PL184149B1

PL184149B1 - Sposób wytwarzania nawozu z odpadów organicznych

Info

Publication number: PL184149B1
Application number: PL96322971A
Authority: PL
Inventors: Erling Fjelldal; Oyvind Vartdal; Svein Slangsvold; Pal Jacobsen
Original assignee: Agronova As
Priority date: 1995-04-25
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 2002-09-30
Also published as: GR3032418T3; CN1104399C; MX9708196A; NZ304426A; EA000148B1; UA35645C2; EA199700339A1; CN1187805A; AU691742B2; GB2300185A; GB9508400D0; DE69604914D1; TR199701234T1; US5976211A; DE69604914T2; PL322971A1; DK0822926T3; EP0822926B1; BR9608334A; AU5160696A

Abstract

1. Sposób wytwarzania nawozu z odpadów organicznych o zawartosci wody od 50% do 90% wagowych i pH w przyblizeniu 9,0 lub wyzszym, znamienny tym, ze wartosc pH odpa- dów organicznych zmniejsza sie o co najmniej 2,0 jednostki pH przez wprowadzenie do nich dwutlenku azotu lub jego prekursora, przy czym jako odpady organiczne stosuje sie odpady rolnicze, przemyslowe lub z gospodarstw domowych albo szlam sciekowy. 17. Sposób wytwarzania nawozu z odpadów organicznych zawierajacych od 50% do 90% wagowych wody, znamienny tym, ze prowadzi sie etapy, w których (a) wartosc pH od- padów organicznych zwieksza sie o co najmniej 2,0 jednostki pH przez dodanie do nich alka- liów, oraz (b) wartosc pH materialu odpadowego otrzymanego w etapie (a) zmniejsza sie o co najmniej 2,0 jednostki pH przez wprowadzenie do tego materialu dwutlenku azotu (NO2 ) lub jego prekursora, pod warunkiem, ze alkalia stosowane w etapie (a) nie sa amoniakiem (NH3 ), a jako odpady organiczne stosuje sie odpady rolnicze, przemyslowe lub z gospodarstw domowych albo szlam sciekowy. PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania nawozu, w którym jako materiał wyjściowy stosuje się odpady organiczne, takiejak odpady rolnicze, przemysłowe lub z gospodarstw rolnych albo szlam ściekowy. Sposobem według wynalazku wytwarza się nawóz organiczny, który jest trwały, nie szkodzi środowisku i jest bogatszy w azot w porównaniu z materiałem wyjściowym. Ponadto populacja drobnoustrojów w produkcie końcowym tego sposobu korzystnie utrzymuje się znacznie poniżej górnej granicy bezpieczeństwa ustanowionej przez różne władze nadzorcze dla tego typu materiałów i jest dostatecznie niska, aby zawartość azotu w nawozie nie była nadmiernie obniżona wskutek metabolizmu drobnoustrojowego przed wprowadzeniem tego nawozu do gleby. Stwierdzono, że nawóz otrzymany sposobem według wynalazku jest co najmniej tak samo skuteczny dla zwiększenia wydajności zbiorów; jak i konwencjonalne nawozy nieorganiczne.

Od wielu lat na rynku nawozów dominowały nieorganiczne nawozy chemiczne. Ostatnio uznano jednak, że wyłączne stosowanie nawozów nieorganicznych jest szkodliwe dla naturalnej zdolności gleby do mikrobiologicznego uzupełniania substancji odżywczych roślin. Nie zawierają one materiałów organicznych niezbędnych do zastąpienia wierzchniej warstwy gleby utraconej przez erozję, a zatem po zastosowaniu są łatwo wymywane do zbiorników wodnych, rzek i jezior powodując ich skażenie.

Z punktu widzenia tych niedogodności stosowanie nawozów opartych na materiale organicznym staje się coraz bardziej powszechne, ponieważ mogą one wzbogacić glebę bez znaczącej szkody dla środowiska. Materiały z odpadów organicznych, takich jak szlam ściekowy lub inne organiczne odpady z gospodarstw domowych, odpady przemysłowe i rolnicze nadaj ją się dobrze do przekształcenia w nawozy organiczne, ponieważ są dostępne w olbrzymich ilościach i gospodarka tymi odpadami sama w sobie stanowi problem dla środowiska.

184 149

Znany jest szereg sposobów przekształcenia odpadów organicznych w nawozy organiczne. Jednakże opłacalny ekonomiczny sposób przetwarzania takich odpadów okazał się trudny do zrealizowania. Byłoby idealnie, gdyby w procesie wytwarzania cała zawartość azotu z odpadów organicznych mogła się wiązać lub wzbogacać, hydrolizować składniki organiczne zwiększając ich podatność do metabolizmu przez mikroorganizmy i rośliny gleby oraz zmniejszać populację drobnoustrojów w odpadach organicznych. Dla osiągnięcia tych celów podejmowano szereg środków. Sterylizację lub dezynfekcję odpadów organicznych przeprowadzono przez poddanie odpadów wysokim temperaturom (pasteryzacja, suszenie) z wykorzystaniem zewnętrznego źródła ciepła. Tak obróbka nie wzbogaca jednak odpadów w jakąkolwiek substancję organiczną. Alternatywnie odpady można kompostować, lecz trwa to całe tygodnie lub miesiące i daje w wyniku materiał objętościowy o wysokiej zawartości wody, któryjest niedogodny w użyciujako nawóz.

