RU2569533C1 - Reagentless method of treatment and decontamination of sewage sludge - Google Patents

Abstract

FIELD: ecology.

SUBSTANCE: method comprises sludge treatment with super-high-frequency electromagnetic radiation. The mixture of sewage sludge, which is a primary sludge and excess activated sludge in the ratio of 1:2 is treated in a microwave oven having the metal walls. The radiation power is 800-1000 W, the duration of sludge treatment is 5-10 minutes, the frequency of radiation is 3.109-3.1010 Hz.

EFFECT: reduction of content of heavy metals in sludge, reduction of volume, moisture content reduction, increase in the speed of sedimentation and filtration, disinfection, reduction of stickiness, absence of the sludge putrescibility.

6 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам обработки и обезвреживания осадков сточных вод, образующихся на городских очистных сооружениях канализации (ГОСК).The invention relates to methods for the treatment and disposal of wastewater sludge generated in urban wastewater treatment plants (GOSK).

Осадки сточных вод (ОСВ) представляют собой суспензии, выделяемые из сточных вод в процессе их механической, биологической и физико-химической очистки. Основными видами осадков на ГОСК являются первичный осадок, задерживаемый первичными отстойниками, и избыточный активный ил из вторичных отстойников. Пространственная структура осадков является коллоидной системой, в которой дисперсная фаза состоит из твердых частиц органического и минерального происхождения, а дисперсная среда - вода с растворенными в ней веществами. Плохая водоотдача осадков, содержание тяжелых металлов, а также зараженность патогенными бактериями затрудняет их последующую обработку и утилизацию.Wastewater sludge (WWS) is a suspension released from wastewater in the process of mechanical, biological and physico-chemical treatment. The main types of sediments at GSCC are the primary sediment trapped by the primary sedimentation tanks, and excess activated sludge from the secondary sedimentation tanks. The spatial structure of sediments is a colloidal system in which the dispersed phase consists of solid particles of organic and mineral origin, and the dispersed medium is water with substances dissolved in it. Poor rainfall loss, heavy metal content, as well as contamination with pathogenic bacteria makes it difficult for their subsequent processing and disposal.

Основными способами улучшения свойств ОСВ являются применение химических реагентов (коагулянты и флокулянты) и последующее механическое обезвоживание, например патент РФ 2484024. Большинство реагентов токсичны и служат источниками вторичного загрязнения осадков сточных вод.The main ways to improve the properties of WWS are the use of chemical reagents (coagulants and flocculants) and subsequent mechanical dehydration, for example, RF patent 2484024. Most reagents are toxic and serve as sources of secondary pollution of sewage sludge.

Воздействовать на свойства осадков можно не только химическими реагентами, но и физическими полями, например сверхвысокочастотным электромагнитным полем (СВЧ ЭМП). Биофизическое действие электромагнитного излучения связано с ионизацией молекул вещества и образованием возбуждающих частиц, которые вступают во взаимодействие между собой и другими молекулами или распадаются с образованием свободных радикалов [Исмаилов Э.Ш. Биофизическое действие СВЧ-излучений. М., 1987, с. 5]. Эти процессы вызывают окисление и распад веществ, изменение структуры и снижение активности ферментов клеток микроорганизмов. Известно бактерицидное действие электромагнитного излучения [Классен В.И. Омагничивание водных систем. М.: Химия, 1978, с. 87; Исмаилов Э.Ш. Биофизическое действие СВЧ-излучений. М., 1987, с. 86].It is possible to influence the properties of precipitation not only with chemical reagents, but also with physical fields, for example, a microwave electromagnetic field (microwave electromagnetic field). The biophysical effect of electromagnetic radiation is associated with the ionization of molecules of a substance and the formation of exciting particles that interact with each other and other molecules or decay with the formation of free radicals [Ismailov E.Sh. Biophysical action of microwave radiation. M., 1987, p. 5]. These processes cause oxidation and decomposition of substances, structural changes and a decrease in the activity of enzymes of microorganism cells. The bactericidal effect of electromagnetic radiation is known [Classen V.I. Magnetization of water systems. M .: Chemistry, 1978, p. 87; Ismailov E.Sh. Biophysical action of microwave radiation. M., 1987, p. 86].

