Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Рациональное использование земель сельскохозяйственного назначения Челябинской области. Монография
.pdf
при необходимости высушенный продукт брикетировать на прессвалках. Получаемое при таких условиях удобрение содержит до
70% сульфата калия и до 15% сульфата натрия, который соответствует требованиям на такие удобрения [124].
1
Рис. 4.1. Технологическая схема переработки шламов: 1 – емкость для
шлама; 2 - фильтр-пресс; 3 – емкость для фильтрата; 4 – бункер для
песка и шлама; 5 – реактор; 6 – емкость для серной кислоты;
7 – емкость для суспензии сульфата калия; 8 – насос высокого
давления; 9 – распылительная сушилка; 1 – бункер кристаллического
6
5
3
7
сульфата калия
9
При обработке фильтрата серной кислотой протекают одновременно две реакции: вышеприведенная реакция и приведенная
ниже (2):
Na
О +Н2 SO4 -= Na2 SO4 +Н2О. ( 2 )
2
Осадок, содержащий 45–52% оксида марганца, после сушки в комбинированной сушилке возможно использовать повторно в процессе производства ферромарганца или для производства пигментов различных цветов в зависимости от условий
процесса. Для переработки таких отходов возможно применять
оборудование, технологическая схема которого приведена ниже
на рис. 4.2.
121
Рис. 4.2. Технологическая схема переработки марганецсодержащей
пыли: 1 – бункер марганецсодержащей пыли; 2 – емкость для воды;
3 – смеситель; 4 – фильтр-пресс; 5 –емкость для фильтрата; 6 – бункер
для марганецсодержащей пасты; 7 – емкость для серной кислоты;
8 – реактор; 9 – насос высокого давления; 10 – емкость для суспензии
сульфатов калия и натрия; 11 – распылительная сушилка; 12 – бункер
готового удобрения; 13 –комбинированная сушилка; 14 – бункер
оксида марганца
4.5.3. Удобрения из отработанных растворов травления
металлов азотной кислотой
Азотная кислота, являясь сильным окислителем, чаще всего
применяется как окислитель в различных технологических процессах. Она в значительном количестве применяется при химической обработке металла и т. д. При травлении черных металлов
азотной кислотой образуются азотнокислые отработанные травильные растворы (АОТР) приведенного выше
состава [34, 124].
На предприятиях такие растворы нейтрализуются известью или
известковым молоком, при нейтрализации азотная кислота и нитраты железа взаимодействуют с оксидом кальция по следующим реакциям (3 и 4) [53, 84]:
2Fe(NO
4HNO
+3СаО+ 3Н2О = 3Са(NO3)2 + 2Fe(OH)3 ( 4 )
3)3
+2CаО= 2Ca(NO3)2 +2Н2 О (3 )
3
Получаемые при нейтрализации смеси не находят пока
промышленного применения и длительное время находятся на
122
хранении в шламохранилищах, загрязняя окружающую среду.
Однако из таких отходов возможно получать и ценные продукты, находящие применение в народном хозяйстве: удобрения, железоокисные пигменты, коагулянты и т.д.
Одним из ценных содержащих азот удобрений является нитрат кальция. Его получают нейтрализацией известняком 30%-й
азотной кислоты. Для получения нитрата кальция применяются
башни, нейтрализаторы, отстойники, фильтр-пресса и насосы,
изготовленные из нержавеющей стали марки 1Х18Н9Т [35]. Выпарку получаемого раствора нитрата кальция обычно проводят
под вакуумом и кристаллизацию нитрата кальция до 72–83%-й
концентрации на охлаждающих вальцах или в грануляционной
башне. Для изготовления 1 т 82%-й кальциевой селитры расходуется 3,3 т 25%-го раствора
Са(NО3)2, 2 т пара (6 ата), 75 м3
воды, 23,5 квт-ч электроэнергии [124] .
Получаемые при травлении изделий из нержавеющей стали
азотной кислотой отработанные растворы возможно использовать вместо азотной кислоты для получения азотсодержащего
удобрения – кальциевой селитры и железоокисные пигменты,
используя оборудование действующей станции нейтрализации
таких отработанных растворов. Рекомендованная для переработки АОТР технологическая схема приведена на рис. 4.3 [22].
Процесс получения
удобрения и пигмента протекает путем
нейтрализации азотной кислоты и нитрата железа, находящихся
в отработанном растворе, в реакторе (3) известковой пылью, подаваемой из бункера (2) при постоянном перемешивании до рН,
равного 7,0–7,5. При нейтрализации протекают выше приведенные реакции (1 и 2).
