CC BY
52
4.3. ЭКОЛОГИЯ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ГОРОДСКИХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ. ИЗБЫТОЧНЫЙ АКТИВНЫЙ ИЛ КАК КОРРЕКТИРУЮЩАЯ ДОБАВКА В ПРОИЗВОДСТВЕ КЕРАМЗИТА
Ананьев Денис Сергеевич
бакалавр химической технологии и биотехнологии ВолгГТУ,
г. Волгоград E-mail: D19921 @yandex. ru
Картушина Юлия Николаевна
канд. геол.-минерал. наук, доцент ВолгГТУ,
г. Волгоград E-mail: kartysina@rambler.ru
MODERN METHODS OF DISPOSAL OF MUNICIPAL SEWAGE TREATMENT PLANTS. THE SURPLUS ACTIVE SLUDGE AS A CORRECTIVE ADDITIVE IN THE PRODUCTION OF EXPANDED CLAY
Ananiev Denis
bachelor of chemical technology and biotechnology of Volgograd State Technical University,
Volgograd
Kartushina Julia
candidate of geological-mineralogical sciences, associate professor of Volgograd State Technical University,
Volgograd
АННОТАЦИЯ
Целью статьи является рассмотрение методов утилизации отходов после биологической очистки сточных вод, и проанализировано влияние предлагаемой добавки на вспучивания керамзитового сырья. В статье перечислены современные методы утилизации осадка, приведены основные химические реакции, происходящие при вспучивании керамзита с добавлением в сырье отходов. Корректирующая добавка из органических примесей избыточного активного ила создает условия для нормального вспучивания керамзитового сырья.
Используя рассмотренные в статье методы утилизации отходов очистных сооружений, можно решить ряд материальных и экологических проблем.
ABSTRACT
The aim of the article is a review of methods of waste disposal biological treatment of wastewater, and the influence of the proposed additions to the expansion gravel materials. This article lists the modern methods of sludge disposal, are the basic chemical reactions occurring at manufacturer of expanded clay with addition of the raw waste. Adjusting add organic impurities of the surplus active sludge creates conditions for normal expansion gravel materials.
Using the paper methods of waste treatment facilities, you can solve a number of substantive and environmental problems.
Ключевые слова: керамзит; биологическая очистка; легкоплавкие глины; активный ил; вспучивание.
Keywords: expanded clay; biological treatment; low-melting clays; active sludge; swelling.
Объем ежегодного образования отходов в Российской Федерации составляет 3,5 млрд. тонн: 90 % из них вывозится на полигоны и свалки, утилизируется 10 %, около 7 % сжигается и только 3 % подвергается вторичной переработке. При очистке хозяйственно -бытовых стоков на городских очистных сооружениях образуется осадок (примерно 750 м3 осадка из 100 000 м3 сточной жидкости), под хранение которого отчуждаются обширные территории со специально оборудованными площадками [2, с. 27]. В результате происходит образование экологически опасных объектов-полигонов складирования осадков сточных вод и активного ила, характеризующихся высокой степенью негативного воздействия на окружающую среду и здоровье человека. При этом переработка
и вторичное использование уже образовавшихся и размещенных отходов (относящихся к 4 классу опасности) практически не ведется.
Изучаемый вид отхода представляет собой смесь осадка из первичных отстойников и активного ила из илоуплотнителя, с влажностью примерно 80 % и содержанием органических (до 80 %) и минеральных (около 20 %) примесей:
• органические соединения, в том числе углерод и жирные кислоты;
• минеральные компоненты, в том числе минеральный азот;
• фосфор ^205); калий (K2O); железо ^20з) и др.
Помимо минеральных компонентов в нем присутствуют патогенные организмы, избыточное количество нитратов, токсичные вещества, алифатические соединения, эфиры, фенолы и т. д. [1, с. 32].
Избыточный активный ил — это сложный органо-минеральный комплекс, органическая часть которого представляет собой биомассу и частично разложившиеся окисленные органические вещества бытовых сточных вод, а также азот- и фосфорсодержащие соединения.
Органическая часть активного ила в основном состоит из вещества белкового происхождения (до 50 %) при содержании жиров и углеводов соответственно до 30 и 10 %. Во влажном осадке из первичных отстойников белков примерно в 2 раза меньше, а углеводов в 2,5—3 раза больше, чем в активном иле.
Существует ряд методов для хозяйственного использования отходов очистных сооружений:
• обеззараживание и детоксикация осадков с получением органо-минеральных удобрений и компостов [6, с. 87; 3, с. 42];
• анаэробная деструкция и обеззараживание ОСВ с получением биогаза [4, с. 124; 5, с. 55];
• термическая обработка — сжигание в печах различной конструкции и низкотемпературный пиролиз с получением жидкого топлива [6, с. 86].
Следует отметить, что, для промышленных городов, в которых имеется металлургические предприятия, в отходах очистных сооружений наблюдается наличие повышенного уровня содержания металлов в сравнении с фоновыми концентрациями.