Известен способ обеззараживания промышленных сточных вод в импульсном электромагнитном устройстве с напряженностью магнитного поля 70-80 кА/м и частотой 2-10 имп./с [RU 2123477 С1, опубл. 1996].A known method of disinfecting industrial wastewater in a pulsed electromagnetic device with a magnetic field of 70-80 kA / m and a frequency of 2-10 imp./s [RU 2123477 C1, publ. 1996].

Известен способ обеззараживания потока жидкой среды, по крайней мере, одним постоянным магнитным полем. Скорость потока устанавливают равной 0,1-10 м/с, а постоянное магнитное поле создают с вектором магнитной индукции, направленным перпендикулярно потоку жидкой среды и имеющем величину, большую 0,02 Тл [RU 2126772 С1, МПК C02F 1/48, опубл. 1998].A known method of disinfecting a flow of a liquid medium with at least one constant magnetic field. The flow velocity is set equal to 0.1-10 m / s, and a constant magnetic field is created with a magnetic induction vector directed perpendicular to the fluid flow and having a value greater than 0.02 T [RU 2126772 C1, IPC C02F 1/48, publ. 1998].

Известен способ антибактериальной обработки потока жидкой среды воздействием на закрученный поток жидкости магнитным и электрическими полями и создание градиента концентрации ионов [RU 2376247 С2, МПК C02F 1/48, опубл. 2006].A known method of antibacterial treatment of a fluid flow by exposing the swirling fluid flow to magnetic and electric fields and creating an ion concentration gradient [RU 2376247 C2, IPC C02F 1/48, publ. 2006].

Известен комплексный способ безреагентной очистки сточных вод и брикетирования, включающий обеззараживание брикетов осевшего ила в печах СВЧ [RU 2431610 С2, МПК C02F 9/12, опубл. 20.10.2011].Known is a comprehensive method of reagent-free wastewater treatment and briquetting, including disinfecting briquettes of settled sludge in microwave ovens [RU 2431610 C2, IPC C02F 9/12, publ. 10/20/2011].

Недостатками вышеперечисленных способов является в некоторых случаях низкая эффективность, узкое применение электромагнитного излучения - только бактерицидное действие на конечном этапе обработки сточных вод.The disadvantages of the above methods are in some cases low efficiency, the narrow application of electromagnetic radiation is only a bactericidal effect at the final stage of wastewater treatment.

Задачей изобретения является создание безреагентного способа обработки ОСВ, имеющего многофакторное действие (улучшение ряда свойств осадков), обладающего высокой эффективностью, экономически выгодного и простого в осуществлении.The objective of the invention is the creation of a non-reagent method for the treatment of WWS having a multifactorial effect (improving a number of properties of precipitation), having high efficiency, cost-effective and easy to implement.

Технический эффект - улучшение основных свойств осадков: снижение содержания тяжелых металлов, уменьшение объема осадка, снижение влажности, увеличение скорости отстаивания и фильтрования, обеззараживание, уменьшение липкости, отсутствие загниваемости.The technical effect is the improvement of the basic properties of precipitation: a decrease in the content of heavy metals, a decrease in sediment volume, a decrease in humidity, an increase in the rate of sedimentation and filtration, disinfection, a decrease in stickiness, and the absence of decay.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе безреагентной обработки смесь осадков, представляющую собой первичный осадок и избыточный активный ил в соотношении 1:2, подвергается сверхвысокочастотному электромагнитному излучению (СВЧ ЭМИ) при этом мощности излучения 800-1000 Вт, частота излучения 3*10⁹-3*10¹⁰ Гц, продолжительность обработки - 5-10 мин.The specified technical result is achieved by the fact that in the non-reagent processing method, the precipitation mixture, which is the primary precipitate and excess activated sludge in a ratio of 1: 2, is subjected to microwave radiation (UHF EMP) with a radiation power of 800-1000 W, radiation frequency 3 * 10 ⁹ -3 * 10 ¹⁰ Hz, the processing time is 5-10 minutes

Экспериментально доказано, что мощность электромагнитного излучения и время обработки зависят от объема обрабатываемого осадка. Так для объема 500 мл оптимальная мощность составляет до 1000 Вт и продолжительность 5-10 мин. Увеличение мощности СВЧ генератора и времени обработки приводят к ухудшению некоторых свойств осадков (например, при СВЧ обработке более 10 мин снижается содержание ценных органических веществ калия и фосфора), а также к увеличению энергозатрат.It has been experimentally proved that the electromagnetic radiation power and processing time depend on the volume of the processed sludge. So for a volume of 500 ml, the optimal power is up to 1000 watts and a duration of 5-10 minutes. An increase in the power of the microwave generator and the processing time lead to a deterioration of some properties of the precipitation (for example, when microwave processing for more than 10 minutes, the content of valuable organic substances of potassium and phosphorus decreases), as well as to an increase in energy consumption.