Полученную суспензию подвергают сначала отстаиванию
в радиальном отстойнике (5), а затем фильтрации на фильтрпрессе
(7). Осветленный раствор нитрата кальция из радиального отстойника и фильтрат после фильтр-пресса (7) подают насосом в сборник (6) , в который из сборника (4) добавляет азотной
кислоты до 30%-й ее концентрации в растворе. Затем из сборника (6) раствор перекачивают в реактор (3а), в него же добавляют
из бункера (2а) при постоянном перемешивании
суспензию из-
вестковой пыли.
123
Рис. 4.3. Технологическая схема переработки АОТР: 1 – емкость
для АОТР ; 2, 2а – бункер для известковой пыли; 3 и 3а – реактор;
4 – емкость для азотной кислоты; 5 – радиальный отстойник;
6 – емкость для фильтрата; 7 – фильтр-пресс; 8 – сборник раствора
нитрата кальция; 9 – распылительная сушилка; 10, 10а – конденсатор;
11 – бункер кристаллического нитрата кальция; 12 – бункер для пасты
пигмента; 13 – комбинированная сушилка кипящего слоя; 14 – бункер
готового пиг
мента
При нейтрализации в реакторе протекает реакция (1). После
окончания реакции суспензию передают в сборник (8), из которого она насосом подается для сушки и кристаллизации на
распылительную сушилку (9), в которой при температуре 100–
110 °С протекает выпаривание избыточной влаги из раствора и
кристаллизация тетрагидрата нитрата кальция до его содержания
72–82 % по приведенной ниже реакции (5) [81, 124].
Са(NО
+ 4Н2О = Са(NО3) 2·4Н2О. (5 )
3)2
Кристаллический тетрагидрат нитрата кальция из сушилки шнеком подается в бункер кристаллического нитрата кальция
(11), из которого он затаривается в резинокордовые контейнеры. Влага, выделяемая при сушке раствора нитрата кальция в
сушилке, кондесируется в конденсаторе (10), конденсат используется для промывки пасты, содержащей гидрат железа, от водорастворимых веществ на фильтрпрессе (7).
124
При фильтрации на фильтпрессе (7) суспензии, полученной
в реакторе (3), от нее отделяется паста гидрата железа, которая после отмывки ее от водорастворимых веществ конденсатом, подаваемым из конденсатора (10), шнеком подается в сборник (12) и далее в комбинированную сушилку (13) для сушки
и измельчения получаемого при сушке продукта. При получении желтого пигмента в
сушилке поддерживается температура
110–120 °С, при получении красного пигмента – 320–330 °С. При
сушке пасты выделяемая влага конденсируется в конденсаторе
(10а ), получаемый конденсат используется для отмывки от пасты
водорастворимых веществ на фильтр-прессе (7). Высушенный и
измельченный в сушилке пигмент шнеком передается в бункер
пигмента (14), из которого затаривается в резинокордовые контейнеры и
используется для изготовления грунтов и красок. Пигменты по качеству соответствуют требованиям ГОСТ 18172-72 и
ТУ 6-10-602-86 на желтый и красный пигменты [124].
При нейтрализации 1 м
3
АОТР, добавке 100 кг азотной кис-
лоты и расходе на нейтрализацию раствора 87 кг оксида кальция
получается 480 кг тетрагидрата нитрата кальция и 195 кг железоокисного пигмента. В сушилке выпаривается 1102 л воды. Однако применять оксид кальция, получаемый прокаливанием кальцита, экономически невыгодно, особенно при наличии в регионе
огромного количества кальцийсодержащих отходов.
4.5.4. Использование
илистых осадков озер и сточных вод
в качестве удобрений
Одним из крупных ресурсов сырья для получения органоминеральных удобрений могут быть илистые осадки озер – сапропели, количество которых в многочисленных озерах Южного
Урала составляет более 1 млрд м
3
[36, 55]. Характерной особен-
ностью озер является аккумуляция поступающих со стоками растворенных веществ, листьев, отходов древесины, а также накопление продуктов жизнедеятельности организмов и водорослей.
Осадки в озерах претерпевают изменения под воздействием
окружающей среды при недостатке кислорода и микроорганизмов в воде озер, образуя сапропели, которые переходят в осадок
в виде
компостов. Содержание органических веществ в минера-
лизованных отложениях составляет около 20–30% в зависимости
125
от условий, состояния окружающей территорий и т.д. Сапропели
некоторых озер содержат в значительном количестве и питательные вещества. Так, например, сапропель озера Еткульское содержит азота в три раза больше, чем в стандартном подстилочном
навозе, а фосфора и калия в нем содержится больше, чем в сапропелях других озер. По
своим качества сапропели не уступают навозу. В некоторых озерах Южного Урала такие осадки достигают
толщины 8–10 м, и они могут быть перспективным сырьем для
производства не только органических удобрений и мелиорантов,
но и сорбентов длительного действия и микробных удобрений –
принципиально нового типа биоценозов.