Znane są także sposoby wzbogacania odpadów organicznych w substancje odżywcze oraz przeprowadzania hydrolizy składników organicznych. Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki US-5125951 znany jest sposób przekształcania w szlamie ściekowym amoniaku w termicznie trwałe związki, takie jak azot amonowy i fosforan dwuamonowy, przez potraktowanie odpowiednio kwasem azotowym lub fosforowym. Inny znany sposób dający w wyniku hydrolizę składników organicznych i pewną dezynfekcję odpadów polega na potraktowaniu odpadów organicznych kwasem w celu zhydrolizowania składników organicznych i obniżenia wartości pH. Następnie dodaje się alkalia, zwykle amoniak, w celu podniesienia pH do takiej wartości, która byłaby odpowiednia dla zastosowania w glebie. Dodanie amoniaku zwiększa zawartość azotu, a agresywne zmiany pH zmniejszają populację drobnoustrojów. Postępowanie polegające na przykład na stosowaniu kwasu fosforowego lub kwasu siarkowego w celu zakwaszenia odpadów znane jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki US-4743287, europejskiego zgłoszenia opisu patentowego nr EP-0428014 oraz zgłoszenia patentowego nr WO 91/16280. Podobny sposób, w którym środkiem zakwaszającym jest dwutlenek azotu, znany jest z brytyjskiego opisu patentowego nr GB-424260.

Wspólną cechą wszystkich poprzednich sposobów jest to, że zakwaszanie odpadów prowadzi się przed dodaniem alkaliów w celu przywrócenia wartości pH do poziomu w przybliżeniu obojętnego. Natomiast teraz niespodziewanie stwierdzono, że czas reakcji można skrócić i znacznie zwiększyć wydajność procesu, jeżeli pH surowych odpadów najpierw podwyższy się przez dodanie alkaliów, a następnie zakwasi się odpady za pomocą dwutlenku azotu. Taka poprawa wydajności czyni produkcję nawozu z odpadów nadającąsię do handlowego wykorzystania, tym bardziej, że niektóre odpady, na przykład szlam ściekowy, często traktuj e się alkaliami w celu stabilizacji i dezynfekcji przed ich transportem i usunięciem. W takim sposobie osiąga się ponadto dwa cele: wzbogacenia w azot i dezenfekcję przy produkcji trwałego i akceptowanego przez środowisko produktu, który może zawierać więcej niż 50% całkowitej zawartości azotu w postaci azotynów i azotanów.

Według wynalazku, sposób wytwarzania nawozu z odpadów organicznych o zawartości wody od 50% do 90% wagowych i pH w przybliżeniu 9,0 lub wyższym, charakteryzuje się tym, że wartość pH odpadów organicznych zmniejsza się o co najmniej 2,0 jednostki pH przez wprowadzenie do nich dwutlenku azotu lub jego prekursora, przy czymjako odpady organiczne stosuje się odpady rolnicze, przemysłowe lub z gospodarstw domowych albo szlam ściekowy.

Korzystnie NO₂ lub jego prekursora wprowadza się do odpadów organicznych w nadmiarze w stosunku do ilości wymaganej do nadania materiałowi odpadowemu odczynu obojętnego, przy czym prowadzi się dodatkowy etap, w którym do materiału odpadowego wprowadza się amoniak. Korzystnie po wprowadzeniu NO₂ lub jego prekursora materiał odpadowy suszy się. Odpady organiczne zawierają od 20% do 35% wagowych materiału w postaci ciała stałego.

Korzystnie w sposobie tym stosuje się wstępnie przepuszczone przez młyn lub krajarkę odpady organiczne w postaci szlamu o jednolitej wielkości cząstek, korzystnie stosuje się odpady organiczne wstępnie poddane analizie na zawartość substancji odżywczych roślin, metali i toksyn.

W sposobie tymNO2 lub jego prekursor wprowadza się do odpadów organicznych w postaci gazowej lub ciekłej, korzystnie NO2 lub jego prekursor wstrzykuje się do odpadów organicz184 149 nych razem z tlenem. Przed lub po wprowadzeniu NO2 lub jego prekursora do odpadów organicznych korzystnie wprowadza się tlen. Korzystnie NO2 wprowadza się do odpadów organicznych w postaci jego prekursora, na przykład czterotlenku dwuazotu. NO2 wprowadza się w ilości równej od około 10 do około 45% wagowych produktu końcowego.

Do odpadów organicznych korzystnie dodaje się dodatkowe składniki odżywcze. Sposób ten prowadzi się w zbiorniku zamkniętym jako sposób okresowy, albo jako sposób ciągły.

W czasie etapu suszenia zawartość wody w materiale odpadowym zmniejsza się do 20% wagowych lub mniej. Wysuszony nawóz organiczny formuje się w cząstki.

