;

ж) полученное органо-минеральное удобрение является экологически чистым.

Социальный аспект:
а) быстрая и экологически безопасная переработка органической части бытовых отходов дает возможность замкнуть цепь безотходного цикла в утилизации бытового мусора и вторичного использования его в виде универсального органо-минерального удобрения, что существенно повлияет на улучшения состояния окружающей среды и решения одной из главных проблем человечества;
б) получение универсального мелиоранта с регулируемыми свойствами существенно расширяет возможности и сферы его использования. Прежде всего это — сельское и лесное хозяйство, мелиорация солонцов и солончаков, которые занимают огромные территории на юге Украины, земель с плохими водно-физическими свойствами, освоение техногенно-нарушенных земель, (биологическая рекультивация в районах открытой добычи полезных ископаемых, шлако- и шламохранилищ, образовавшихся в результате деятельности горнообогатительных предприятий и тепловых электростанций, мест нефтедобычи и подземной выплавки серы), лесопарковое строительство и создание зеленых зон на засоленных почвах вдоль морских побережий, то есть, освоение и вовлечение в хозяйственный оборот земель ранее не используемых в производственной сфере.

Финансово-экономический аспект:
а) требуются значительно меньшие капиталовложения в организацию переработки и утилизации органической части твердых бытовых отходов по сравнению с существующими технологиями переработки и утилизации мусора;
б) конечный и побочные продукты являются ликвидными, что делает переработку органической части твердых бытовых отходов рентабельной;
в) короткий технологический цикл переработки способствует быстрой окупаемости капиталовложений и обороту капитала;
г) переработка твердых бытовых отходов в непосредственной близости от населенных пунктов, дает возможность получения местных органо-минеральных удобрений, которые мало в чем уступают дорогостоящим минеральным удобрениям. К этому следует добавить, что транспортировка последних требует значительных средств, вследствие чего стоимость их, по сравнению с заводской, возрастает более чем в два раза.

1. Артюхин А.М., Державин А.М. Краткий справочник по удобрениям.-М: Колос, 1971, -190 с.

2. Noyon N., Begnand B. Sorting (composting systems for household refuse) // Bio Cycle. — 1990. — V. 31, № 6. Р. 58-60.

3. Дегтярев И.И., Чекарь Е.Ю., Малюга Ю.Е., Тарнопильский П.Б., Кисель В.И. Переработка твердых бытовых отходов в органо-минеральное удобрение и экологические аспекты его использования. Тези доповідей науково-практичної конференції “Екологія Харківщини: стан, проблеми, перспективи.” Харків, 18 травня 2000р., С. 85-87.

4. Пастернак П.С., Смольянинов И.И., Малюга Ю.Е., Шеремет Н.И., Рогулина Л.Н. Авторское свидетельство СССР № 1341173 “Способ получения азотного медленнорастворимого удобрения” от 30.09.87. Бюл. №36, С. 4.

Украинский НИИ лесного хозяйства и агролесомелиорации, г. Харьков. Харьковский государственный аграрный университет. Национальный технический университет “ХПИ”, г. Харьков, Украина.

Источник

➤