CC BY
16
DOI 10.31588/2413-4201-1883-242-2-4-8
УДК 50.504.05.504.054
ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ
БИОТЕХНОСФЕРЫ
Ахмадиев Г.М. - д.в.н., профессор
ФГАОУ ВО Казанский (Приволжский) федеральный университет
Ключевые слова: полезная модель, обеззараживание, утилизация отходов, биотехносфера
Keywords: utility model, disinfection, waste disposal, biotechnosphere
Биосфера Земного шара под влиянием антропогенной деятельности из естественной саморегулирующейся системы постепенно превращается в неуправляемую среду в форме деградирующей системы, для оценки и прогнозирования, которой в научной литературе все чаще используется термин «биотехносфера».
В регионах России в биотехносфер-ной среде накопился ряд серьезных глобальных широко - масштабных территориальных проблем, не позволяющих в полной мере достичь требуемого качества воздуха, воды и почвы окружающей среды и обеспечить охрану природных ресурсов, добиться рационального их использования и воспроизводства [1, 2, 3, 4, 5].
Одним из важных проблем для живых высокоорганизованных организмов являются накопившие отходы различного происхождения и в том числе иловые осадки сточных вод биотехносферы. Отходы производства, жизнедеятельности человека, сельскохозяйственных животных и птиц создают препятствия к естественным технологическим процессам природного восстановления и эволюции окружающей среды. В первую очередь, затормаживают процесс обеспечения стабильности природного состояния окружающей среды и преобразования природных ресурсов экологически, экономически не обоснованными техниками и технологиями. В последнюю очередь приводит к нарушению физиологически нормальной жизнедеятельности живых организмов, включая человека, животных и птиц с последующим возрастанием количества инфекционных и неинфекционных патологий и болезней,
которые чаще заканчиваются летальным исходом. Основной определяющей причиной, являются природно-очаговые источники, возникающие на основе глобальных территориальных, региональных, районных муниципальных экологических проблем воздуха, воды, почвы и продуктов питания (кормов).
Целью настоящей работы является научное обоснование и разработка полезной модели для обеззараживания и утилизации отходов биотехноcферы.
Настоящая работа выполняется по координационному плану научно- исследовательской и дорожной карты кафедры химии и экологии Набережночелнинского института (филиала) Казанского федерального (Приволжского) университета и перспективного плана, и развития Камского инновационного обособленного территориально-производственного центра «ИН-НОКАМ» Республики Татарстан.
В России с численностью населения 148 млн. человек, в том числе городского населения свыше 100 млн. человек, расчетный объем образующихся отходов в виде осадков городских сточных вод оценивается примерно в 4,4 млн. тонн в год (по сухому веществу). К настоящему времени количество не утилизированных отходов по стране оценивается приблизительно в 82 млрд. тонн.
Одной из основных причин загрязнения поверхностных вод Республики Татарстан является неудовлетворительное состояние очистных сооружений. В Республике Татарстан эксплуатируется более 120 сооружений по очистке сточных вод (116 из которых эксплуатируются для
очистки хозяйственно-бытовых стоков) общей мощностью около 800 млн. м3/год и около 40 объектов производительностью до 90 млн. м3/год находятся в стадии проектирования и строительства. За все время существования биологических очистных сооружений в Республике Татарстан накоплено огромное количество осадков. Так, на иловых картах города Казани сброс осадка производился с 1965 года, а в городе Набережные Челны - с 1974 года. Иловые карты двух крупнейших городов республики практически заполнены и, по прогнозам, в ближайшие годы исчерпают полностью свой ресурс. В связи с этим возникает опасность возникновения чрезвычайной ситуации, связанной с загрязнением Куйбышевского и Нижнекамского водохранилищ. Проектная производительность РОС ЗАО «Челныводоканал» - 370 тыс. м3/сутки, фактическое среднесуточное поступление - 300 тыс. м3/сутки. Эффективность очистки сточных вод по взвешенным веществам - 96 %, нефтепродуктам - 96 %. В процессе очистки образуются иловые осадки - 750-1000 м3/сутки при влажности 97-99 %, которые складируются на иловых полях, площадь которых в настоящее время - 74 га. Каскады иловых полей расположены в непосредственной близости от реки Камы и садоводческих обществ (400 м). Для снижения содержания нитритов и фосфатов в сбрасываемых в реку Кама со сточных вод на ЗАО «Челныводоканал» проведена реконструкция системы аэрации на пяти аэротенках и внедрена технология нитро-денитрофикации. Проведен капитальный ремонт верхнего рассеивающего выпуска очищенных сточных вод на сумму 1154 тыс. руб., что позволило повысить эффективность очистки на 10 %. Для того, чтобы не допустить переполнения иловых карт и перелива иловых осадков на рельеф местности, с последующим поступлением их в реку Каму, необходимо усовершенствовать технологию обеззараживания и утилизации иловых осадков. Для решения этой проблемы на ЗАО «Челныводоканал» разработан проект на размещение осадков иловых полей РОС, выполнены работы на сумму 354 тыс. руб.