Według wynalazku, sposób wytwarzania nawozu z odpadów organicznych zawierających od 50% do 90% wagowych wody, charakteryzuje się tym, że prowadzi się etapy, w których (a) wartość pH odpadów organicznych zwiększa się o co najmniej 2,0 jednostki pH przez dodanie do nich alkaliów, oraz (b) wartość pH materiału odpadowego otrzymanego w etapie (a) zmniejsza się o co najmniej 2,0jednostki pH przez wprowadzenie do tego materiału dwutlenku azotu (NO2) lubjego prekursora, pod warunkiem, że alkalia stosowane w etapie (a) nie są amoniakiem (NH3), a jako odpady organiczne stosuje się odpady rolnicze, przemysłowe lub z gospodarstw domowych albo szlam ściekowy. Wartość pH odpadów organicznych zwiększa się do wartości pH równej 10,0 lub wyższej przez dodanie alkaliów, a wartość pH materiału odpadowego otrzymanego w etapie (a) zmniejsza się do wartości pH równej 8,0 lub niższej przez wprowadzenie NO2 lub jego prekursora.

Korzystnie przeciwdziała się wzrostowi wartości pH materiału odpadowego spowodowanemu dodatkiem alkaliów w etapie (a) przez wprowadzenie NO2 lubjego prekursora w etapie (b), przywracając zasadniczo wartość pH materiału odpadowego do wartości pH materiału wyjściowego.

Korzystnie NO2 lub jego prekursor w etapie (b) wprowadza się do materiału odpadowego w nadmiarze w stosunku do ilości wymaganej dla przywrócenia wartości pH materiału odpadowego do wartości pH materiału wyj ściowego, przy czym prowadzi się dodatkowy etap, w którym (c) do materiału odpadowego wprowadza się amoniak (NH3).

Suszy się materiał odpadowy otrzymany w etapie (b), a korzystnie suszy się materiał odpadowy otrzymany w etapie (c).

W etapie (a) dodaje się alkalia należące do grupy obejmującej CaO, NaOH, Ca(OH)2 i CaCO3. W etapie (a) jako alkalia korzystnie stosuje się CaO.

Przed, w czasie lub po etapach (a), (b) lub (c) do odpadów organicznych korzystnie dodaje się dodatkowe składniki odżywcze. Jako dodatkowe składniki odżywcze korzystnie stosuje się substancje wybrane z grupy obejmującej azot, fosfor, wapń, magnez, siarkę, potas oraz ich sole.

A zatem zgodnie z pierwszym aspektem wynalazku opracowano sposób wytwarzania nawozu z alkalicznych, organicznych odpadów o zawartości wody nie większej niż 90% wagowych i wartości pH w przybliżeniu 9,0 lub więcej, polegający na wprowadzeniu dwutlenku azotu lub jego prekursora do wymienionego alkalicznego materiału odpadowego w ilości wystarczającej do obniżenia pH przynajmniej o dwie jednostki pH.

W drugim aspekcie wynalazku opracowano sposób wytwarzania nawozu z odpadów organicznych, zawierających nie więcej niż 90% wagowych wody, w którym nie ma wstępnej alkalizacji, polegający na dodaniu alkaliów innych niż amoniak do odpadów organicznych w ilości wystarczającej do zwiększenia wartości pH o przynajmniej dwiejednostki pH, a zwłaszcza zwiększeniajej do 10,0 lub więcej, a następnie wprowadzeniu dwutlenku azotu (NO2) lub jego prekursora do materiału w ilości wystarczającej do zmniejszenia wartości pH o przynajmniej dwie jednostki pH, a zwłaszcza do zmniejszenia jej do 8,0 lub mniej.

W takich sposobach można wytwarzać nawóz, w którym całkowita zawartość azotu wynosi od około 5% do około 9% suchej masy, co jest wystarczające do wielu zastosowań. Sposoby te można jednakże odpowiednio przystosować do wytwarzania nawozu o całkowitej zawartości azotu do około 15% suchej masy. Ilość dodanego NO2jest zwykle taka, aby przeciwdziałać wzrostowi pH spowodowanemu przez dodanie alkaliów, tak że wartość pH jest przywrócona do war6

184 149 tości pH materiału wyjściowego. Poprawne wymagane ilości stechiometryczne alkaliów i NO₂mogą być łatwo obliczone przez specjalistę. Przez podwyższenie ilości dodanych alkaliów należy dodać więcej NO₂ dla zobojętnienia, które ma wpływ na dalsze wzbogacenie odpadów w azot.

Alternatywnie wyższą ogólną zawartość azotu można uzyskać przez wprowadzenie NO₂lub jego prekursora w nadmiarze w porównaniu z ilością wymaganą dla przywrócenia pH odpadów do wartości obojętnej i w ten sposób podwyższyć poziom zakwaszenia. Odczyn obojętny można następnie przywrócić przez wprowadzenie amoniaku. Takie końcowe dodanie amoniaku podwyższa dalej całkowitą zawartość azotu i jest szczególnie korzystne dla nawozu wysokoazotowego ponieważ niski ciężar cząsteczkowy w porównaniu z NO2 umożliwia podwyższenie zawartości azotu w odpadach bez znacznego zwiększenia masy. Jednakże z powodu lotności amoniaku korzystne jest, aby końcowa wartość pH produktu odpowiadała odczynowi nieznacznie kwaśnemu ponieważ łagodzi to utratę zbyt dużej ilości amoniaku do atmosfery.

