CC BY
33
ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ
УДК 504.064.47
ИНЖЕНЕРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ УТИЛИЗАЦИИ ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ
ХОЗЯЙСТВ
© 2011 г. Т.А. Колесникова, М.А. Куликова, О.А. Суржко
Южно-Российский государственный South-Russian State Technical
технический университет (Новочеркасский University (Novocherkassk
политехнический институт) Polytechnic Institute)
Исследованы эффективные способы реагентной обработки высококонцентрированных сточных вод животноводческих хозяйств с целью использования их в качестве удобрения. Представлены основные зависимости процесса реагентного фракционирования высококонцентрированных сточных вод животноводческих хозяйств.
Ключевые слова: сточные воды животноводческих хозяйств; реагентная обработка; удобрения;
АКВА-АУРАТ.
Explored effective ways of chemical treatment of highly concentrated wastewater livestock farms in order to use them as fertilizer. The main dependence of the process of fractionation of highly reaentnogo wastewater livestock.
Keywords: waste water livestock; chemical treatment; fertilizers; AQUA-AURAT.
Жидкие высококонцентрированные сточные воды (ВСВ) животноводческих хозяйств оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду. Количество таких сточных вод с каждым годом увеличивается, только в Ростовской области в настоящее время идет строительство трех новых свинокомплексов мощностью по 100 тыс. голов [1].
Высококонцентрированные сточные воды животноводческих комплексов характеризуются интенсивным загрязнением биогенными и органическими веществами (взвешенные вещества >20000 мг/дм3, БПК5>2000 мг02/дм3, БПК20>5000 мг02/дм3, амми-ак>200 мг/дм3, фосфаты>200 мг/дм3), условно патогенной и патогенной микрофлорой и яйцами гельминтов (5—7 шт/л), имеющими длительные сроки выживаемости (от 20 до 475 дней), а следовательно, оказывают сильное отрицательное воздействие на окружающую среду [2]. С другой стороны, эти сточные воды содержат в своем составе ценные элементы, являющиеся неотъемлемой ча-
стью широко используемых минеральных удобрений [3]. Поэтому необходимо найти эффективные инженерно-экологические решения по использованию ВСВ в сельском хозяйстве, что позволит значительно снизить количество применяемых дорогостоящих минеральных удобрений.
0дним из наиболее актуальных способов утилизации ВСВ животноводческих хозяйств является использование их на сельскохозяйственных полях в качестве органических удобрений.
Исследованиями установлена эффективность применения кальцийсодержащего реагента — суспензии шлама карбида кальция и доведения рН смеси до 10,5—11,5 для дестабилизации коллоидной системы высококонцентрированных сточных вод животноводческих хозяйств. Зависимости, описывающие кинетические процессы использования шлама карбида кальция при реагентном разделении ВСВ животноводческих хозяйств, представлены на рис. 1.
Доза шлама карбида кальция, г/дм3
Рис. 1. Зависимость эффективности отстаивания ВСВ животноводческих хозяйств от дозы шлама карбида кальция: 1 — 1 %; 2 — 2 %; 3 — 3 %;
4 — 4 %; 5 — 5 %
Авторами в качестве подкисляющего реагента предлагалось использовать минеральное удобрение— суперфосфат. Применение такой технологии, не приводящей к деструкции органических веществ, позволяет получить ценное органоми-неральное удобрение [4, 5].
В работе [6] установлена возможность замены суперфосфата на отход производства ортофосфор-ной кислоты— фосфогипс при минимальном воздействии на окружающую среду.
Фосфогипс является многотоннажным отходом производства концентрированных простых и сложных удобрений, относящимся к IV классу опасности [7]. Фосфор, входящий в состав фос-фогипса, способен связывать тяжелые металлы в прочные труднорастворимые комплексы и фиксировать их в состоянии, недоступном для поглощения растениями, что благоприятно сказывается на их росте. При использовании суспензии фосфогипса для нейтрализации ВСВ животноводческих хозяйств с рН 11,5 до 6,5 требуются высокие дозы реагента (от 35 до 52 г/дм3), что не позволяет использовать разрабатываемый реагент в технологии фракционирования высококонцентрированных сточных вод животноводческих хозяйств. По-видимому, это связано с высоким содержанием инертного вещества в фосфогипсе, в частности, количество действующего вещества (Р205) не превышает 1 % в его составе.