Анализ научно-технической литературы по методам обеззараживания и детоксикации, удалению из осадков ионов тяжелых металлов показал, что для этих целей используется специальная обработка химическими реагентами и препаратами. Такое обезвреживание осадков основано на замещении тяжелых металлов на ионы щелочных и щелочно-земельных металлов, а так же связывании
подвижных ионов тяжелых металлов в труднорастворимые комплексные соединения [4, с. 126; 5, с. 66].
Предлагаемое нами направление утилизации осадка сточных вод — применение его в качестве корректирующей добавки при производстве строительного материала — керамзитового гравия. Этот метод включает в себя термическую обработку отхода, при которой погибают опасные возбудители заболеваний.
Керамзит представляет собой легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, реже в виде щебня, получаемый при обжиге легкоплавких глинистых пород, способных вспучиваться при быстром нагревании. Он является экологичным и востребованным материалом, широко используемым при строительных работах.
Согласно литературным данным хорошо вспучиваются глинистые материалы, содержащие тонкодисперсные органические примеси в пределах 1—2 %, однако в некоторых случаях недостаток их может быть восполнен соответствующими добавками (нефтяные продукты и отходы) [7, с. 44].
Применяемый в качестве подобной добавки осадок после биологической очистки сточных вод, содержит окислы железа и органические соединения, наличие которых создает оптимальные условия для вспучивания легкоплавких глин при производстве керамзита.
Процесс вспучивания состоит из двух стадий: первая — спекание с образованием закрытой поры и вторая — собственно вспучивание под давлением газов, выделяющихся внутри закрытой поры.
Источниками газообразования при использовании отходов очистных сооружений в качестве вспучивающей добавки керамзитовых гранул являются практически все минералогические составляющие отхода. При быстром обжиге, когда термическая обработка от 600 до 1150 °С продолжается около 8—70 мин. и происходит со скоростью 55—90 град/мин., остатки конституционной воды, двухкальциевого силиката и парафина удаляются при температуре вспучивания гранул и, несомненно, могут принимать участие в порообразовании и вспучивании пиропластической глинистой массы [7, с. 48]. Карбонаты кальция и железа интенсивно разлагаются при 859—950 и 400—500 0С соответственно. Продукты диссоциации также могут являться одним из источников образования газообразной фазы.
Окисление органического вещества начинается при температуре их воспламенения (180 0С), однако, полностью данный процесс в глинистой массе заканчивается при температуре 900—1000 0С,
то есть в тот период, когда прекращается противоток газообразных продуктов изнутри материала, препятствующий доступу воздуха. При быстром обжиге и недостатке кислорода органика выгорает в области температур размягчения глинистой массы [7, с. 78]. Химический и минералогический состав отходов позволил прогнозировать их благоприятное воздействие на вспучиваемость глинистого сырья как за счет значительного объема газообразующих составляющих, так и за счет температурного совпадения процессов интенсивного газообразования и оптимального размягчения глинистой массы.
При температуре материала от 500 0С и после завершения процесса спекания, протекает процесс декарбонизации карбонатов кальция и магния:
СаС03 ^ Са0+С02; МСО ^ Мё0+С02-
Благодаря введенной в глинистое сырье органической добавке начинается взаимодействие между углекислым газом и твердым углеродом и образование в закрытых порах избыточного давления за счет выделения окиси углерода.
С02+С <-> 2С0;
Окись углерода создает восстановительную среду и оксид железа (III) Fe2O3, содержащийся в глинистом сырье, восстанавливается до магнетита Fe3O4 и оксида железа (II) FeO, с выделением углекислого газа по следующим реакциям:
3Ре203 +С0=2Ре304 +С02; Ре304+С0=3Ре0+С02.
Таким образом, благодаря введённой в глинистое сырье корректирующей добавки происходит выделения таких газов как CO и CO2, что приводит к росту гранулы керамзита изнутри и ее хорошему вспучиванию.
Используя выше описанные методы утилизации отходов
очистных сооружений, можно решить следующие проблемы:
• улучшение состояния окружающей среды;
• расширение сырьевой базы строительных материалов;
• прекращение отчуждения и рекультивация земель
используемых под полигоны;
• получение нового вида топлива;
• получение новых органо-минеральных удобрений.
Список литературы:
1. Евилевич А.З. Утилизация осадков сточных вод. Л.: Строй-издат, 1988. — 240 с.
2. Лукашевич О.Д., Барская И.В. Экологические проблемы обработки и утилизации осадков сточных вод // Экология промышленного производства. — 2007. — № 3. — С. 68—75.
3. Покровская Е.В., Сергеева Т.Н. Утилизация осадков сточных вод // Экология и промышленность России. — 2005. — № 6. — С. 23—25.
4. Суханова Л.И. Утилизация осадков природных и сточных вод: обзор. инф. / ВНИИПИ. М., 1990. — 30 с.
5. Термическое обезвреживание промышленных органических отходов / М.Н. Бернадинер, В.В. Жижин, В.В. Иванов // Экология и промышленность России. — 2000. — № 4. — С. 17—21.
6. Туровский И.С. Осадки сточных вод. Обезвоживание и обеззараживание. М.: ДеЛи принт, 2008. — 375 с.
7. Онацкий С.П. Производства керамзита. М.: Стройиздат, 1987. — 337 с.
