Зниження рівня екологічно небезпечного впливу осадів міських стічних вод на навколишнє середовище - Автореферат

Екологічною проблемою, яка вимагає невідкладного рішення, є розробка нових ефективних методів обробки (знешкодження і збезводнення) і наступної утилізації осадів міських стічних вод (ОМСВ). В даний час утилізація основної маси осадів, що утворюються, не здійснюється через наявність у їхньому складі токсичних хімічних речовин, головним чином, важких металів. Виходячи зі сказаного вище, розробка методу вилучення важких металів з осадів міських стічних вод, а також методів інтенсифікації процесу їхнього збезводнення за допомогою механічного устаткування є надзвичайно актуальною і своєчасною задачею, успішне рішення якої дозволить істотно знизити рівень негативного впливу цих осадів на навколишнє середовище. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні основні задачі: - розробити метод обробки осадів міських стічних вод з метою вилучення важких металів; дослідити процес фільтрування осадів міських стічних вод через допоміжні речовини, зокрема, через шар продуктів переробки бурого вугілля, що містить гумінові речовини;Питаннями вивчення хімічного складу, фізико-хімічних властивостей ОМСВ і розробки на цій основі методів і устаткування для інтенсифікації процесів їхнього збезводнення займалися багато вчених і фахівців: Жужиков В.А., Туровський І.С., Вейцер Ю.І., Мінц Д.М., Гембицький П.О., Двинських Є.В., Єсін А.М., Епоян С.М., Агранонік Р.Я., Булгаков В.В., Мешенгіссер М.І.,Черніков В.А., Таварткіладзе Ю.М. і інші, а з погляду створення умов для вилучення іонів важких металів з осадів: Ребиндер П.А., Любарський В.М., Висоцький С. П., Пантелят Г.С., Дрозд Г.Я. і інші. У другому розділі викладені методологічні принципи проведених досліджень, що включають методи збезводнення осадів і розробку нових підходів до рішення задачі вилучення важких металів з осадів міських стічних вод. стічна екологічний важкий гумінова Описано лабораторні й експериментальні установки для проведення досліджень по збезводненню осадів, визначенню концентрацій важких металів в осадах міських стічних вод, використанню реагентів для інтенсифікації процесів збезводнення осадів і вилучення з них важких металів. Досліджено наступні варіанти фізичних і хімічних впливів і їхніх сполучень на властивості осадів і вміст у них важких металів: нагрівання осаду в сушильній шафі до температури 1050С при часі експозиції - від 0,25 до 3,0 годин; підкислення проб осаду азотною кислотою в широкому діапазоні величин РН у межах 1-6; підкислення проб осаду азотною кислотою при зміні РН у межах 1-6 і нагріванні до температури 1050С; підлужування проб осаду за допомогою NAOH у широкому діапазоні величин РН від 8 до 13; підлужування проб осаду за допомогою NAOH при зміні величин РН у межах 8-13 і нагріванні до температури 105 0С. Аналіз отриманих даних свідчить про те, що кращий ефект по розшаруванню осаду на рідку і тверду фази досягнутий при підлужуванні проб осаду за допомогою NAOH до величини РН = 12-13 і нагріванні до температури 1050С, а також при підкисленні проб осаду азотною кислотою до величини РН = 1-2 і нагріванні до температури 1050С.Екологічною проблемою, яка вимагає невідкладного рішення, є розробка нових ефективних методів обробки (знешкодження і збезводнення) і наступної утилізації осадів міських стічних вод. У дисертації розроблено новий метод вилучення важких металів з осадів міських стічних вод за допомогою гумінових речовин. Установлено, що в складі осадів міських стічних вод, що утворюються на Комплексах біологічного очищення стічних вод м. Донецька, Макіївки, Єнакієвого, Харкова та інших міст України, у яких є підприємства машинобудування і металургії, міститься значна кількість важких металів, наприклад: Fe2 - 12458,0 мг/кг сухої речовини, Сuзаг. Як ефективний реагент для вилучення важких металів з осадів міських стічних вод запропоновано використовувати продукт обробки бурого вугілля лугом - вуглелужний реагент.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Екологічною проблемою, яка вимагає невідкладного рішення, є розробка нових ефективних методів обробки (знешкодження і збезводнення) і наступної утилізації осадів міських стічних вод. Мулові майданчики є джерелами забруднення ґрунту, ґрунтових і поверхневих водних обєктів, повітря. Розміри земельних ділянок, які виділяються для цих цілей, постійно збільшуються. У дисертації розроблено новий метод вилучення важких металів з осадів міських стічних вод за допомогою гумінових речовин.