Материал и методы исследова-
ний. Исходя из существующих проблем, начиная с 2017 года по 2019 год, на кафедре химии и экологии Набережночелнин-ского института, (филиала) Казанского федерального университета, на основе существующего известного способа, было разработано устройство для обеззараживания и утилизации илового осадка очистных сооружений, состоящее из бактерицидной ультрафиолетовой лампы, газогенератора, центрифуги для очистки горючего газа.
На сегодняшний день известны термические способы переработки, которые имеют значительные преимущества перед остальными способами и при этом в несколько раз снижающие объем перерабатываемого сырья. При этом тяжелые металлы в составе исходных иловых осадков сточных вод биотехносферы после термической переработки в основном локализуются в твердом остатке, перерабатывается практически 100 % всей органики, содержащейся в сырье, полностью уничтожается патогенная микрофлора.
Среди термических методов предпочтение следует отдать газификации и пиролизу, так как в результате этих процессов происходит конверсия исходного вещества в газообразное, жидкое и твердое топливо, в то время как при сжигании основным продуктом является тепловая энергиях [5, 6, 7, 8].
Результаты исследований. В целях повышения экологической и техно-сферной безопасности, предлагаемое устройство дополнительно было оснащено бактерицидной ультрафиолетовой лампой для обеззараживания илового осадка городских фекальных и других сточных вод, представляющих опасность для населения, животных и птиц, обитающих на урбанизированных территориях Республики Татарстан и других регионах России. Устройство оснащено установкой для равномерного и полного размешивания, в её ёмкость добавляется древесные опилки и опавшие листья. В установке древесные опилки смешивается с собранными опавшими листьями в соотношении 1:1.
Установка представляет собой единую систему, целенаправленную конструктивно слагаемую технико-
технологическую композицию. Исходя из поставленной цели и задач, новое техническое решение включает функционально укомплектованное устройство для дальнейшего просушивания смеси илового осадка с добавляемой смесью опилок с листьями. При этом к установке последовательно конструктивными техническими и технологическими приемами и решениями приспособлены универсальные датчики для контроля обеззараживания и утилизации: температуры, влажности, давления и объема обеззараженной и утилизируемой продукции и золы. Устройство выполняет комплексную полноценную переработку илового осадка с полным обеззараживанием, включая городские фекальные и иные сточные воды, содержащие гельминты, бактерии и вирусы. Известно, что они представляют опасность для животных, людей и поэтому техническое решение по их обеззараживанию связано с надежным безопасным устройством, на основе высокого, среднего и низкотемпературного пиролиза, с применением попутно образующего горючего газа.
Полезная модель относится к области биотехносферной безопасности, охраны окружающей среды и теплотехники, в частности к устройствам по обеззараживанию, утилизации илового осадка очистных сооружений, растительного сырья городских парков и на территориях агропромышленных комплексов, а также к выработке горючего газа из органических составляющих отходов.
