CC BY
65
объектов транспортной инфраструктуры //Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы организации контроля и надзора за физическими факторами», Москва. 2017. С. 179-182.
УДК 613.648.2.- 614.7
Маркова О.Л., Зарицкая Е.В., Еремин Г.Б.
К ВОПРОСУ ДЕЗОДОРАЦИИ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД 33
ФБУН «Северо-Западный научный центр гигиены и общественного здоровья»,
Санкт-Петербург, olleonmar@mail. ru
Резюме. Вопросы утилизации накопленных отходов различных производств и жизнедеятельности человека не теряют своей актуальности, а в последние десятилетия приобрели значимость глобальной экологической проблемы. К таким отходам относятся осадки сточных вод. В рамках данного исследования проведена идентификация химических веществ, попадающих в воздушную среду в результате эмиссии из осадков сточных вод канализационных очистных сооружений и формирующих запахи.
На основе проведенной работы определен перечень приоритетных химических соединений, который в дальнейшем может быть использован для разработки технологий по удалению неприятного запаха отходов. Ключевые слова: запах, химические вещества, атмосферный воздух, осадки сточных вод, канализационные очистные сооружения.
Summary. Issues of accumulated waste disposal of various industries and human vital activities remain relevant, and in recent decades, they have acquired significance of global environmental problem. Sewage sludge belongs to such wastes.
Identification of chemicals penetrating the air because of sewage sludge emissions from sewage treatment plants and generating the odour was carried out in the framework of the study.
Based on our study a list of priority chemicals was determined, which can later be used to develop technologies for eliminating unpleasant waste odour. Key words: odour, chemicals, atmospheric air, sewage sludge, sewage treatment
33 Markova O.L., Zaritskaya E.V., Yeremin G.B. On the issue of waste water sediment deodoration.
393
facilities.
Введение. Ежегодно в Российской Федерации образуется примерно 4 млрд. тонн отходов производства и потребления, из которых 55-60 млн. тонн составляют твердые коммунальные отходы. Вопросы утилизации накопленных отходов различных производств и жизнедеятельности человека не теряют своей актуальности, в последние десятилетия приобрели значимость глобальной экологической проблемы. К таким отходам относятся осадки сточных вод.
В сложном технологическом процессе транспортировки и очистки сточных вод невозможно обойтись без появления специфических запахов канализации [1, 2]. Особенность осадков сточных вод состоит в том, что, пройдя через технологические этапы обработки, они обладают крайне неприятным фекальным запахом, который является результатом деструкции органических соединений. Специфический запах вблизи очистных сооружений является причиной жалоб населения.
Запах, ощущаемый человеком, является одним из важнейших показателей, влияющим на оценку человеком качества среды обитания. Поскольку запахи могут негативно сказываться на самочувствии и даже на здоровье человека, сокращение выбросов пахучих веществ является одной из актуальных экологических проблем.
Для предупреждения запаха в атмосферном воздухе устанавливается максимальная разовая ПДК (ПДКм.р.), которая в 64% случаев обоснована с оценкой влияния веществ на обонятельный анализатор человека. Между тем, несмотря на то, что даже в случае соблюдения нормативов предельно-допустимых выбросов (ПДВ), установленных с учетом ПДКм.р., в районе размещения очистных сооружений, выбрасывающих пахучие вещества, часто ощущается специфический запах, вызывающий жалобы населения. Значительным источником поступления в атмосферный воздух вредных веществ, в том числе дурнопахнущих, являются полигоны для складирования осадка сточных вод. Многочисленные исследования показали, что неприятный запах в атмосферном воздухе и вызываемое им раздражение приводят не только к ухудшению качества жизни людей, но и к некоторым соматическим, эмоциональным нарушениям [3,4,5]. Таким образом, осадок городских станций аэрации представляется опасным в санитарно-гигиеническом и экологическом отношении отходом, требующим специальной обработки, с целью предотвращения загрязнения атмосферного воздуха.