Дальнейшие исследования направлены на установление оптимальной дозы фосфогипса при использовании его в качестве подкисляющего реагента при фракционировании продуктов ГСК. По результатам многочисленных экспериментальных исследований выявлено, что при внесении в суспензию фосфогипса ортофосфор-ной кислоты в соотношении по объему 500:1 возможно значительное снижение дозы подкисляющего реагента (рис. 2), что можно объяснить повышением содержания активного Р205 до 30 мг/дм3.
pH
Доза фосфогипса и ортофосфорной кислоты, г/дм3
Рис. 2. Зависимость рН от дозы смеси суспензии фосфогипса и ортофосфорной кислоты
при содержании взвешенных веществ в ВСВ животноводческих хозяйств
При обработке ВСВ предлагаемыми реагентами время разделения составляет 40—60 мин, тогда как в типовых отстойных сооружениях оно достигает 2 ч [6]. Существенным недостатком этого метода является необходимость двух реагентов, что усложняет технологию и увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты. Кроме того, в фосфогипсе содержится значительное количество фторидов.
Поэтому актуальным является усовершенствование бездеструкционной технологии обработки ВСВ путем применения более эффективного коагулянта, позволяющего интенсифицировать процесс разделения высококонцентрированных сточных вод.
Авторами в работе [8] было исследовано разделение с помощью коагулянта «АКВА-АУРАТ™130» . Экспериментальными исследованиями установлено, что для эффективного разделения сточных вод, получаемых при гидросмывной системе удаления навоза, требуется 60—65 мин, при дозе коагулянта 3 мг/дм3. При этом эффект разделения достигается 94 %.
Таким образом, анализ реагентных способов обработки высококонцентрированных сточных вод животноводческих хозяйств показал, что целесообразно использовать прежде не применявшийся в этой области коагулянт— «АКВА-АУРАТтм130» 8,5+0,5 %. Использование одного коагулянта «АКВА-АУРАТ™130» вместо двух не требует нейтрализации. Это позволит снизить затраты на строительство реагентного хозяйства.
Авторами проведены исследования по уменьшению доз реагента, что позволит повысить инвестиционную привлекательность проекта.
Статистическая обработка данных проводилась путем реализации дробной (1/4) реплики полного факторного эксперимента типа 26. Осуществили серию пассивных экспериментов по реагентному
фракционированию сточных вод и установили факторы, определяющие процесс: температура исходных жидких органических отходов, ° С; доза коагулянта, г/дм3; время контакта органических отходов с коагулянтом, мин. Параметрами оптимизации являлись: эффект разделения ВСВ на жидкую и твердую фракции, %, и время отстаивания, мин. На основании полученных результатов были проведены экспериментальные исследования.
Применение коагулянта «АКВА-АУРАТ™130» в процессе разделения ВСВ животноводческих хозяйств потребовало оценить эффективность осаждения коллоидных частиц высококонцентрированных органо-содержащих сточных вод. Экспериментальные исследования проводили в лабораторных условиях в трехкратных повторностях. Для эксперимента использовали цилиндры й = 65 см2, при температуре 20 ° С. Было проведено 7 опытов, в трехкратной повторности. В каждый цилиндр было введено по 1 дм3 исследуемой сточной воды и 8,5 % раствора коагулянта в количестве, мл: цилиндр № 1 — 0,5; № 2 — 1,0; № 3 — 1,5; № 4 — 2,0; № 5 — 2,5; № 6 — 3,0; № 7 — 3,5. После 50 мин отстаивания наблюдали полное разделение сточных вод на жидкую и твердую фазу. Результаты исследования эффективности осаждения от дозы коагулянта приведены на графике (рис. 3).
