Способ получения биогумуса из осадка канализационных сточных вод

 

Изобретение относится к обработке осадков сточных вод и может быть использовано для их утилизации и переработки на органоминеральные удобрения. Сущность изобретения: в свежий осадок сточных вод вводят аэробные микроорганизмы в виде активного ила и мицеллий плесневых грибов. Далее субстрат продувают подогретым до 40-50°С воздухом в течение 15-30 ч, затем смешивают с сухим илом иловых полей и вводят культуру дождевых червей типа Dendrobena vinjetta. Периодически добавляют свежий дезодорированный осадок сточных вод в качестве подкормки. Способ позволяет сократить продолжительность процесса получения биогумуса в 4-6 раз. 1 ил. 5 табл.

Изобретение относится к обработке осадков сточных вод и может быть использовано для их утилизации и переработки на органоминеральные удобрения.

Известны способы обеззараживания и переработки сточных вод в комплексные органоминеральные удобрения, в частности.

Этот способ включает биологическую очистку сточных вод, химическое осаждение известью, карбонизацию углекислым газом, фильтрование через нейтральную загрузку, повторное фильтрование через слой ионообменного сорбента, регенерацию сорбента, нейтрализацию регенеративного раствора смесью осадков, полученных после химического осаждения известью и карбонизации сточных вод, и сушку.

Данный способ отличается многостадийностью и сложностью процесса, а также значительной энергоемкостью, что является его недостатками.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ производства биогумуса из навозсодержащих смесей с использованием дождевых червей. Согласно данному способу перерабатываться могут различные органические отходы как сельскохозяйственного, так и промышленного производства, например, навоз различных животных, отходы пивоварения, чистые органические городские стоки и отходы, торф, ботва и т.д. но основой субстрата должен быть навоз, разбавляемый наполнителями до содержания протеина не более 30% Навозсодержащую смесь отходов подвергают естественной ферментации в течение 5-16 мес. В процессе ферментации поддерживается влажность субстрата 75-80% температура под воздействием микроорганизмов поднимается до 45-50^оС. Окончание процесса ферментации определяется по снижению температуры до температуры окружающей среды. Далее базовый субстрат, прошедший ферментацию, промывают водой в течение 16-30 дн для удаления вредных компонентов (мочевой кислоты, сероводорода, аммиака) и достижения оптимального рН 6,8-7,2. После этого проводят заселение дождевыми червями (гибридом красных калифорнийских). Периодическую подкормку червей субстратом того же состава осуществляют весной, детом и осенью через 7-10 дн, зимой через 25-35 дн, при этом поддерживают постоянным оптимальный уровень влажности 70-80% Период формирования гумуса 6 мес. На одну грядку для производства биогумуса (ложе) размером 2х1 м требуется отходов 10-12 ц органического вещества в год, 40% из которого идет на удовлетворение жизненных потребностей червей, а 60% выделяется в виде биогумуса. Плотность заселения одного ложа 30-100 тыс.червей. Одно ложе дает в год 4-6 ц биогумуса и 100 кг биомассы червей.

Недостатком описанного способа является его большая продолжительность, связанная с длительной (6-13 мес) подготовкой навозсодержащих отходов перед заселением червей. Кроме того, способ предусматривает обязательное использование добавок навоза в процессе выращивания червей и не раскрыт применительно к переработке осадка канализационных сточных вод.

Предлагаемое техническое решение позволяет избежать указанных недостатков и сократить продолжительность процесса.

Это достигается тем, что в свежий осадок сточных вод вводят аэробные микроорганизмы в виде активного ила и мицелий плесневых грибов, продувают подогретым до 40-50^оС воздухом в течение 15-30 ч. Далее субстрат смешивают с наполнителем, в качестве которого используют сухой ил иловых полей очистных сооружений, после чего вводят культуру дождевых червей вида Dendrobena vinjetta. Периодически добавляют подкормку. В качестве подкормки используют свежий осадок сточных вод, обработанный вышеописанной продувкой подогретым воздухом.

Предлагаемый способ отличается от известного иными приемами проведения процесса ферментации органосодержащих отходов, а именно, наличием операции продувки осадка сточных вод подогретым до 40-50^оС воздухом с предварительным введением в свежий осадок добавок аэробных микроорганизмов в виде активного ила и мицелия плесневых грибов. Кроме того, отличны от прототипа культура червей и режимные условия их выращивания, а именно смешивание с сухим илом иловых полей.