2. Установлено, що в складі осадів міських стічних вод, що утворюються на Комплексах біологічного очищення стічних вод м. Донецька, Макіївки, Єнакієвого, Харкова та інших міст України, у яких є підприємства машинобудування і металургії, міститься значна кількість важких металів, наприклад: Fe2 - 12458,0 мг/кг сухої речовини, Сuзаг. - 266 мг/кг, Ni2 - 2,86 мг/кг, Zn2 - 593,6 мг/кг, Crзаг. - 33,8 мг/кг, Sr2 - 3,77 мг/кг, Hg2 - 94 мг/кг. Це перевищує припустимі норми вмісту зазначених металів у добривах у кілька разів. Крім того, в осадах присутні ряд інших елементів і сполук: Al3 - 11327 мг/кг сухої речовини, As5 - 3,77 мг/кг і ін.

3. Установлено, що гумінові речовини володіють високою виборчою сорбційною здатністю стосовно важких металів. Як ефективний реагент для вилучення важких металів з осадів міських стічних вод запропоновано використовувати продукт обробки бурого вугілля лугом - вуглелужний реагент. Запропонована система рівнянь, яка описує процес фільтрування осадів через допоміжні речовини, зокрема через шар продуктів переробки бурого вугілля, що містить гумінові речовини. Доза ВЛР складає 0,18-0,26 кг/м 3. Діючою речовиною в складі ВЛР є гумінові речовини, зокрема, гумати натрію.

4. Для реалізації розробленої технології доцільно здійснювати збезводнення осаду на фільтрпресах зі стаціонарним намивним шаром з ВЛР або на центрифугах з рухливим шаром ВЛР. Рідку фазу (фільтрат або фугат) варто обробляти при використанні слабкого підкислення до значень РН = 6,5-6,8, що дозволить осадити гумінові комплекси, що містять важкі метали, у спеціально виділених для цього спорудах (відстійниках). Кількість цього осаду складає 0,01 % від первісної кількості осаду.

5. Обробка осадів за допомогою ВЛР дозволяє знизити концентрації важких металів до таких концентрацій, що нижче санітарних норм. Розроблений метод дозволяє видалити мідь на 88 %, нікель - 94 %, цинк - більш 90 %, хром загальний (тривалентний плюс шестивалентний) - 89,5 %, марганець - 40 %, кадмій - більш 86 %, мишяк - 64 %, ртуть - близько 90 %.

6. Випробувано ряд коагулянтів і флокулянтів для інтенсифікації процесу збезводнення осадів міських стічних вод. Як флокулянти випробувана: діметілдіалліламмонійхлорид (ВПК-402) (Росія), К-504 і К-506 (Фінляндія), поліетиленімін (ПЕІ) і Магнафлок (Німеччина), полімери К-100, К-200, Ф-100, Ф-200, ФК, ОКФ (Росія) та ін., як коагулянти - вапно, сірчанокислий алюміній, хлорне залізо та ін.

Найбільш ефективними є катіонні флокулянти. Їхнє застосування інтенсифікує процес збезводнення осадів як на мулових майданчиках, так і в апаратах механічного збезводнення - фільтрпресах і центрифугах.

7. Встановлено, що розрахункова питома продуктивність камерного фільтрпреса при збезводненні осадів міських стічних вод складає 85-100 м 3•10-3/м2·год або 42,5-50 м3/год з одного фільтрпреса поверхнею фільтрування 500 м 2. Для збезводнення ОМСВ рекомендується застосовувати фільтрпреси вітчизняного виробництва. Для збезводнення ОМСВ також рекомендується застосовувати центрифуги вітчизняного або закордонного виробництва. При цьому вологість збезводненого осаду складає 70-80 %. Вибір типу устаткування для збезводнення ОМСВ виконується в кожнім конкретному випадку на підставі техніко-економічного порівняння варіантів.

8. Економічна ефективність від впровадження в проект реконструкції каналізаційних очисних споруд міста Єнакієвого розробленого методу вилучення важких металів складає 1398,5 тис. грн.

1. Пантелят Г.С., Котюк Ф.А. Количественная и качественная характеристики осадков городских сточных вод // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2003. - Вип. 24. - С. 89-91.

2. Пантелят Г.С., Котюк Ф.А. Определение возможности утилизации осадков городских сточных вод // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2004. - Вип. 26. - С. 86-88.