Как органо-минеральное азотно-фосфорное удобрение с
повышенным содержанием кальция может также применяться гидролизный ил, содержащий более 72% органических веществ, до
3,8% азота, в том числе 1,6% в легкогидрализуемой форме, до
1,1% подвижного фосфора и до 0,3% калия. Кроме того, он со-
держит до 10–18% оксида кальция и ряд других примесей. Внесение ила в количестве 30 т/га с добавкой
калийных удобрений
повышает урожайность картофеля на 30–80% в зависимости от
добавки калийного удобрения.
В значительном количестве в качестве удобрений могут использоваться комплексные осадки сточных вод (ОСВ). Так, проведенные испытания применения в качестве удобрений компостов на основе ОСВ, содержащих азота до 5%, фосфора – 2%,
калия – 0,4%; органических веществ – 50% и кальция – 11–20%,
показали положительные результаты
при внесении их в почву в
количестве 150 т/га. Лучшие результаты получаются при внесении их под зерновые и кормовые культуры под основную обработку почв.
Не менее большое количество качественных удобрений возможно получать из осадков сточных вод, получаемых при утилизации фекальных стоков биологическим методом. Биологическая очистка
сточных вод эффективно может осуществляться
как в естественных, так и в искусственных условиях. Одной из
важнейших проблем в работе очистных сооружений является
использование образующихся осадков. Независимо от применяемого метода очистки сточных вод на первой стадии осадки
уплотняют, применяя графитационные, флотационные, центро-
126
бежные и вибрационные методы. Это позволяет удалить из них
до 60% влаги и сократить массу осадков в 2,5 раза.
При обработке фекальных стоков идет разложение органических компонентов под действием микробов. Этот процесс протекает в три стадии [36, 55]. На первой стадии ил при наличии
кислорода подвергаются воздействию аэробных организмов с
образованием углекислого газа
и воды, выделяется тепло и раз-
множаются аэробные организмы.
На второй стадии, когда весь кислород исчерпывается или
замещается углекислым газом, аэробные организмы, процветающие при наличии кислорода, погибают. После этого образуются
микроорганизмы, которые жизнеспособны и при отсутствии кислорода. Они разлагают органические соединения на простые соединения: водород, аммиак, углекислый
газ, воду и органические
кислоты.
На третьей стадии размножаются колонии метанообразных
организмов, которые разлагают органические кислоты, выделяя
метан или иные продукты, образуя щелока.
Наиболее простым и эффективным обезвреживанием ила
после удаления из него перечисленных отходов является компостирование. Этот аэробный процесс в промышленных условиях
осуществляют в сложных металлоемких установках – ферментаторах
(биобарабанах, биобашнях). Компостирование можно
осуществлять и в полевых условиях (в открытых штабелях), но
срок переработки осадков при этом увеличивается с 2–4 суток до
нескольких месяцев, и для его проведения потребуется большая
площадь. При аэробном процессе допускается совместная переработка ТБО и осадков сточных вод, взятых в соотношении 7:3.
4.5.5. Получение удобрений из
отходов древесины, расти-
тельности и клубней
В Челябинской области более З0% территории занято лесами (2849,7 тыс. га), что создаёт благоприятные условия для развития работ по заготовке древесины и её эффективной переработке [83].
В процессе ухода за лесными массивами и заготовки древесины образуются отходы: пни, корни, ветки, сучья, хвоя, листья,
а также технологические отходы, количество которых
зависит
127
от пород деревьев и составляет от 8% до 14%. Основными отходами предприятий деревообработки являются кусковые отходы
(горбыль, срезки, рейки и т.д., а на мебельных фабриках и на деревоперерабатывающих участках – опилки, стружка, дроблёнка,
шлифовальная пыль.
В процессе химической переработки древесины образуются:
лигнин (сульфатный и гидролизный), древесная смола, уголь и
сульфитный
лигнин, количество которых зависит от породы дре-
весины и технологии её химической обработки [70].
Отходы, образующиеся при заготовке и обработке древесины, а также при прочистке и прореживании лесов, долгое время
не собирают в кучи, в результате чего они подвергаются гниению
и не пригодны для дальнейшего использования. Не используются
для мелкосортных изделий
отходы разделки древесины (хлысты,
крупные вершины деревьев).
Не полностью используются для изготовления различных
материалов и изделий и опилки, стружка, которые в значительном количестве сжигаются, вывозятся на свалки или используются неэффективно.
В то же время на передовых предприятиях
страны и зарубежными фирмами практически все отходы древесины используются для получения разных строительных материалов , бумаги и т.д., в том числе и для удобрений [41].
На основе коры и опилок разработана технология получения удобрений, взятых в соотношении 1:(1-2) с последующей
выдержкой смеси в
буртах в течение 3–5 месяцев, а на основе
древесной коры, навоза, чёрного щелока и извести, взятых в соотношении 50:50:2:2 с выдержкой 6–7 месяцев, изготавливают
компост для удобрений.
