Разработка технологических приемов утилизации отходов

№90-1,

науки о земле

Целью настоящей работы является разработка технологических приемов утилизации отходов и обезвоживание, обеззараживание иловых осадков в биологических очистных сооружениях. Острота проблемы утилизации отходов и обезвоживание, обеззараживание иловых осадков в биологических очистных сооружениях в городах России усугубляется невозможностью строительства иловых площадок из-за близкого расположения к поверхности грунтовых вод. Их наличие существенно влияет на многие стороны социальных условий проживания, в частности возникновению различных болезней и снижению жизнеспособности населения, а также к возникновению и обострению экологической ситуации и проблем среди живых организмов, обитающих на урбанизированных территориях Российской Федерации.

Похожие материалы

Введение

Проблема утилизации отходов и обезвоживание, обеззараживание иловых осадков в биологических очистных сооружениях с каждым годом становится все острее для многих городских, поселковых, сельских поселений России. За прошедшие годы вблизи их территорий образовались многочисленные, перегруженные осадками иловые площадки, хвостохранилища, отвалы, карьеры. Их наличие существенно влияет на многие стороны социальных условий проживания, в частности возникновению различных болезней и снижению жизнеспособности населения, а также к возникновению и обострению экологической ситуации и проблем среди живых организмов, обитающих на урбанизированных территориях Российской Федерации [1,2].

Осадки на большинстве очистных сооружений, по оценкам разных специалистов находятся в частично обезвоженном и недостаточно стабилизированном состоянии. Поэтому первоочередными задачами в решении проблемы являются обеззараживание и уменьшение объемов отходов и последующее их размещение, использование в каких-либо целях или полной утилизации. Естественно, при обязательном соблюдении санэпиднорм и восстановлении благоприятного состояния окружающей среды. Развитие методов, которыми обрабатываются отходы очистных сооружений происходило в мире в несколько этапов. В первой половине 20 века преобладало анаэробное сбраживание. Вначале оно реализовывалось в двухъярусных отстойниках. Затем к этому оборудованию добавились метантенки с обезвоживанием обработанного ими ила и подсушиванием его в естественных условиях на специально устраиваемых иловых площадках. Далее производство очистных сооружений для больших поселений пошло по пути отказа от иловых площадок и внедрением оборудования, в котором обезвоживание осадка стало происходить принудительно (вакуум-фильтры) после предварительного кондиционирования отходов реагентами неорганического типа. В последнее время, из-за ряда существенных недостатков (низкая производительность, большой расход реагентов, высокие затраты эксплуатации, антисанитарные условия, сложность) вакуум-фильтры стали заменяться более инновационными технологиями. Среди них обезвоживание осадка на камерных, ленточных и рамных фильтр-прессах, шнековых обезвоживающих приспособлениях осадка, осаждающих центрифугах. А предварительное кондиционирование отходов стали делать с применением органических флокулянтов [3-7].

Целью настоящей работы является анализ проблемы утилизации отходов и обезвоживание, обеззараживание иловых осадков в биологических очистных сооружениях. Проблемой обработки осадка, который образуют любые, в том числе и очистные сооружения для мойки автомобилей, занимаются многие ученые мира. В России ни мало специалистов, которые вот уже больше десятилетия создают и производят инновационные сооружения, установки, оборудование, которые не уступают лучшим зарубежным образцам. Защищены патентами и по многим характеристикам даже превосходят аналоги.