В практике очистки канализационных сточных вод известен прием аэробной стабилизации, которой подвергают активный ил или его смесь с сырым осадком перед их уплотнением и складированием. Аэробная стабилизация осадка может осуществляться при 8-35^оС в специальных сооружениях (аэротенках). Рекомендуемая интенсивность аэрации не менее 6 м³/м² ˙ ч, продолжительность процесса для смеси осадка и активного ила 8-12 сут при 20^оС, а при увеличении температуры на 10^оС продолжительность стабилизации может быть сокращена в 2-2,2 раза.

Сопоставление указанного приема аэробной стабилизации осадка сточных вод с операцией продувки подогретым воздухом в предлагаемом решении позволяет выявить отличия в этих приемах и их назначениях. Аэробная стабилизация осуществляется при более низкой температуре (8-35^оС) и в соответствии мицелия плесневых грибов, поэтому при рекомендуемой продолжительности операции (15-30 ч) не может осуществляться процесс ферментации органических отходов (бактериально-микробного возгорания органики), а происходит лишь частичное окисление органических соединений, содержащихся в сточных водах, и дезодорация, т.е. удаление дурно пахнущих газов аммиака, сероводорода. Внесение добавок мицелия плесневых грибов и более высокая температура воздуха при аэрации в предлагаемом решении позволяет в весьма короткий срок (15-30 ч) осуществить глубокое бактериальное окисление и разложение органических компонентов осадков. При этом совмещаются процессы ферментации и удаления из субстрата вредных компонентов мочевой кислоты, аммиака, сероводорода, что также существенно сокращает общую продолжительность процесса. Кроме того, кратковременность процесса ферментации осадка, как показали исследования, позволяет в значительной мере сохранить в субстрате исходное содержание таких ценных компонентов, как азот, фосфор, калий, которые при длительной ферментации в естественных условиях вымываются. Таким образом, в предлагаемом решении использованный прием имеет отличия от известного, к тому же его использование дает новый дополнительный эффект.

П р и м е р 1. Опытные работы проведены на действующих очистных сооружениях биологической очистки промбытовых стоков г.Симферополя. Взяты 3 об.ч. осадка первичных отстойников с влажностью 99% 1 об.ч. активного ила из аэротенков и 1 об.ч. мицелия плесневых грибов, отобранного среди иловых полей очистных сооружений совместно с сухим осадком (илом). Далее компоненты смешаны в емкости и подвергнуты обработке в течение суток (24 ч) подогретым до 50^оС воздухом. Расход воздуха 6 м³/м² ˙ ч. Обработанный субстрат доведен до влажности 80% сухим илом иловых полей, затем в него вселены дождевые черви вида Dendrobena vinjetta в количестве 3,3 тыс. особей на 1 м³. В течение месяца 1 раз в неделю проводилась подкормка, которой служил свежий осадок сточных вод (без всяких добавок), обработанный в течение 15 ч подогретым до 40^оС воздухом. Добавки подкормки вводили до влажности 80-85% Внесение нового корма привлекало червей, а в старом субстрате оставались их коконы. Через два месяца все черви переселены в новый субстрат, при этом старый представляет собой готовое удобрение (биогумус). В табл.1 представлены результаты анализа проб биогумуса через 20 (проба 3-1) и 65 дн (3-2-3) с момента заселения червей. Выход биогумуса составил 55,56% один червь в среднем перерабатывал в сутки 1,3 г осадка.

П р и м е р 2. Взято 18 об.ч. свежего осадка сточных вод с влажностью 98% которые смешаны в емкости с 1 об.ч. активного ила и 1 об.ч. мицелия плесневых грибов. Далее смесь обрабатывали подогретым до 40^оС воздухом при интенсивности аэрации 6,2 м³/м² ˙ ч в течение различного времени. При этом анализировали в отходящих газах содержание аммиака и сероводорода, наличие фекальных запахов, а также определяли температуру субстрата. Результаты представлены на чертеже. При продолжительности обработки менее 15 ч не достигается необходимая полнота удаления аммиака и сероводорода, продолжение обработки свыше 30 ч не увеличивает содержание вредных компонентов в отходящих газах, оно практически очень мало, что свидетельствует об окончании дезодорации. Поэтому проводить продувку свыше 30 ч нецелесообразно.