Отходы растительности – это остатки клетчатки (опад листьев;
ботва свеклы, моркови, картофеля; листьев капусты; очистки картофеля; стебли зерновых), образующиеся в больших количествах при
уборке урожая и в домашнем хозяйстве. В небольшом количестве
указанные отходы используются, например, ботва свеклы и рубленая солома для корма скота. Солома после ее химической обработки
применяется
для производства дрожжей, используемых для белкового корма. В сельском хозяйстве солома используется для подстилки
скота. Однако отходы растительности в больших количествах сжигаются или вывозятся на свалку, загрязняя природную среду.
128
Наиболее рациональным и относительно дешевым методом
переработки растительных отходов, в том числе зеленных отходов древесины, является их компостирование, применение которого позволяет получать ценный экологически чистый продукт,
вносимый в почву вместо удобрений. Одновременно с растительными отходами компостированию можно подвергать городской
мусор, сырой осадок и активный ил аэрации, измельченные авто
-
мобильные покрышки и т. д. [68, 167].
Исходное сырье для компостирования перед буртованием
должно быть очищено от металла, стекла, пластмассы, бетона и подвергнуто измельчению. Соотношение углерода и азота
в сырье должно составлять 25: 1-30:1, а фосфора – около 1:2.
В качестве добавок, ускоряющих процесс компостирования, используют активный ил, компост, древесные отходы, солому.
В ферментаторах
поддерживается температура около 55 °С,
влажность не менее 50–60% и парциальная составляющая газовой смеси должна быть не менее 30%. Аэрация снабжает микроорганизмы кислородом, отводя воду, тепло, углекислоту.
Перемешивание реакционной смеси в течение процесса 3–4 раза
предотвращает образование анаэробных зон. Процесс компостирования протекает в течение 4–20 суток в автоматизированных вращающихся и до 3 месяцев
– в стационарных установках. При компостировании зеленных отходов в буртах их высота не должна превышать
1,5 м, ширина – 2,5 м, а длина неограниченна.
Состав готового компоста изменяется в зависимости от исходного сырья и в среднем содержит следующие компоненты, %:
органическое вещество – 75–80; углерод – 8–50; фосфор – 0,1–1,6 ;
калий – 0,4–0,6; кальций (в виде СаО) –0,7–1,5. Внесение в почвы
такого
компоста в почвы рекомендуется в зависимости от климатических условий и качества почвенного покрова один раз в
3–4 года из расчета 8–15 т/га.
4.5.6. Переработка и использование лигнина в качестве
удобрений
В процессе химической обработки древесины и ее отходов
образуется лигнин (сульфатный, сульфитный и гидролизный),
который отличается от природного не только по химическому
составу, но и по свойствам. Он применяется для получения раз-
129
личных материалов и изделий, в том числе и для получения древесной смолы, активированного угля и т.д. [70].
Сульфатный лигнин получают в процессе образования
целлюлозы путём обработки древесины едким натрием или сернистым натрием. Полученный в этом процессе чёрный щёлок
используют как добавку к фенолформальдегидной смоле, при
получении бумажных плит, картона, ДСП и как пластифицирующую добавку для улучшения подвижности раствора
и снижения расхода цемента при изготовлении различных бетонных
изделий.
Сульфитный лигнин, образующийся при кислотном способе производства целлюлозы, представляет собой водный раствор
бисульфитов магния или натрия. Его применяют для укрепления
низкопрочных материалов и грунтов, а также в качестве пластификаторов цементобетонов. Упаренный сульфитный лигнин
(сульфитно-спиртовая барда) используется в
строительстве в ка-
честве клеящего пластифицирующего, а также в качестве дубящего средства.
При обработке древесины соляной или серной кислотой
при температуре 180–185
0
С и давлении 1,2–1,4 МПа образуется гидролизный лигнин. Это сложный конгломерат различных
веществ – природного лигнина, полисахаридов, смол, жиров,
воска, минеральных и органических
веществ. Высушенный и вы-
держанный в течение 2–3 дней лигнин применяют в цементном
производстве для интенсификации размола клинкера, в производстве портландцемента – как пластифицирующую добавку,
в дорожном строительстве – как заменитель каменноугольного
дёгтя, а в производстве пористого кирпича – для повышения пористости и прочности изделий.
В смеси с полимерами гидролизный лигнин повышает проч
-
ность изделий, может служить основным компонентом для производства высококачественных кровельных материалов, обеспечивая в смеси с резиной и битумом высокие физико-механические
свойства изделий.
Лигнин в смеси торфа, навоза, угля применяется также для
изготовления комплексных удобрений различного состава, что
подтверждается приведенными ниже данными.
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]