Материалы и методы исследований

Проблема обезвоживания осадка от городских стоков усугубляется недостатком свободных площадей для расширения приспособленных площадок состоящих из песка. По принятой технологии ежесуточно с площадок вынимается и вывозится танкерами приблизительно 500 куб.м обработанного осадка. Прогнозные расчеты ученых указывают на значительный рост объема осадков в ближайшие годы и необходимости принимать меры для их утилизации и обезвоживание, обеззараживание. Очистные сооружения городов России явно устарели, последняя реконструкция была проведена в прошлом веке в 1981-82 гг. Поэтому специалисты рекомендовали их полностью модернизировать, а для снижения объема осадков предложили производить их обезвоживание с использованием центрифуг, фильтр-прессов, вакуум-фильтров. Естественно, с применением флокулянтов. Ежедневное поступление стоков на очистные сооружения разных городов, на которых успешно работает флотационная установка современной инновационной конструкции, оценивается примерно в 1 млн.куб.м. После переработки на выходе получается 1,40 тыс.куб.м осадка с влажностью ~96%. Для его обезвоживания до недавнего времени применялись фильтр-прессы, которые из-за недостаточной производительности, являлись причиной постоянного накопления не обезвоженного осадка. Сегодня фильтр-прессы заменены двумя центрифугами декантерного типа. Работают они без остановки, обрабатывая в час 30 куб.м осадка, понижая их влажность с 96% до 75%. Использование новой технологии позволило снизить объем отходов, подлежащих дальнейшей утилизации, и энергетические затраты на обезвоживание осадка. Например: В Швеции численность населения составляет 8,8 млн.чел. из них 83.3.% обитают в городах, из них 1/3 в Мальме, Гетеборге, Стокгольме. Они, вместе с промышленностью и сельским хозяйством, «производят» в год больше 1 млн.куб.м стоков. Они перерабатываются ~2 тыс. очистных сооружений и «выдают» ~180 тыс.т сухого осадка с влажностью 82%. Почти на каждом сооружении в составе действующего оборудования имеется автоматическая станция приготовления и дозирования флокулянта и коагулянта, высокопроизводительный флотатор и другое очистительное оборудование. Снижение влажности осадка производится, в основном, на центрифугах с обязательным использованием флокулянтов. Отказ от фильтр-прессов и вакуум-прессов позволил шведам улучшить ситуацию с отходами по сравнению с другими странами. В дальнейшем на больших очистных сооружениях планируется внедрить технологию сжигания отходов.

Результаты и их обсуждение

Острота проблемы утилизации отходов и обезвоживание, обеззараживание иловых осадков в биологических очистных сооружениях находящихся в городах России усугубляется невозможностью строительства иловых площадок из-за близкого расположения к поверхности грунтовых вод. К этому добавляются сложные климатические условия региона и отсутствие достаточных свободных площадей. Проектом городских очистных сооружений обезвоживание осадка было предусмотрено с использованием вакуум-фильтров, термических сушилок и дальнейшим его применением, как удобрения в сельском хозяйстве. Практически указанные технологии не оправдали себя по разным причинам (необходимость больших количеств химических реагентов, нестабильность работы, отказ агропромышленного комплекса использовать отходы на полях). Временным выходом из ситуации может быть строительство под городом специальных полигонов, на которых собираются обезвоженные осадки. При этом лучше всего строить комплекс или завод по утилизации отходов и обезвоживание, обеззараживание иловых осадков, которые образуются в биологических очистных сооружениях, для получения от них биогаза, топлива и полезных средств, веществ.