Вышеуказанная смесь осадка, активного ила и мицелия плесневых грибов, обработанная подогретым до 40^оС воздухом в течение 15 ч, далее смешана с наполнителем (сухим илом иловых полей) до влажности 90% затем в субстрат введена культура дождевых червей вида Dendrobena vinjetta в количестве 4,0 тыс. особей на 1 м³. Подкормку дезодорированным осадком осуществляли 1 раз в 10 дн до влажности субстрата 90% и созревания биоудобрения. Окончание процесса определялось, как и в примере 1, по переселению червей полностью в новый корм. Некоторые средние из 2-3 проб показатели анализов биоудобрения через 35 и 63 дн с начала заселения культуры червей приведены в табл.2.

Результаты опытов примеров 1 и 2 свидетельствуют о том, что при использовании предлагаемого способа можно получить органическое удобрение достаточно хорошего качества, в том числе удовлетворяющее санитарным требованиям.

Следует остановиться на режимных условиях процесса в опытах 1 и 2. Влажность свежего осадка в опытах составляла 98-99% что является обычной для установок биологической очистки промбытовых сточных вод. Повышение содержания твердого в осадке более 2% потребует значительных дополнительных затрат, а при влажности более 99% содержание органики в корме оказывается недостаточным черви не принимают эту пищу.

Доли аэробных микроорганизмов (активного ила) и мицелия плесневых грибов в субстрате опытов 1 и 2 составляли 5-20% (каждого компонента), а остальное свежий осадок. Окончание операции продувки определяли по отсутствию фекальных запахов и аммиака в отходящих газах.

П р и м е р 3. Свежий осадок сточных вод с влажностью 98% подвергался совместно с добавкой 10% активного ила обычной аэробной стабилизации, согласно известному аналогу в течение 4 сут (96 ч). Температура воздуха около 40^оС, расход 6-6,2 м³/м²˙ч. Мицелий плесневых грибов не вводили. Далее добавляли наполнитель сухой ил иловых полей до влажности 85% и вносили в субстрат культуру дождевых червей Dendrobena vinjetta в количестве около 5 тыс. особей на 1 м³. Подкормку червей производили еженедельно свежим дезодорированным осадком сточных вод. Созревание биогумуса наступило через 3 мес. В табл.1 приведены результаты анализа биогумуса через 20 дн с момента заселения червей (проба 2-1) и 90 дней (проба 2-2-3). Выход биогумуса около 50% Как следует из данных, полученных в примерах 1-3, введение плесневых грибов в смесь перед продувкой теплым воздухом значительно сокращает продолжительность обработки субстрата (сравнить данные по продолжительности созревания биогумуса, а также скорость наращивания содержания гумуса в опытах 1 и 3). Добавки мицелия плесневых грибов от 5 до 20 об. в смеси обеспечивают также сокращение продолжительности аэрации до 15-30 ч, в то время как без таких добавок (только с активным илом) аэробная стабилизация даже с учетом повышения температуры должна производиться в течение не менее 48-72 ч. Пpи этом с использованием известного приема полной ферментации органики не происходит, что подтверждается удлинением продолжительности процесса созревания биогумуса в примере 3.

Повышение добавок мицелия плесневых грибов более 20% экономически нецелесообразно, так как уменьшается количество обрабатываемого свежего осадка. То же следует сказать и об активном иле. Более высокую долю добавок (в сумме до 40% ) можно вводить на стадии запуска процесса в эксплуатацию, в дальнейшем возможно снизить суммарное содержание добавок до 10% П р и м е p 4. Взятые пробы с иловых полей N 7 и N 14 осадка сточных вод, в свое время подвергавшегося аэробной стабилизации, а затем прошедшего естественную ферментацию в течение 3-4 лет на иловых полях очистных сооружений г. Симферополя. Путем разбавления свежим осадком подготовлен субстрат с влажностью 80% в который вносили культуру дождевых червей вида Dendrobena vinjetta аналогично опыту в примере 1. Однако черви в субстрат не входили, от корма отказывались. Анализы проб осадка (см. табл.3) показали, что содержание биогенных компонентов в осадках, прошедших естественную ферментацию, резко понижено по сравнению с ферментацией по предлагаемому способу (сравнить данные табл.1 и 3).