В настоящее время, для защиты окружающей среды, в большинстве технических решений по обеззараживанию и утилизации отходов органического происхождения не осуществляется контроль всего технологического цикла: температурного и влажностного режимов, объема поступающего и выходного материала и.т.д.
Целью предполагаемой полезной модели является обеспечение безопасности, повышение эффективности устройства, предназначенного для обеззараживания и утилизации илового осадка очистных сооружений.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для обеззараживания снаб-
жено бактерицидной ультрафиолетовой лампой. Для утилизации илового осадка очистных сооружений оно дополнительно оснащено установкой для размешивания добавляемых древесных опилок с опавшими листьями в соотношении 1:1. Устройство функционально дополнено комплектующим технологическим элементом для дальнейшего просушивания смеси илового осадка. В составе смеси илового осадка древесные опилки с листьями составляют единую биомассу. При этом установка дополнена универсальными датчиками для контроля единых, конструктивных, функционально связанных, технологических процессов, по параметрам: рабочего давления, температуры, влажности, объема поступающих, обеззараженных, утилизируемых, обработанных иловых осадков сточных вод и иных органических, угле-родсодержащих отходов биотехносферы.
Устройство снабжено стационарной ультрафиолетовой, бактерицидной лампой. В данном техническом решении у специалистов имеется возможность заменить обеззараживающую ультрафиолетовую сетку, обладающую бактерицидными свойствами против особо опасных, бактерий и микроскопических грибов. Устройство может быть укомплектовано улавливающими мембранными фильтрами, для обеззараживания илового осадка городских, фекальных и других стоков.
Исходя из имеющихся экологических проблем в городской и сельской среде, была предусмотрена установка, для ускорения и повышения эффективности пиролиза, обезвоживания и размешивания добавляемых древесных опилок с опавшими листьями, в соотношении 1:1. Устройство имеет датчики, для контроля технологического процесса: определения температуры, влажности, объема обработанных отходов.
Заключение. Предлагаемая полезная модель направлена на обеззараживание и утилизацию городских фекальных и иных стоков, путем переработки илового осадка надежным безопасным устройством, на основе пиролиза с применением горючего газа. Устройство обеспечивает в ходе технологического процесса, термическое обеззараживание негорючих состав-
ляющих, инородных, вредных и опасных веществ илового осадка сточных вод. Результат достигается установкой для пиролиза, состоящей, из газогенератора и центрифуги для очистки горючего газа, с дальнейшей технологией обработки смеси иловых осадков и древесного материала.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Ахметшина, А.Р. Безреагентная обработка суспензии твердых продуктов низкотемпературного пиролиза углеродо-содержащих отходов / А.Р. Ахметшина, Г.В. Маврин, И.А. Насыров // Традиционная и инновационная наука: история, современное состояние, перспективы: сборник статей Международной научно-практической конференции. - Уфа: Изд. «Оме§а Science». - 2019. - Ч. 3. - C. 276279.
2. Насыров, И.А. Проблемы утилизации иловых осадков очистных сооружений / И.А. Насыров, Г.В. Маврин, И.Г. Шайхиев // Вестник Казанского технологического университета. - 2015. - Т. 18. -№ 19. - С. 257-259.
3. Насыров, И.А. Пиролиз иловых осадков очистных сооружений как способ утилизации / И.А. Насыров, Г.В. Маврин, Р.Р. Зиннатов // Современные тенденции развития науки и технологий: сборник научных трудов по материалам VIII Меж-
дународной (заочной) научно-
практической конференции. - Белгород. -2015. - № 8-3. - С. 19-20.
4. Сафаров, Р.Н. Разработка технологии переработки накопленных отходов в России / Р.Н. Сафаров, Г.М. Ахмадиев // Бюллетень науки и практики. Электрон. журн. - 2017. - № 11(24). - С. 221-226.
5. Ахмадиев, Г.М. Устройство для обеззараживания и утилизации илового осадка очистных сооружений / Г.М. Ахма-диев, Р.С. Ахметшин // Патент Российской Федерации на полезную модель RUS № 172829 09.03, 2016.