394
В настоящее время для устранения неприятного запаха применяются химические, физико-химические, физиологические, микробиологические и физические методы [6]. Вместе с тем, в силу значительных различий химического состава осадков сточных вод большинство методов дезодорации по отношению к конкретному отходу оказываются недостаточно неэффективными. В результате задача эффективной дезодорации осадков сточных вод до сих пор не решена. Поиск решений данной проблемы идет в нескольких направлениях: внедрение дезодорирующих агентов для атмосферного воздуха [7] и разработка агентов для обработки самих осадков.
Ряд авторов предлагают использовать радиационную технологию подготовки осадков [8]. Радиационная обработка позволяет осуществить коагуляцию, дезинфекцию, обезвреживание и частичную дезодорацию осадков. Она дает возможность значительно сократить отведение земель под иловые поля, а сельскому хозяйству получать обеззараженные и обезвреженные органические удобрения с хорошими физическими свойствами.
В качестве дезодорирующих добавок ряд авторов [9] использовали химические реагенты, не представляющие серьезной угрозы загрязнения окружающей среды токсичными соединениями: активированный уголь; зола ТЭЦ, образующаяся при сжигании торфяно-угольной смеси; дробленая кремнистая опока; торф; фосфоритная мука; древесные опилки; нитрат аммония; хлорид калия; зола подсолнечника, лигнин.
В качестве объекта для выполнения экспериментальных исследований использовался осадок сточных вод (ОСВ) очистных сооружений Кировских коммунальных систем, имеющий резко выраженный запах. Степень выраженности запаха определялась органолептически и оценивалась в баллах (от 0 до 4) по следующей шкале: запах практически не ощущается - 0 баллов; запах сильно выражен и соответствует запаху исходного образца ОСВ- 4 балла.
В таблице 1 представлены данные, характеризующие влияние различных дезодорирующих добавок на степень выраженности запаха ОСВ.
Из всех представленных химических соединений и материалов наиболее выраженный дезодорирующий эффект проявляет кремнистая опока. Кремнистая опока удовлетворяет всем требованиям, выдвинутым в качестве подбора материалов, является дешевым, экологически безопасным, доступным реагентом и позволяет эффективно устранять неприятный запах.
Таблица1
Степень выраженности запаха ОСВ при использовании различных дезодорирующих добавок
Дезодорирующие добавки Механизм воздействия Степень выраженности запаха ОСВ, баллы
Через10 минут Через 24часа После высушивани я
Активированный уголь (10%) Сорбент 3,5 3,5 3,0
Фосфоритная мука (10%) 3,5 3,5 2,5
Кремнистая опока (510%) 1,5 1,5 1,5
Торф (10%) 4 4 4
Опилки (10%) 3,0 3,0 3,0
Лигнин (10%) 3,5 3,5 3,0
Нитрат натрия (5-10%) Окислитель 2,5 2,5 2,5
Зола подсолнечника (10%) Сорбент + консервант 3,0 3,0 3,0
Кремнистая опока (10%) + т(5%) Сорбент + консервант 0 0 0
Хлорид калия (10%) консервант 2,0 2,0 2,0
Проблема запахов на очистных сооружениях также связана с большими площадями поверхностей открытых технологических сооружений (каналы поступающей воды, песколовки, первичные отстойники, илоуплотнители) [10].
На практике, на крупнейшем комплексе в Европе по очистке сточных вод и обработке осадка (Курьяновские и Люберецкие очистные сооружения) устранение неприятных запахов на границе предприятия решается разработкой конструкции перекрытия радиальных первичных отстойников достаточно большого диаметра (33, 40, 54 м). Их испытания показывают уменьшение эмиссия дурнопахнущих запахов до 94% [11].
Для устранения запаха на полигонах захоронения осадков сточных вод рядом авторов предложено мелкодисперсное распыление дезодорирующих смесей по периметру полигона [12]. К устранению неприятного запаха
существует два различных подхода:
- введение в воздушную среду веществ с ароматом, который полностью перекрывает неприятный запах, в котором эффект достигается в случае многократного превышения концентрации дезоблокатора по отношению к концентрации дурнопахнущих веществ.
- химическое дезодорирование воздуха с неприятным запахом. Химическое дезодорирование основывается на реакции взаимодействия молекул загрязняющих веществ и кислородсодержащих соединений. Данное направление является перспективным и служит для устранения неприятного запаха на открытых территориях.