W nawozach organicznych wytwarzanych sposobami według wynalazku, ciężar procentowy azotu w postaci tlenków azotu takiej jak na przykład azotyny i azotany, j est wyższy niż ciężar procentowy azotu w postaci jonów amoniowych. Tak jest nawet w tych rozwiązaniach wynalazku, w których amoniak dodawany jest w etapie końcowym, ponieważ główne wzbogacenie w azot pochodzi od NO2. Jeżeli amoniak nie jest dodawany, to wytwarza się nawóz, w którym więcej niż 50% wagowo całkowitego azotu występuje w postaci azotanów lub azotynów. Czyni to nawóz według wynalazku bardzo mocnym. Takich zawartości azotanów i azotynów nie uzyskuje się znanymi sposobami wytwarzania nawozów z odpadów organicznych.

Do wytwarzania nawozu nadającego się do wprowadzenia do gleby, który daje się łatwo przechowywać i transportować po różnych opisanych wyżej etapach wytwarzania, odpady .zwykle się suszy, zwłaszcza do zawartości wody 20% wagowo lub mniej, i mogą one być przedmiotem dalszego przetwarzania, jak omówione poniżej.

Każdy odpad przemysłowy, z gospodarstw domowych lub rolniczych nadaje się do przetworzenia na nawóz sposobem według wynalazku, pod warunkiem, że zawiera składnik organiczny i nie zawiera nadmiernej ilości ciężkich metali i innych toksyn. Szlam ściekowy jest szczególnie przydatnym materiałem wyjściowym niezależnie od tego, czy nie jest on poddany obróbce lub alkalinizowany w celu nadania mu właściwości odpowiednich do transportowania lub usunięcia. Zawartość wody w odpadach powinna wynosić korzystnie od około 50% do 90% wagowo, przy czym najbardziej odpowiednimi materiałami sąmateriały o zawartości substancji stałych od około 20% do 35% wagowo. Zawartość wody w jakichkolwiek odpadach organicznych może być oczywiście odpowiednio nastawiona do stosowania sposobu według wynalazku.

Sposoby według wynalazku można realizować w zamkniętych reaktorach okresowych, albo pod ciśnieniem atmosferycznym, albo zwłaszcza pod ciśnieniem podwyższonym, aż do zakończenia cyklu reakcyjnego. Następnie ciśnienie można zmniejszyć w celu odpowietrzenia gazów odpadowych. Alternatywnie, sposób może być sposobem, w którym odbywa się ciągłe doprowadzanie materiału wyjściowego i ciągłe odprowadzanie produktu końcowego, alkaliów, NO2 i innych wprowadzanych dodatków w odpowiednich punktach wtryskiwania wzdłuż drogi odpadów organicznych. I znowu, wyższe ciśnienie jest korzystne podczas mieszania i etapów reakcyjnych ze zmniejszeniem do ciśnienia atmosferycznego lub niższego w celu odpowietrzenia gazów resztkowych w etapie gromadzenia. Reaktor okresowy lub ciągły aparat zasilający są korzystnie izolowane przed stratami ciepła.

Jak wspomniano wcześniej ustalono, że odpady, które alkalizowano wstępnie przed dodaniem kwasu, mają szereg zalet, jakich nie mają sposoby stosowane wcześniej. Początkowa alkalizacja powinna być prowadzona za pomocą amoniaku dzięki jego lotności przy dodawaniu do odpadów, których uprzednio nie zakwaszono. Jednakże do odpowiednich związków alkalicznych do dodawania należy tlenek wapnia (wapno, CaO), wodorotlenek potasowy (KOH), wodorotlenek sodowy (NaOH), wodorotlenek wapniowy (Ca(OH^) oraz węglan wapniowy (CaCO₃). Tlenek wapniowy jest szczególnie korzystnym dodatkiem alkalicznym do stosowania w sposobie według wynalazku. Jak wspomniano wyżej, szlamy ściekowe można poddać obróbce w instalacjach ściekowych za pomocą wapna (CaO). CaO reaguje wtedy z wodą tworząc Ca(OH)2,

184 149 a zatem wywierając efekt suszący na odpady. Tworzy się także fosforan wapniowy, który staje się rozpuszczalny w wodzie, jeżeli za pomocąNO₂ przywraca się wartość pH do odczynu obojętnego, a zatem zwiększając ilość fosforu dostępnego dla roślin.

Ilość dodawanych alkaliów musi z grubsza odpowiadać, w równoważnikach zasad, dodanej ilości NO₂. Tam, gdzie CaO jest jednym środkiem alkalicznym, jego ilość powinna wynosić około 60% ilości NO2 wagowo, dając 6-27% wagowo produktu końcowego. Odpowiednie ilości innych alkaliów można łatwo obliczyć mając na uwadze ich ciężary cząsteczkowe, równoważniki zasad i stałe dysocjacji.

Dodawanie alkaliów jako etap pierwszy w sposobie według wynalazku, pociąga za sobą szereg skutków. Po pierwsze, powoduje hydrolizę alkaliczną składników organicznych zawartych w odpadach, tak że mogą one łatwo ulegać metabolizmowi przez rośliny i bakterie gleby. Po drugie, reakcja chemiczna daje wzrost temperatury odpadów’, co w zależności od temperatury otoczenia, w której prowadzi się proces, może mieć wpływ na zmniejszenie populacji drobnoustrojów. Po trzecie, wzrasta pH, co ułatwia wysoki pobór NO2 w drugim etapie procesu i wywiera skutek bakteriobójczy;.