Техническое решение поясняется иллюстративными материалами, где на фиг. 1 представлена зависимость снижения объема смеси ОСВ при отстаивании от продолжительности СВЧ ЭМ обработки; на фиг. 2 - зависимость снижения влажности смеси осадков от мощности СВЧ ЭМ обработки; на фиг. 3 - графики сравнения скорости фильтрования смеси осадков; на фиг. 4 показано прилипание исходного осадка сточных вод; на фиг. 5 - прилипание осадка после СВЧ ЭМ обработки; на фиг. 6 показана загниваемость смеси осадков.The technical solution is illustrated by illustrative materials, where in FIG. 1 shows the dependence of the decrease in the volume of the WWS mixture during sedimentation on the duration of the microwave EM treatment; in FIG. 2 - dependence of the decrease in humidity of the precipitation mixture on the power of the microwave EM processing; in FIG. 3 - graphs comparing the rate of filtration of a mixture of sediments; in FIG. 4 shows the adhesion of the initial sewage sludge; in FIG. 5 - adhesion of the precipitate after microwave processing; in FIG. 6 shows the rotability of a mixture of sediments.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

СВЧ электромагнитной обработке подвергается смесь осадков - первичный осадок и избыточный активный ил (1:2) с действующих очистных сооружений канализации г. Тюмени до ввода реагента. Смесь осадков объемом 300-500 мл помещают в СВЧ печь, имеющей металлические стенки. При включении СВЧ печи магнетрон создает электромагнитное излучение с диапазоном волн 10^-1-10^-2 м и частотой 3*10⁹-3*10¹⁰ Гц. Продолжительность обработки составляет 5-10 мин.Microwave treatment is subjected to a mixture of precipitation - primary sediment and excess activated sludge (1: 2) from the existing sewage treatment plant in Tyumen before the reagent is introduced. A mixture of precipitates with a volume of 300-500 ml is placed in a microwave oven having metal walls. When you turn on the microwave oven, the magnetron generates electromagnetic radiation with a wave range of 10 ^-1 -10 ^-2 m and a frequency of 3 * 10 ⁹ -3 * 10 ¹⁰ Hz. The processing time is 5-10 minutes.

В результате осуществления способа по заявленному техническому решению получены следующие результаты:As a result of the implementation of the method according to the claimed technical solution, the following results were obtained:

- значительное (25-35%) уменьшение объема осадка при отстаивании (фиг. 1);- a significant (25-35%) decrease in sediment volume during sedimentation (Fig. 1);

- снижение влажности (с 94,5% до 91,15%) (фиг. 2);- decrease in humidity (from 94.5% to 91.15%) (Fig. 2);

- увеличение скорости фильтрования (в 1,2 раза) (фиг. 3);- an increase in the filtration rate (1.2 times) (Fig. 3);

- уменьшение липкости (фиг. 4, 5);- reduction of stickiness (Fig. 4, 5);

- отсутствие загниваемости осадка сточных вод (осадок отстаивался в лабораторных цилиндрах в течение 1 суток) (фиг. 6);- lack of rotability of the sewage sludge (the sludge was settled in laboratory cylinders for 1 day) (Fig. 6);

- увеличение содержания тяжелых металлов в фугате (фугат - жидкая фаза после отстаивания промытого дистиллированной водой осадка сточных вод). Основные показатели приведены в таблице 1;- an increase in the content of heavy metals in the centrate (centrate is the liquid phase after sedimentation of the sewage sludge washed with distilled water). Key indicators are shown in table 1;

- стерилизация осадка - имеется заключение о проведении паразитологического исследования в испытательный лабораторный центр ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Тюменской области». Определяемые показатели: цисты лямблий (Giardia intestinalis), яйца и личинки гельминтов. Результаты исследований: в пробе смеси осадков после обработки СВЧ излучением данные виды патогенных микроорганизмов не обнаружены.- sediment sterilization - there is a conclusion on conducting a parasitological study at the testing laboratory center of the Federal State Health Institution “Center for Hygiene and Epidemiology in the Tyumen Region”. Defined indicators: lamblia cysts (Giardia intestinalis), eggs and helminth larvae. Research results: in the sample of the precipitation mixture after treatment with microwave radiation, these types of pathogenic microorganisms were not found.