3.Котюк Ф.А. К вопросу об обработке, обезвоживании и утилизации осадков водопроводных и канализационных очистных сооружений // Збірник наукових праць. - Луганськ: ЛНАУ. - 2004. - №32 (44). - С. 79-86.

4. Котюк Ф.А. Технология удаления тяжелых металлов из осадков городских сточных вод // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2005. - Вип. 32. - С. 172-175.

5. Котюк Ф.А., Штонда Ю.И. Разработка методов удаления тяжелых металлов из осадков городских сточных вод // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одесса: ОДАБА. - 2005. - Вип. 19. - С. 165-169.

6. Пантелят Г.С., Котюк Ф.А. Новая технология удаления ионов тяжелых металлов из осадков городских сточных вод // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2006. - Вип. 35. - С. 230-234.

7. Котюк Ф.А. Применение коагулянтов, флокулянтов и их композиций для интенсификации процесса обезвоживания осадков городских сточных вод // Вестник Белгородского гос. техн. универ. - Белгород: Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2004. - №8. - Часть 4. - С. 88-90.

8. Пантелят Г.С., Черников В.А., Котюк Ф.А. Прогрессивные технологии обезвоживания и утилизации городских сточных вод // Сб. докл. Международного конгресса "Вода: экология и технология" (ЭКВАТЭК-2004). - М.: - 2004. - часть 2. - С. 721-722.

9. Пантелят Г.С., Котюк Ф.А. Направления решения вопроса обезвоживания и утилизации осадков городских сточных вод // Сборник научных статей к ХІІ-й Междун. науч.-практ. конф. "Экология и здоровье человека". - Харьков: Райдер. - 2004. - С. 311-312.

10.Пантелят Г.С., Котюк Ф.А. Результаты исследований обезвоживания осадков городских сточных вод на камерных фильтр-прессах // Тез. докл. ХХХІІ-й науч.-техн. конфер. преподавателей, аспирантов и сотрудников ХНАГХ. - Харьков: ХНАГХ. - 2004. - С. 48-49.

11. Котюк Ф.А. Химический состав и физико-химические свойства осадков городских сточных вод // Тез. докл. ХХХІІ-й науч.-техн. конфер. преподавателей, аспирантов и сотрудников ХНАГХ. - Харьков: ХНАГХ. - 2004. - С. 39-40.

12. Котюк Ф.А. Интенсификация процессов обработки осадков сточных вод // Матеріали Всеукр. наук.-практ. конфер. "Реалізація регіон. програм реформ. та розвитку житлово-комун. госп-ва". - Алушта: ХОНТТ КГ та ПО, ХНАМГ. - 2005. - С. 79-80.

13. Пантелят Г.С., Котюк Ф.А. Современные методы обезвоживания, удаления тяжелых металлов и утилизации осадков городских сточных вод // Сборник науч. статей к ХІІІ -й Междун. науч.-практ. конф. "Экология и здоровье человека". - Харьков: Райдер. - 2005. - С. 105-108.

14. Котюк Ф.А. Новая технология удаления ионов тяжелых металлов из осадков городских сточных вод // Тезисы докл. ХХХІІІ-й науч.-техн. конфер. преподавателей, аспирантов и сотрудников ХНАГХ. - Часть 1. - Харьков: ХНАГХ. - 2006. - С. 195-197.

15. Душкін С.С., Демянюк В.М., Булгакова О.В., Котюк Ф.О. Пристрій для активації розчинів реагентів. - Декл. патент на корисну модель, № 15380/1 від 09.11.2004 р.

16. Пантелят Г.С., Сироватський О.А., Котюк Ф.О. Спосіб виділення важких металів з осадів міських стічних вод. - Повідомлення про завершення формальної експертизи за заявкою на винахід, № 50683 від 29.08.05 р.

Особистий внесок здобувача в роботах, опублікованих у співавторстві, складається в: [1] - визначено хімічний склад і кількість осадів, що утворюються на Комплексах очисних споруд міст Донбасу;

[2] - дано аналіз можливих напрямків утилізації осадів міських стічних вод;

[5, 6] - приведені результати пошукових досліджень автора при обробці осадів відповідно до кислотної і лужної технологій;

[8, 9] - вивчено процес збезводнення осадів на моделі фільтрпреса;

[10, 13] - наведено результати досліджень збезводнення осадів на фільтрпресах, і запропоновано метод вилучення важких металів з осадів міських стічних вод за допомогою гумінових речовин;

[15] - обґрунтовано вибір реагентів для обробки осадів;

[16] - запропоновані принципово нові технічні рішення по вилученню важких металів.