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 дм³. Реактор заполняли технической водой с рН 7. В сорбционную колонку (диаметр 3 см, высота 20 см) загружали 125 см³сульфокатионита 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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1