Химическое взаимодействие дурнопахнущих и кислородсодержащих веществ может происходить при создании оптимальных условий: выбор специфического реагента и его аэрозольное распыление. В результате исследований и всесторонних испытаний установлены композиции химических веществ, способных взаимодействовать в воздушной среде с учетом химического состава неприятно пахнущих соединений. Опыт использования производимых продуктов в течение длительного времени подтвердил их эффективность на различных объектах - иловых накопителях, свалках твердых бытовых отходов и отходов животноводческих комплексов. Поэтому для эффективного применения различных технологий, позволяющих устранять неприятные запахи в воздушной среде, необходимо владеть информацией о химическом составе выделяющихся химических веществ, обладающих специфическим запахом.
Целью исследования явилась идентификация летучих и высоколетучих органических соединений (ЛОС и ВЛОС), вносящих вклад в формирование запаха осадков сточных вод.
Задачей данного исследования было определение классов химических соединений и количественное измерение приоритетных показателей, выделяющихся в воздушную среду из образцов иловых осадков.
Материалы и методы. Для определения химических соединений были выполнены лабораторные исследования. Исследуемые образцы илов были отобраны в цехе механического обезвоживания северной станции аэрации ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга». Отобранные образцы представляли обезвоженный механическим способом (на центрифуге) осадок сточных вод (смесь избыточного ила и сырого осадка в пропорции 30% ил 70% осадок). Структура образца представляла рыхлую массу черного цвета. Образец обладал
397
резким неприятным запахом.
Измерения летучих соединений в рамках исследования пробы неизвестного состава, осуществлялись в лаборатории Химико-аналитического центра «Арбитраж» (ХАЦ «Арбитраж») ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева». Для установления качественного и количественного состава загрязнителей воздушной среды были взяты классы веществ, которые могли быть причиной неприятного запаха.
В качестве исследуемых химических соединений были выбраны следующие классы веществ: серосодержащие соединения (меркаптаны, летучие сульфиды и дисульфиды); летучие органические соединения - ЛОС (ароматические, альдегиды, кетоны, терпены); алифатические амины; карбонилсодержащие соединения (формальдегид, ацетальдегид и т.д.); аммиак; сероводород; фенол и его производные (суммарно).
Исследования осадков сточных вод проводились с использованием современных высокоточных методов исследований: масс-спектрометрического, спектрофотометрического, флуориметрического, газовой и высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Результаты и обсуждения. Исследование миграции веществ в воздушную среду из образцов иловых осадков проходило в два этапа. На первом этапе была выполнена качественная идентификация летучих соединений в газовоздушной фазе, затем были проведены количественные измерения химических компонентов смеси.
В ходе эксперимента были установлены концентрации 18-ти химических веществ: метилмеркаптан, диметилсульфид, дисульфид углерода, ацетон,2-метилфуран, бутанон-2, толуол, формальдегид, ацетальдегид, изопропанол, бутанол-2, бутаналь, а-пинен, углеводороды С9-С13 нормального, изомерного и циклического строения (сумма 7 конгенеров), сероводород, аммиак, лимонен, фенолы. Полученные концентрации характеризуют свойства осадков илов к выделению дурнопахнущих веществ.
Весь спектр детектируемых веществ представляет собой продукты деструкции белков, жиров, углеводов, составляющих наибольший процент в составе осадков. В состав летучих компонентов входили соединения, содержащие трансформированные аминогруппы, карбоксильные группы, насыщенные и ненасыщенные радикалы. В таблице 1 приведены данные содержания летучих соединений в расчете на 1 кг ила и ассоциативные характеристики запаха.
Таблица 2
Содержание загрязняющих веществ в воздушной среде, выделяемых 1 кг ила и
ассоциативные характеристики запаха.