Таблица 1Table 1 Содержание тяжелых металлов в фугатеThe content of heavy metals in the centrate № п/пNo. p / p Наименование показателяName of indicator Содержание показателя (на сух. вещество) фугат без обработки, мг/кгThe content of the indicator (dry. Substance) centrate without treatment, mg / kg Содержание показателя (на сух. вещество) фугат с СВЧ ЭМ обработкой, мг/кгThe content of the indicator (on dry matter) is a centrate with microwave EM processing, mg / kg 1one РтутьMercury 0,1450.145 0,1460.146 22 СвинецLead 35,4235.42 41,9941,99 33 ЦинкZinc 145,00145.00 151,00151.00 4four НикельNickel 19,4319.43 20,6820.68 55 ХромChromium 25,2125.21 29,7529.75

Предлагаемый способ позволяет без применения реагентов улучшить ряд свойств ОСВ, значительно сократить время обработки. Например, СВЧ обработка осадка в течение 10 мин приводит к гибели всех известных патогенных бактерий, а для полного обеззараживания ОСВ на иловых полях требуется 3-4 года. В результате использования СВЧ ЭМИ получают безопасный продукт для повторного использования, например, в качестве удобрения в сельском хозяйстве, для восстановления почв, производства строительных материалов, строительства дорог и др.The proposed method allows without the use of reagents to improve a number of properties of the WWS, significantly reduce processing time. For example, microwave treatment of the sediment for 10 minutes leads to the death of all known pathogenic bacteria, and for complete disinfection of WWS in silt fields, 3-4 years are required. As a result of the use of microwave EMP, a safe product is obtained for reuse, for example, as fertilizer in agriculture, for soil restoration, production of building materials, road construction, etc.

Отличительной особенностью заявленного способа является то, что впервые показана возможность применения СВЧ электромагнитного излучения для улучшения ряда свойств осадков сточных вод - увеличение скорости протекания процессов обработки, снижение содержания тяжелых металлов, снижение влажности и др. Простота применяемого оборудования позволяет получить универсальный и относительно недорогой способ обработки осадков.A distinctive feature of the claimed method is that it has been shown for the first time that microwave electromagnetic radiation can be used to improve a number of wastewater sludge properties — increasing the speed of processing processes, reducing the content of heavy metals, decreasing humidity, etc. The simplicity of the equipment used makes it possible to obtain a universal and relatively inexpensive method of processing precipitation.

Выполненные сравнительные экономические расчеты по обоснованию применения СВЧ ЭМИ при обработке осадков сточных вод показывают, что затраты на обезвоживание осадков сточных вод СВЧ излучением в 1,5 раза ниже, чем затраты при использовании флокулянта, применяемого сегодня на ГОСК г. Тюмени.Comparative economic calculations to justify the use of microwave EMP in the treatment of sewage sludge show that the cost of dewatering sewage sludge from microwave radiation is 1.5 times lower than the cost of using the flocculant used today at Tyumen State Mining and Processing Plant.

Claims (1)

Способ безреагентной обработки и обезвреживания осадков сточных вод, заключающийся в обработке смеси осадков, представляющей собой первичный осадок и избыточный активный ил в соотношении 1:2, сверхвысокочастотным электромагнитным излучением при мощности излучения 800-1000 Вт, частоте излучения 3*10⁹-3*10¹⁰ Гц и продолжительностью 5-10 мин. The method of non-reagent treatment and disposal of sewage sludge, which consists in processing a mixture of sludge, which is the primary sludge and excess activated sludge in a ratio of 1: 2, microwave radiation at a radiation power of 800-1000 W, radiation frequency 3 * 10 ⁹ -3 * 10 ¹⁰ Hz and a duration of 5-10 minutes

Images