Учитывая постоянно растущие потребности под складирование отходов, их негативное влияние на природную среду и население, необходимо принимать решение по усовершенствованию используемых в очистке стоков технологии. Сегодня очистные сооружения постоянно модернизируются, заменяется старое и устанавливается высокоэффективное, как, например, установка УФ обеззараживания воды оборудование. А в утилизации осадка используется технология механического его обезвоживания и последующего сжигания. Например: в Украине обезвоживание осадка, получаемого при очистке стоков, производится, в большинстве, с использованием иловых площадок. Расположены они на окраинах поселений, постоянно «растут» по площади (например, под Киевом на 14 га ежегодно) и представляют реальную угрозу вторичного загрязнения природной среды. Площадки с илом экологически опасны уже сегодня и особенно в будущем. Большинство из сооружений уже заполнено, осадки и вода «уходят» через край, что ведет к загрязнению природной среды. В лучшем случае перекачиваются, например, с использованием (КНС), канализационная насосная станция, назад, для обработки на очистные станции, что ведет к перегрузке последних и увеличению затрат на очистку. В перспективе возможна ситуация с попаданием в грунт загрязненной воды и загрязнением водотоков, подземных вод. Сохранение надлежащего экологического, санитарно-эпидемиологического состояния крупных городов, возможно, требует принятия мер, для рекультивации полигонов, на которых хранятся обезвоженные осадки от переработки стоков. В первую очередь тех, которые расположены в городской черте. Вопрос рекультивации площадок, входящих в систему очистных сооружений, важен не только с экологической стороны, но и несет выгоды в социальном и экономическом плане. Удаление, утилизация осадка освобождает территории, которые затем могут использоваться под гражданское строительство или другие социально значимые цели. В качестве примера может служить Москва, где использование методов депонирования и механического обезвоживания осадка позволило за 5 лет решить вопрос рекультивации площадок станции, аэрации в Курьянове, занимавших ~800 га земель. В ходе работ было утилизировано 15 млн.куб.м осадков и построен жилой массив на 3,5 млн.кв.м жилья под названием «Мариинский парк». Основная стадия обработки отходов, после прохождения загрязненных стоков через, например, флотационную установку — их обезвоживание. Операция позволяет значительно уменьшать их объем, влажность, что сокращает необходимые, например, площади для хранения. Снижает последующие затраты на полную утилизацию осадков. Применяемое сегодня при производстве очистных сооружений оборудование, для обезвоживания отходов, может классифицироваться по типу воздействия на них: обезвоживание с использованием вакуума; обезвоживание с использованием дополнительного избыточного давления; обезвоживание с использованием центробежных сил. Аппараты и оборудование, реализующие на практике в очистных сооружениях отмеченные методы имеют свои преимущества и определенный ряд недостатков. В достоинствах вакуум-фильтров возможность обезвоживать осадки без предварительного выделения из них песка и отсутствия неприятных запахов. Но для их работы требуется много вспомогательного оборудования: центробежные насосы, ресиверы, воздуходувки, вакуум-насосы и пр. Сложно и управление вакуум-насосами, низка их надежность, в оборудовании нельзя использовать для кондиционирования отходов органические флокулянты. Устройства громоздки, потребляют много электроэнергии, загрязняют при работе окружающую среду. Фильтр-прессы позволяют «доводить» осадки до низкой влажности. Их чаще применяют в технологиях, в которых предусматривается дальнейшее сжигание или сушка отходов. Такой тип оборудования рационально использовать в производстве очистных сооружений для предприятий, в стоках которых высокое содержание минеральных примесей. Сегодня все чаще на очистных сооружениях применяется для обезвоживания осадка оборудование, работающие по методу его центрифугирования. Достоинства его в простоте конструкции, экономичность, хорошей управляемости процессом. Именно центрифугирование позволяет до возможного минимума сократить влажность (соответственно, и объем) отходов. Среди наиболее производительных центрифуг, используемых при разработке и производстве очистных сооружений, продукция производителя «Вестфалия-Сепаратор» (Германия). Оборудование внедрено на многих очистных объектах страны и доказали свою эффективность. В линейке достойных внимания специалистов также центрифуги «BARGAM» (Италия) декантерного типа, шнековые дегидраторы от японской компании «AMCON».. Обезвоживание осадка дегидратором «AMCON»производится следующим образом. Вначале стабилизированный осадок перемещается насосом для предварительной обработки флокулянтом в специальное отделение дегидратора. Затем подается в узел, который производит выдавливание их него избыточной влаги. Фильтрат вытекает наружу сквозь имеющиеся зазоры между кольцами. Ширина зазоров от зоны сгущения уменьшается к зоне обезвоживания. Уменьшается и шаг витков шнекового пресса, что увеличивает давление в толще обрабатываемого осадка. Предельное давление внутри барабана регулируется прижимной пластиной, установленной в конце шнека. Фильтрат от дегидратора возвращается к началу очистных сооружений, спрессованный осадок в накопительный контейнер. Развитие современных промышленных технологий постоянно приводит к «появлению» в промышленных стоках новых загрязнителей (ПАВы, консерванты, не биогенные, сложные органические вещества), которые сегодня на существующих очистных сооружениях известными методами невозможно удалить. Поэтому они сбрасываются вместе с обработанными стоками в водоемы, загрязняют их сверх установленных нормативов. Ко всему еще добавляются проблемы с загрязненностью городских стоков токсичными веществами, зараженностью патогенными микроорганизмами, загниванием. Их трудно, а часто и невозможно довести известными методами до приемлемого состояния. В результате то же загрязнение природы, вред здоровью людей, снижение комфортности их проживания. Решать эту проблему сегодня специалисты предлагают использованием термической обработки отходов после их обезвоживания. Тепловая обработка полностью обеззараживает осадок, стабилизирует его свойства, улучшает водоотдачу, позволяет полностью отказаться от применения реагентов. Среди эффективного оборудования для тепловой обработки осадка, имеющего влажность 80%...82%, являются установки прямоточной сушки, способные на выходе «выдавать» отходы с 40%...50% влажностью. Их использование в очистных сооружениях позволяет совмещать несколько операций: сушку, обеззараживание осадка, его пневматическое перемещение на площадки складирования. Высушенный термически осадок становится безопасным для окружающей природы, может использоваться как органоминеральное удобрение. Пиролиз сегодня в числе инновационных технологий переработки отходов и считается лучшим, чем сжигание. Метод заключается в разложении органических соединений при недостатке или отсутствии кислорода и одновременном воздействии высоких температур. На выходе получают смолу и экологит (твердый продукт), который в будущем могут использоваться без опасений и нанести урон природе в других технологиях (например, при производстве керамзита, бетона). Сегодня на рынке оборудования для очистки стоков известны примерно полусотня различных систем, реализующих на практике метод пиролиза осадка. Отличаются они исходным сырьем, рабочей температурой, конструктивными и технологическими решениями. При всех достоинствах у метода пиролиза осадка существует один большой недостаток: значительный расход топлива для создания нужной температуры. Устранить его можно путем использования взрывной камеры. Причем она позволяет в разы увеличить и рабочую температуру (до 2500°С…5000°С), что может вывести метод пиролиза в число экономически целесообразных направлений утилизации осадка [3-7].