Odpady alkaliczne wytworzone w pierwszym etapie procesu są trwałe, a zwłaszcza częściowo zdezynfekowane. Mogą one być transportowane i przechowywane bez zapachu i problemów zdrowotnych. Ponieważ unika się niskiego pH, to nie pojawiają się ponadto problemy związane z korozją. Zatem odpady, które nadają się do przekształcenia w nawóz, można przechowywać w stanie zalkalizowanym w ciągu stosunkowo długiego czasu lub można je otrzymywać od dostawcy w stanie wstępnie zalkalizowanym.

We wszystkich rozwiązaniach wynalazku dwutlenek azotu można wprowadzać do odpadów organicznych w postaci ciekłej lub gazowej. Alternatywnie, można stosować prekursor NO2, taki jak czterotlenek dwuazotu lub inne tlenki azotu albo ich sole. Ciekły NO2 można nabywać luzem, przy czym jednak gazowy NO2 wytwarza się korzystnie w miejscu lokalizacji urządzenia do przerobu odpadów. Umożliwia to wykorzystanie ciepła odlotowego z generotora gazu w etapie suszenia produkcji nawozów, co daje oczywiste skutki ekonomiczne. Stosowanie dalej generatora NO2, który przekształca NH₃ w NO2 dostarcza bezpośredniego źródła amoniaku na miejscu przetwarzania, co można wykorzystać w końcowym etapie procesu, jeżeli wymagany jest nawóz wysokoazotowy.

Gdy do reaktora dodaje sięNO2, to reaguje on z wodąwytwarzając kwas azotowy i azotawy zgodnie z równaniem:

2NO2 + H₂O -> HNO3 + HNO2

Wytwarzanie kwasu azotowego i azotawego zmniejsza wartość pH szlamu w kierunku odczynu obojętnego lub niższego. Ilość dodanego NO2 musi być wystarczająca do znaczącego cofnięcia pH odpadów organicznych do wartości pH materiału wyjściowego lub niższej. Podobnie jak w przypadku dodawania wapna, NO2 reaguje z wodą, co wywołuje dalszy efekt suszenia odpadów. Dokładna dostarczona ilość zależy od wymaganego poziomu wzbogacenia w azot i początkowej struktury fizycznej odpadów i będzie wyznaczona także ilością dodanych alkaliów. W typowym przebiegu procesu dodatek NO2 wyniesie około 10 do 45% wagowo produktu końcowego. Pożądaną wartość pH można uzyskać przez wprowadzanie NO2 do reaktora okresowego w ciągu stosunkowo krótkiego okresu czasu od 15 do 20 minut. Jednakże rzeczywisty czas obróbki zależy od typu reaktora, stosowanego ciśnienia, stopnia zmieszania, wielkości cząstek oraz zawartość wody w odpadach. Bardzo krótkie okresy obróbki za pomocą NO2 rzędu kilku minut mogą być wystarczające raczej w reaktorach ciągłych' niż okresowych.

Dla poprawienia przebiegu procesów oksydacyjnych w szlamie do reaktora można wprowadzać tlen, który powoduje wytwarzanie kwasu azotowego, który jest korzystniejszy niż kwas azotawy. Tlen można wstrzykiwać we współprądzie lub przeciwprądzie strumienia NO2 albo razem z nim.

Oprócz procesów opisanych wyżej odpady mogą ewentualnie wymagać innych rodzajów obróbki w różnych punktach, albo przed, albo po obróbce za pomocą alkaliów, NO₂, lub dodatko8

184 149 wego amoniaku. Na przykład zanim rozpocznie się obróbka w kierunku przetwarzania, odpady można korzystnie przekształcić w szlam zawierający cząstki o jednakowej wielkości przez przepuszczenie przez krajarkę lub młyn. Takjakjest to pożądane przy wytwarzaniu nawozu, który zawiera dobrze zrównoważone składniki odżywcze, analizę zawartości składników odżywczych odpadów można prowadzić z punktu widzenia albo materiału wyjściowego odpadów, albo produktu nawozowego, w którym zawartość substancji odżywczych nie jest właściwa. Dodatkowe składniki odżywcze można dodać w odpowiednim momencie podczas i przed suszeniem. Może być na przykład pożądane dodanie azotu, fosforu, wapnia, magnezu, siarki, potasu lub ich soli oraz ewentualnie innych mikroelementów. Na odpadach można prowadzić również próby na materiały toksyczne.

Jak wspomniano wyżej, bez względu na skutki suszące CaO i NO2, poddane obróbce odpady organiczne suszy się dalej, korzystnie do zawartości wody 20% wagowo lub mniej. Suszenie może ułatwić wykorzystanie ciepła odlotowego z urządzenia do wytwarzania gazowego NO2. Po suszeniu nawóz organiczny można wprowadzić do gleby bezjakiegokolwiek dalszego przerobu, lecz w praktyce korzystniej jest uformować nawóz w pigułki lub granulki, które dają się łatwiej transportować i są bardziej praktyczne dla użytkownika.