70 60 50 ^ 40 т" 30 20 10 0
0 12 3 4
Д, дм3
Рис. 3. Зависимость эффективности осаждения ВСВ животноводческих хозяйств от дозы коагулянта
Анализ полученной зависимости показывает, что оптимальная доза реагента равна 3 мл. На основании этих данных было проведено исследование эффективности осаждения коллоидных частиц сточных вод от времени.
В 1 дм3 сточных вод был введен коагулянт дозой 30 мл. После пятиминутного взаимодействия сточных вод с коагулянтом, образовывались рыхлые серо-зеленые хлопья. На шестьдесят пятой минуте процесс стабилизировался, объем осадка составил 98 %.
Результаты исследований эффективности осаждения коллоидных частиц сточных вод приведены на графике (рис. 4).
t, мин
Рис. 4. Зависимость эффективности осаждения ВСВ животноводческих хозяйств от времени отстаивания
На основании графика зависимости эффективности осаждения от времени отстаивания можно сделать вывод, что время отстаивания, равное 50—60 мин, при котором достигается Э = 94 %, в два раза меньше, чем проектное время для типовых отстойников, что позволяет снизить размеры сооружений, а следовательно, и капитальные затраты на их строительство.
В дальнейшем предполагается провести опыты по изучению свойств получаемого осадка, в частности: определение удельного сопротивления (влагоотдача), уплотнение осадка, при различных режимах перемешивания, способность к механическому обезвоживанию.
Выводы
Таким образом, усовершенствование технологии интенсификации процесса разделения высококонцентрированных органо-содержащих сточных вод животноводческих хозяйств заключается в использовании одного коагулянта (вместо двух), сокращения времени отстаивания в отстойниках, а также в снижении доз коагулянта.
Литература
1. Суржко O.A. Ресурсосбережение и экологическая безопасность при утилизации отходов животноводческих хозяйств. Ростов н/Д, 2003. 176 с.
2. Баженов В.И., Стыхин В.В. Современное технологическое обеспечение очистки сточных вод животноводческих комплексов// Экология и промышленность России. 2009. Янв. С. 24-28.
3. Федорченко M.A., Суржко O.A. Экотехнология утилизации сточных вод свинокомплексов с использованием отходов производства// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2003. №3. С. 92-97.
4. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2003113374/12(014149) Россия МКИ С 02F. от 6.05.2003.
5. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2003125054/15(026692) Россия МКИ С 02F от 12. 08. 2003.
6. Домашенко Ю.Е. Экологическое совершенствование технологии обработки продуктов гидросмыва свиноводческих комплексов с применением фосфо-гипса: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Краснодар, 2009.
Поступила в редакцию
7. СП 2.1.7.1386-03.
8. Колесникова Т.А., Суржко O.A. Интенсификация процесса разделения высококонцентрированных органосодержащих сточных вод // Экология и безопасность жизнедеятельности: материалы IX междунар. науч.-практ. конф. Пенза, 2009. С. 120-123.
30 ноября 2010 г.
Колесникова Татьяна Андреевна — аспирант, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. 8(8635)25-56-69. E-mail: [email protected]
Куликова Марина Анатольевна — канд. техн. наук, доцент, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел.8(8635)25-56-69. E-mail: [email protected]
Суржко Олег Арсеньевич — д-р техн. наук, профессор, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. 8(8635)25-56-69. E-mail: [email protected]
Kolesnikova Tatiana Andreevna — post-graduate student, South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Tel. 8(8635)25-56-69. E-mail: [email protected]
Kulickova Marina Anatolievna — Candidate of Technical Sciences, assistant professor, South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Tel. 8(8635)25-56-69. E-mail: [email protected]
Surgko Oleg Arsentievich — Doctor of Technical Sciences, professor, South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Tel. 8(8635)25-56-69. [email protected]