Наименование определяемого вещества Концентраци я, мг/м3 Ассоциативн ая характеристи ка запаха Причины образования *ПДК, мг/м3
Метилмеркаптан 0,0025 острый запах фекалий, тухлой капусты деградации сераорганическ их соединений (гниение белков) 0,006
Диметилсульфид 0,0057 острый, капустный разложение органических веществ 0,8
Дисульфид углерода 0,0001 редечный сточные воды 0,03/0,00 5
Ацетон 0,19 резкий естественный метаболит 0,35
2-Метилфуран 0,0005 -
Изопропанол 0,22 резкий сточные воды 0,6
Бутанон-2 0,19 резкий метаболит ОБУВ 0,1
Бутанол-2 0,14 резкий сточные воды 0,1
Бутаналь 0,0003 острый сточные воды 0,015/0,0 075
Толуол 0,14 острый сладкий сточные воды 0,6
а-Пинен 0,00082 запах хвои Метаболизм растительных веществ 0,3
Лимонен 0,00077 запах хвои Метаболизм растительных веществ 0,08
Углеводороды С9-С13 нормального, изомерного и циклического строения (сумма 7 конгенеров) 0,0082 - - 1
Формальдегид 0,0041 резкий сточные воды 0,05/0,01
Ацетальдегид 0,0073 прелых яблок разложение углеводов 0,01
Продолжение таблицы 2
Сероводород 0,0026 тухлое яйцо гниение белков 0,008
Аммиак 0,032 резкий свежий продукт метаболизма 0,2/0,04
Фенолы летучие 0,0035 запах гуаши сточные воды 0,01/0,00 6
*ГН 2.1.6.3492-17 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений».
На основании полученных данных были выбраны приоритетные химические соединения в зависимости от валовых выделений - по максимальному значению полученных концентраций и по значимости воздействия на человека - в зависимости от близости полученного содержания к значению предельно допустимой концентрации вещества. В результате были выделены следующие вещества: метилмеркаптан, диметилсульфид, дисульфид углерода, ацетон, бутанон-2, толуол, формальдегид, ацетальдегид, сероводород, аммиак.
Выводы. На основании проведенного исследования определены показатели, вносящие приоритетный вклад в формирование запаха от деятельности канализационных очистных сооружений: метилмеркаптан, диметилсульфид, дисульфид углерода, ацетон, бутанон-2, толуол, формальдегид, ацетальдегид, сероводород, аммиак.
Полученные данные о химическом составе выбросов дурнопахнущих запахов могут служить основой для разработки эффективных технологий химической дезодорации иловых осадков; осадков после различных этапов очистки сточных вод.
Список литературы:
1. Пугачев Е.А. Очистка городских сточных вод мегаполюса. М.АСВ. 2016.
-137.
2. Рублевская О.Н. Мероприятия по предотвращению распространения неприятных запахов на объектах ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга». Водоснабжение и санитарная техника. 2013. №10. С.46-55.
3. Яковлев С.В., Волков Л.С., Воронов Ю.В., Волков В.Л. Обработка и
утилизация осадков производственных сточных вод. М.: Химия, 1999. 448.
4. Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. М.: Стройиздат.1988.
256.
5. Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка осадков сточных вод. М.: АСВ, 2004. - 704.
6. Майоров В. А. Запахи: их восприятие, воздействие, устранение. М.: Мир, 2006. 366.
7. Пат. 2331442, РФ. Способ устранения запахов полигонов отходов, свалок и полей орошения (варианты) / Кармазинов Ф. В., ЛобановФ.И., Казщук Б. // Изобретения. Полезные модели. 2008.
8. Шевяков Ю. М. Действие осадка городских сточных вод на агрохимические и биологические показатели чернозема обыкновенного, урожай и качество полевых культур: автореферат дис. кандидата сельскохозяйственных наук: 06.01.04. - Харьков, 1992. - 21 с.
9. Григорьева Е.А., Сырчина А.С., Фадеева И.С., Полушина Т.П., Береснева Т.П. Дезодорация осадков сточных вод. Экология родного края: проблемы и пути решения:Сб. материалов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Киров: Изд-во ООО «Радуга-ПРЕСС», 2016: 129-132.
10. Пугачев Е.А. Очистка городских сточных вод мегаполюса. М.АСВ. 2016.
-137.
11. Пронин А., Киреев Ю. Применение газоочистного оборудования на сооружениях канализации в Москве. Коммунальный комплекс России, 2020.3:26.
12. Казшук Брюс, Лобанов Ф.И. Основные направления использования дезодорирования для устранения дурнопахнущих веществ» Водоканал Санкт-Петербурга». Водоснабжение и санитарная техника. 2014. 3:59-61.