Sposobem według wynalazku wytwarza się nawóz oparty na odpadach organicznych, który jest dobrze zrównoważony, trwały, łatwy w obchodzeniu się i ma wysoką zawartość azotu w porównaniu z nawozami organicznymi wytwarzanymi poprzednimi sposobami. W nawozie organicznym według wynalazku zawartość azotu wynosi 5% wagowo lub więcej, a zwłaszcza od 5 do 15%. Nawóz jest bogaty w rozpuszczalne związki zawierające azot w postaci odpowiedniej do przyswajania przez rośliny. Nadaje to nawozowi dużą moc, dzięki czemu wystarczy dodawać jego niewielkie ilości na jednostkę powierzchni gleby, a zatem i mniej problematyczna staje się obecność metali ciężkich i toksyn w odpadach. W szczególności wykorzystanie NO₂ jako głównego źródła azotu oznacza, że znacząca część azotu nieorganicznego występuje raczej w postaci azotynu i azotanu niż w postaci jonu amonowego, takjakjest to w przypadku poprzednich sposobów. Azotyny i azotany dają bardziej natychmiastowy efekt wzrostu niż amoniak. Nawóz ma ponadto odczyn obojętny, co oznacza, że użytkownik nie potrzebuje nawozić ziemi wapnem, jak jest to w przypadku stosowanych zwykle bardziej kwaśnych nawozów nieorganicznych.

Dzięki zmianon wartości pH i ewentualnie temperatury, sposób według wynalazku jest skuteczny przy zmniejszaniu populacji drobnoustrojów, tak że spełnia wymagania władz nadzorczych. W typowym procesie termotolerancyjne miano bakteryjne coli (TCB) zmniejsza się od > 2400 przed obróbką do < 100 po obróbce. Granica bezpieczeństwa w Norwegii przy zagospodarowaniu szlamów ściekowych w rolnictwie wynosi 2500 TCB na gram suchego materiału. Zatem sposobem według wynalazku wytwarza się nawóz organiczny dobrze w granicach bezpieczeństwa.

Stosując nawóz według wynalazku przeprowadzono próby polowe. Zaobserwowano wzrost dostępności azotu organicznego od 10-30% do 50-70%. Inaczej niż w przypadku stosowania nawozów mineralnych pH gleby pozostało stałe. Poza tym zaobserwowano dobry wpływ na początkowy i dalszy wzrost roślin oraz niższy procent zbiorów wylęgających i powalonych. Zakrzywione łub złamane źdźbła słomy mogąprzeszkadzać w zbiorach i dawać w wyniku niższą jakość ziarna.

Wynalazek będzie opisany w odniesieniu do następujących przykładów:

Przykład 1

1600 g Szlamu ściekowego umieszczono w reaktorze okresowym, do którego dodano 51,5 g 85% KOH i 56 g CaO. Zawartość reaktora mieszano do uzyskania pH 11,4, po czym wstrzykiwano 200 g NO2 w ciągu dwóch godzin z okresowymi zastrzykami tlenu, aż do zmniejszenia pH ponownie do wartości 6,3. Podczas prowadzenia procesu temperatura materiału odpadów wzrastała od 17°C do 50°C.

Analiza chemiczna materiału wyjściowego i produktu końcowego dała następujące wyniki:

(1) Azot całkowity wzrósł od 2,3% do 12,1% ciężaru substancji suchej.

(2) Azot w postaci azotanów wzrósł od 0,0021% do 10,3% ciężaru substancji suchej.

184 149 (3) Zwiększona zawartość azotu w przeliczeniu na 50 g lub 80% wstrzykniętego azotu.

(4) Azot w postaci jonów amonowych zmniejszył się od 0,75% do 0,20% ciężaru substancji suchej (nie dodawano amoniaku, a strata była spowodowana głównie z powodu wysokiego pH w połączeniu z warunkami atmosferycznymi w tej próbie).

(5) Zawartość suchego materiału wzrosła od 19,5% do 26,2%.

Przykład 2

2000 g Szlamu ściekowego zawierającego około 400 g suchego materiału umieszczono w okresowym reaktorze i zmieszano z 78,5 g CaO. Zawartość reaktora mieszano do uzyskania pH 10,3. Następnie do reaktora wstrzykiwano 13 0 g NO2 w ciągu 15 do 20 minut do zmniej szenia pH do 6,3. W czasie prowadzenia procesu temperatura odpadów wzrastała od 3,5°C do 8°C. Talki niski wzrost temperatury w porównaniu z przykładem 1 był spowodowany bardzo niskimi temperaturami otoczenia, w których prowadzono to doświadczenie, oraz brakiem izolacji naczynia reakcyjnego przed stratami ciepła.

(1) Azot całkowity wzrósł od 2,5 do 8,5% ciężaru substancji suchej.

(2) Azot w postaci azotanów i azotynów wzrósł od 0,002 do 6,1 % ciężaru substancji suchej.

(3) Zwiększona zawartość azotu w przeliczeniu na 120 g lub 92% azotu wstrzykniętego w postaci NO2.

(4) Azot w postacijonów amonowych zmniejszył się od 0,5 do 0,4% ciężaru substancji suchej.

(5) Zawartość suchej masy wzrosła od 20 do 26%.