Заключение

Таким образом, предлагаемая технология утилизации отходов очистных сооружений во взрывной камере предполагает, направление ила во взрывную камеру и далее осуществление взрыва; очистка газо-воздушной смеси, накопление твердого остатка, перемещение его к месту хранения; отбор избыточного тепла, использование его, например, для отопления домов; накопление жидкого остатка и перемещение его на дальнейшую утилизацию; очистка и выброса в атмосферу газовой смеси. Параметры взрывной камеры подбираются к характеристикам применяемых взрывных веществ. В достоинствах такой технологии утилизации отходов очистных сооружений: возможность обработки осадка с любой влажностью; упрощение конструкции устройств; повышенная эффективность сжигания, обеззараживания осадка; уменьшение запыленности отходящих газов. Единственным недостатком использования взрывной камеры для утилизации отходов является необходимость точного ее расчета, связанного со значительными нагрузками на материалы, возникающие при взрыве. Естественно, и устойчивости всей конструкции, поддерживающей ее и обеспечивающей функционирование метода.

Список литературы

  1. Ахмадиев Г.М., Юсупова Г.Ф. Управление техносферной безопасностью территории // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 11 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/11/7317
  2. Ахмадиев Г.М.Научные основы и принципы системы контроля и обеспечения экологической безопасности на урбанизированных территориях Республики Татарстан//Социально-экономические и технические системы: исследование, проектирование, оптимизация,№ 3 (70), 2016,с.73-82
  3. Бернадинер М.Н., Жижин В.В., Иванов В.В. Термическое обезвреживание промышленных органических отходов// Экология и промышленность России. – 2000. – Апр. – С. 17-21.
  4. Кармазинов Ф.В., Пробирский М.Д. Технологический комплекс по обработке и утилизации осадков сточных вод на ЦСА Санкт-Петербурга// ВСТ. – 2001. – №8. – С. 2-7.
  5. Коммунальные сточные воды и перспективы их использования в сель-ском хозяйстве Западной Сибири/ А.В.Шуравин, Р.П.Воробьева, А.С.Давыдов и др. // Вода: экология и технологии.: Тез. докл. 4-го Международный конгресс. – М.: 2000. – С.
  6. -596.
  7. Сооружения по очистке городских канализационных стоков как источни-ки загрязнения атмосферы/ А.О.Карелин, О.Н.Карелин, В.С.Лучкевич и др. // Гигиена и санитария . – 2000. – №3. – С. 12-14.
  8. Скобелева Л.А., Храмцов Д.Ю., Гильманова Э.М. Экологический и технический надзор (практика осуществления) М.: ТК Велби, изд-во Проспект, 2008. -320 с.