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. 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 1050С. 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/м3. 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 м3•10-3/м2·год або 42,5-50 м3/год з одного фільтрпреса поверхнею фільтрування 500 м2. 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.

Размещено на .ru