Przykład 3

2000 g Szlamu ściekowego zawierającego około 400 g suchej masy umieszczono w okresowym reaktorze i zmieszano z 60 g CaO i 20 g KOH. Zawartość reaktora mieszano do uzyskania pH 10,1. Następnie do reaktora wstrzykiwano 105 g NO2w ciągu 15 do 20 minut do zmniej szenia końcowego pH do 8,4. W czasie prowadzenia procesu temperatura odpadów wzrastała od 6,9°C do 12°C. Taki niski wzrost temperatury w porównaniu z przykładem 1 był spowodowany tymi samymi przyczynami, jak opisano w przykładzie 2.

(1) Azot całkowity wzrósł od 2,5 do 6,5% ciężaru substancji suchej.

(2) Azot w postaci azotanów i azotynów wzrósł od 0,002 do 4,1 % ciężaru substancji suchej.

(3) Zwiększona zawartość azotu w przeliczeniu na 81 g lub 78% azotu wstrzykniętego w postaci NO2.

(4) Azot w postaci jonów amonowych pozostał niezmieniony.

(5) Zawartość suchej masy wzrosła od 20 do 24%.

Przykład 4

2000 g Szlamu ściekowego zawierającego około 400 g suchej masy umieszczono w okresowym reaktorze i mieszano z 39,3 g CaO do uzyskania pH 9,9. Następnie do reaktora wstrzykiwano 116 g NO2 w ciągu 15 do 20 minut do zmniejszenia pH do 4,2, a następnie 30 g Nh₃uzyskując końcowe pH 7,5.

W czasie prowadzenia procesu temperatura odpadów wzrastała od 0°C do 10°C. Taki niski wzrost temperatury był spowodowany tymi samymi przyczynami, jak opisano w przykładzie 2.

Analiza chemiczna materiału wyj ściowego i produktu końcowego dała następujące wyniki:

(1) Azot całkowity wzrósł od 2,5 do 10% ciężaru substancji suchej.

(2) Azot w postaci azotanów i azotynów wzrósł od 0,002 do 5,4% ciężaru substancj i suchej.

(3) Zwiększona zawartość azotu w przeliczeniu na 105 g lub 92% azotu wstrzykniętego w postaci NO2.

(4) Azot w postaci jonów amonowych wzrósł od 0,5 do 3,3% ciężaru substancji suchej.

(5) Zawartość suchej masy wzrosła od 20 do 25%.

Mikrobiologia

Analizę mikrobiologiczną przeprowadzono na materiale wyjściowym i produkcie końcowym dla każdego z przykładów 1 do 4. W każdym przypadku wyniki były następujące:

18-4149

Termotolerancyjne miano bakteryjne coli (TCB) na gram suchej masy zmniej szyło się od < 2400 przed obróbką do <100 (granica wykrywalności) po obróbce.

Powyższe przykłady 1do 4 przedstawiąjąprzykładowo sposób według wynalazku realizowany w trybie okresowym. Odpowiednie urządzenie do prowadzenia procesu ciągłego przedstawiono schematycznie na fig. 1, na której 1 oznacza pompę szlamową, 3 i 5 oznacząjąpierwsząi drugą chemiczną pompę wtryskową, które można wykorzystać do wprowadzania alkaliów, NO2 lub NH3,7 oznacza suszarkę i granulator, a 8 jest odbieralnikiem wykończonych cząstek nawozu.

Przykład 5

Próbę połową przeprowadzono na zbiorze owsa, potraktowanym nawozem przygotowanym według wynalazku oraz nawozem mineralnym 21-4-10 (NPK). Pole składało się z 28 poletek, a próba obejmowała 7 różnych obróbek, z których każdą powtórzono 4 razy. Obróbki obejmowały nawóz mineralny i nawóz organiczny według wynalazku przy 6,8 i 12 kg N/1000 m2 oraz obróbki kontrolne bez żadnego nawozu. Wyniki były następujące:

Tabela 1

Ilość nawozu-N kg/N/1000 m²		Nawóz organiczny	Nawóz mineralny
	0	6	9	12	6	9	12
Wydajność kg ziama/1000 m²	305	626	603	660	563	637	671
kg słomy/1000 m2	291	393	465	507	445	485	510
% wylęgania	0	1	3	23	5	7	60

Jak widać z tabeli 1 nawóz według wynalazku daje znaczny wzrost wydajności zbiorów', która jest tylko nieznacznie niższa w porównaniu z wydajnością ze znanym nawozem mineralnym. Wydajność można jednakże dalej zwiększyć stosując nawóz według wynalazku w większych ilościach, ponieważ jest to opcja o stosunkowo niskich kosztach w porównaniu ze zwiększaniem dawki nawozu mineralnego. Widać ponadto, że wyleganie lub powalenie, które związanejest ze stosowaniem nawozów mineralnychjest znacznie mniejsze przy stosowaniu nawozu według wynalazku.

Przykład 6

Przeprowadzono próbę w szklarni dla porównania wpływu pH gleby dla nawozu według wynalazku i nawozu 21-4-10 (NPK). Wyniki były następujące:

	Kontrola	Nawóz organiczny	21-4-10 (NPK)
kg/N/1000 m2	0	10	20	30	10	20	30
pH gleby	6,09	6,09	6,08	6,10	5,96	5,95	5,93

Doświadczenie potwierdza stałość pH nawozu według wynalazku w porównaniu z nawozem mineralnym, którego wzrastające ilości powodują zakwaszenie gleby.