П р и м е р 5. Брались готовые формы красных калифорнийских червей с субстратом из навоза крупного рогатого скота и проводились опыты для их использования при переработке осадка сточных вод. При соотношении готового субстрата с червями и осадка сточных канализационных вод равном (1:1) (10:1) черви в толщу субстрата не входят, при соотношении (15-20):1 входят лишь некоторые особи частью тела и избегают через несколько минут. При соотношении 25:1 вошли 37 и 45, однако в течение первых пяти дней побелела у части червей треть тела (задняя часть), а в последующие пять суток побелели все черви и появился гнилостный запах субстрата.

В то же время, как следует из примеров 1-3, дождевые черви вида Dendrobena vinjetta хорошо переносят в качестве среды обитания и корма осадок канализационных сточных вод, прошедший обработку согласно предлагаемому способу, без каких бы то ни было других органических добавок.

Дождевые черви ведут ночной образ жизни, не выносят сухости. При влажности 57-60% избегают субстрата и собираются в более влажных местах. Их активность теряется уже при влажности 70% Аналогично, при повышении влажности более 95% активность червей также падает, они вытягиваются в длину и практически прекращают брать корм. Опытным путем установлен оптимальный для жизнедеятельности дождевых червей вида Dendrobena vinjetta диапазон влажности среды обитания 80-90% Вид Dendrobena vinjetta является жизнеспособным и устойчивым в условиях Юга Европейской части Союза.

П р и м е р 6. Пробу биогумуса, полученного, как описано в примере 2, добавляли в почву в количестве 1% и выращивали огурцы трех сортов. Другие удобрения не вносились. Контрольные опыты проводились без каких-либо добавок, в том числе без биогумуса. Результаты по урожайности, содержанию нитратов и тяжелых металлов приведены в табл.4 и 5, а также данных ЦИНАО от 26.11.91 г. Отмечена прибавка урожайности и снижение вредных компонентов.

Проведенные исследования показали, что предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет значительно, в 4-6 раз, сократить продолжительность процесса получения биоудобрений с использованием дождевых червей. Способ по выполнению проще, чем по прототипу, а также не требует никаких других добавок, кроме сухого осадка сточных вод (сухого ила иловых полей). Важным преимуществом способа является возможность утилизации промбытовых канализационных стоков путем их превращения в биоудобрения.

По сравнению с широко распространенными методами обеззараживания и переработки сточных вод на станциях биологической очистки промбытовых стоков предлагаемый способ также имеет ряд несомненных преимуществ. Исключаются энергоемкие процессы обезвоживания осадка, в 6-8 раз сокращаются сроки хранения утилизируемого осадка (не более 6 мес против 36-48 мес по действующей технологии), что позволяет соответственно сократить площади иловых прудов. Предлагаемая практически безотходная технология утилизации осадка сточных вод позволяет улучшить экологическую обстановку в районе действия очистных сооружений, предотвратить дальнейшее загрязнение окружающей среды. Кроме того, способ может быть осуществлен с использованием оборудования действующих очистных сооружений. Несложные ориентировочные расчеты свидетельствуют о возможности получения годового экономического эффекта от реализации биогумуса в сумме свыше 10 млн.руб. для очистных сооружений с производительностью порядка 200 тыс.м³ (сутки сточных вод).

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГУМУСА ИЗ ОСАДКА КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СТОЧНЫХ ВОД, включающий обработку смеси органосодержащих отходов, удаление вредных компонентов, заселение культурой дождевых червей и периодическое их подкармливание до созревания биоудобрения, отличающийся тем, что перед обработкой в свежий осадок сточных вод вводят аэробные микроорганизмы в виде активного ила и мицелий плесневых грибов, подогрев смеси и удаление вредных компонентов осуществляют продувкой подогретым до 40-50^oС воздухом в течение 15-30 ч, после чего добавляют сухой ил иловых полей в количестве, обеспечивающем влажность 80-90% а в качестве культуры дождевых червей вводят червей вида Denorobena vinjetta при добавлении свежего дезодорированного осадка сточных вод в качестве подкормки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4