6. Ахметшин, Р.С. Устройство утилизации илового осадка очистных сооружений / Р.С. Ахметшин, С.И. Харчук, А.В. Болдырев // Патент Российской Федерации № 83771MnKC02F1/00.2008149532/22, 2018.
7. Пашкин, С.В. Способ переработки органических отходов и устройство для его осуществления / С.В. Пашкин // Патент Российской Федерации № 2408649МПКВ0№7/10, 2011.
8. Кондратюк, В.А. Способ термохимической переработки биомассы для получения синтез-газа / В.А Кондратюк., И.В. Воскобойников, В.А. Щелоков [и др.] // Патент Российской Федерации № 2464295МПКВ0№7/10, 2011.
ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ БИОТЕХНОСФЕРЫ
Ахмадиев Г.М.
Резюме
Предлагаемая полезная модель направлена на обеззараживание и утилизацию городских фекальных и иных стоков, путем переработки илового осадка надежным безопасным устройством, на основе пиролиза с применением горючего газа.
Устройство обеспечивает, в ходе технологического процесса, термическое обеззараживание негорючих составляющих, инородных, вредных и опасных веществ илового осадка различного происхождения.
USEFUL MODEL FOR DISINFECTING AND DISPOSAL OF BIOTECHNOSPHERE WASTE
Akhmadiev G.M. Summary
The proposed utility model is aimed at disinfection, disposal of sludge, including urban fecal and other effluents with a reliable safe device based on pyrolysis using combustible gas.
The device provides during the process thermal disinfection of non-combustible unknown constituents of foreign harmful and dangerous substances of sludge of various origin.
DOI 10.31588/2413-4201-1883-242-2-8-12 УДК 50.504.05.504.054
УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЗЕРВНОГО УНИВЕРСАЛЬНОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО КОРМА И УДОБРЕНИЙ
Ахмадиев Г.М. - д.в.н., профессор
ФГАОУ ВО Казанский (Приволжский) федеральный университет
Ключевые слова: окружающая среда, отходы сельского хозяйства, установка, население, флора, фауна, животные и птицы, корм, удобрение
Keywords: environment, agricultural waste, plant, population, flora, fauna, animals and birds, feed, fertilizer
Технология оздоровления окружающей среды от отходов сельского хозяйства и получение безопасных продуктов является наиболее актуальной для регионов России. Огромные территории регионов России загрязнены различными отходами, в том числе отходами животноводства, растениеводства АПК, которые снижают не только качество производимой продукции животного и растительного происхождения, но и экологическую безопасность, и экономическую эффективность сельского хозяйства. При этом больше всего наносится значительный экологический ущерб, из сельскохозяйственного оборота выводятся плодородные земли, в результате чего подрывается сырьевая, кормовая база для животноводства и птицеводства. Сегодня много не решенных экологических проблем существует на урбанизированных сельскохозяйственных территориях регионов РФ, они связаны с накоплением биологических отходов жизнедеятельности животных и птиц и от прошлой сельскохозяйственной деятельности. Загрязняются территории, где они складируются, в результате чего в первую очередь существенной экологической
опасности подвергается население, флора и фауна, включая домашних, сельскохозяйственных животных и птиц. Все это далее оказывает неблагоприятное влияние на эпизоотологическую и санитарно-эпидемиологическую обстановку природной среды, сельских и городских населенных пунктов, которые расположены рядом с местами обитания различных видов диких, домашних и сельскохозяйственных животных.
Известен способ получения животноводческой продукции [1], согласно которому используется два контура утилизации отходов и получения кормов.
Недостатком [1] является отсутствие процесса обеззараживания навоза при вывозе на поля и отсутствует элементарная безопасная технология получения кормов.
Разработан способ утилизации отходов в комплексе безотходного птицеводства и животноводства, с собственным производством кормов [2]. Этот комплекс предназначен для переработки навоза и помета, для производства кормов, кормовых добавок, в частности для получения животноводческой и птицеводческой про-