1&4 149

184 149

t ...... .....Ιϊ

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania nawozu z odpadów organicznych o zawartości wody od 50% do 90% wagowych i pH w przybliżeniu 9,0 lub wyższym, znamienny tym, że wartość pH odpadów organicznych zmniej sza się o co najmniej 2,0 jednostki pH przez wprowadzenie do nich dwutlenku azotu lub jego prekursora, przy czym jako odpady organiczne stosuje się odpady rolnicze, przemysłowe lub z gospodarstw domowych albo szlam ściekowy.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że NO₂ lub jego prekursora wprowadza się do odpadów organicznych w nadmiarze w stosunku do ilości wymaganej do nadania materiałowi odpadowemu odczynu obojętnego, przy czym prowadzi się dodatkowy etap, w którym do materiału odpadowego wprowadza się amoniak.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po wprowadzeniu NO₂ lub jego prekursora materiał odpadowy suszy się.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odpady organiczne zawierają od 20% do 35% wagowych materiału w postaci ciała stałego.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się wstępnie przepuszczone przez młyn lub krajarkę odpady organiczne w postaci szlamu o jednolitej wielkości cząstek.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się odpady organiczne wstępnie poddane analizie na zawartość substancji odżywczych roślin, metali i toksyn.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że NO2 lubjego prekursor wprowadza się do odpadów organicznych w postaci gazowej lub ciekłej.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że NO2 lub jego prekursor wstrzykuje się do odpadów organicznych razem z tlenem.
9. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że przed lub po wprowadzeniu NO2 lub jego prekursora do odpadów organicznych wprowadza się tlen.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że NO2 wprowadza się do odpadów organicznych w postaci jego prekursora, na przykład czterotlenku dwuazotu.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wprowadza się NO2 w ilości od około 10 do około 45% wagowych produktu końcowego.
12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do odpadów organicznych dodaje się dodatkowe składniki odżywcze.
13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prowadzi się go w zbiorniku zamkniętym jako sposób okresowy.
14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prowadzi się go jako sposób ciągły.
15. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że w czasie etapu suszenia zawartość wody w materiale odpadowym zmniejsza się do 20% wagowych lub mniej.
16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że wysuszony nawóz organiczny formuje się w cząstki.
17. Sposób wytwarzania nawozu z odpadów organicznych zawierających od 50% do 90% wagowych wody, znamienny tym, że prowadzi się etapy, w których (a) wartość pH odpadów organicznych zwiększa się o co najmniej 2,0 jednostki pH przez dodanie do nich alkaliów, oraz (b) wartość pH materiału odpadowego otrzymanego w etapie (a) zmniejsza się o co najmniej 2,0 jednostki pH przez wprowadzenie do tego materiału dwutlenku azotu (NO2) lub jego prekursora, pod warunkiem, że alkalia stosowane w etapie (a) nie są amoniakiem (NH3), ajako odpady organiczne stosuj e się odpady rolnicze, przemysłowe lub z gospodarstw domowych albo szlam ściekowy.
18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że wartość pH odpadów organicznych zwiększa się do wartości pH równej 10,0 lub wyższej przez dodanie alkaliów, a wartość pH materiału odpadowego otrzymanego w etapie (a) zmniejsza się do wartości pH równej 8,0 lub niższej przez wprowadzenie NO2 lub jego prekursora.

184 149
19. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że przeciwdziała się wzrostowi wartości pH materiału odpadowego spowodowanemu dodatkiem alkaliów w etapie (a) przez wprowadzenie NO₂ lub jego prekursora w etapie (b), przywracając zasadniczo wartość pH materiału odpadowego do wartości pH materiału wyjściowego.
20. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że NO₂ lub jego prekursor w etapie (b) wprowadza się do materiału odpadowego w nadmiarze w stosunku do ilości wymaganej dla przywrócenia wartości pH materiału odpadowego do wartości pH materiału wyjściowego, przy czym prowadzi się dodatkowy etap, w którym (c) do materiału odpadowego wprowadza się amoniak (NH₃).
21. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że suszy się materiał odpadowy otrzymany w etapie (b).
22. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że suszy się materiał odpadowy otrzymany w etapie (c).
23. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że w etapie (a) dodaje się alkalia należące do grupy obejmującej CaO, NaOH, Ca(OH)2 i CaCO3.
24. Sposób według zastrz. 23, znamienny tym, że w etapie (a)jako alkalia stosuje się CaO.
25. Sposób według zastrz. 17 albo 20, znamienny tym, że przed, w czasie lub po etapach (a), (b) lub (c) do odpadów organicznych dodaje się dodatkowe składniki odżywcze.
26. Sposób według zastrz. 25, znamienny tym, że jako dodatkowe składniki odżywcze stosuje się substancje wybrane z grupy obejmującej azot, fosfor, wapń, magnez, siarkę, potas oraz ich sole.
27. Sposób według zastrz. 21 albo 22, znamienny tym, że w czasie etapu suszenia zawartość wody w materiale odpadowym zmniejsza się do 20% wagowych lub mniej.
28. Sposób według zastrz. 27, znamienny tym, że wysuszony nawóz organiczny formuje się w cząstki.