Переработка илового осадка: спасти отечественное сельское хозяйство и заодно планету Земля. Утилизация осадков сточных вод

Переработанные иловые осадки, - перспективное направление в улучшении плодородия почвы

Интенсивный рост промышленности и увеличение выброса отходов захватывает все больше жизненного пространства, нанося колоссальный вред здоровью людей.

В неблагоприятных экологических условиях снижаются защитные свойства организма, страдает иммунная система человека, растет число заболеваний.

Человечество вплотную подошло к необходимости принимать экстренные меры для восстановления естественного баланса в биосфере при помощи внедрения современных технологий, дающих возможность полной утилизации разных видов отходов и восстановлению исходных свойств экосистем планеты.

Экологические проблемы, вызванные иловыми осадками

Одним из главных источников загрязнения земельных и водных объектов выступают подземные канализационные системы.

Отходы, образующиеся в виде илового осадка после очистки остатков сточных вод (ОСВ), являются большой проблемой городов, затрагивающей технический и социально-экологический аспекты.

Технический аспект – это отсутствующие до последнего времени надежные технологии, которые позволили бы полностью обезвредить отходы и переработать их в полезные для человека продукты.

Социально-экологический аспект заключается в катастрофическом расширении площадей под хранение иловых осадков, в заражении почвы, наземных и подземных вод бактериями, в распространении газов в воздухе. Все это оказывает неблагоприятное воздействие на здоровье людей и животных, способствует возникновению эпидемий, генетических изменений в организме. Ежегодно скопление ОСВ в мире становится больше на 3,5 млрд тонн.

Долгое время ученые не могли разработать надежные технологии, которые могли бы привести эти миллиарды тонн к безопасным нормам как по санитарии, так и по содержанию тяжелых металлов, что дало бы возможность широко использовать их в сельском хозяйстве. Но в настоящее время новые методы, позволяющие довести иловый осадок до состояния, при котором он полностью соответствует санитарным нормам, разработаны и внедряются в производство. На выходе получается продукт без зловонного запаха с улучшенными гуммирующими свойствами.

Во что можно превратить иловые осадки

Переработка иловых осадков не просто возможность произвести ценный органоминеральный продукт из бросового сырья, но и насущная необходимость спасения Земли от экологической катастрофы. Из иловых осадков можно получить сырьевой ресурс для производства: Биомасса

Органоминеральных удобрений для улучшения плодородности почвы и увеличения урожайности с/х культур.
Кормовой биомассы для перерабатывающих предприятий по выращиванию птиц, животных, рыб, моллюсков.
Техногенного продукта для строительных, коммунальных, производственных предприятий, решения мировой проблемы превращения территорий в пустыни.
Сырья для фармацевтической и химической промышленности.

При исследовании ОСВ в них было выявлено огромное количество микроэлементов, которые жизненно необходимы для активного роста сельскохозяйственных культур.

Недостатки старых технологий переработки иловых осадков

Главными направлениями переработки и утилизации остатков сточных вод в России являются следующие:

захоронения непосредственно на иловых площадках;
метод прямого сжигания;
анаэробное сбраживание;
компостирование;
стабилизация известью;
установки сжигания и т. д.

Главные недостатки практически всех этих методов – это необходимость применения дорогих реагентов, высокое энергопотребление и образование взрывчатых газов в процессе переработки.

При обработке осадков на иловых площадках в результате испарений загрязняется атмосфера, а результатом фильтрации в почву является заражение близлежащих водоемов и грунтовых вод. Газы, выделяемые ОСВ, значительно превышают допустимые концентрации (4–5 баллов по шкале органолептического показателя).

Сжигание илового осадка Методика прямого сжигания в псевдосжиженном кипящем слое разработана компанией «БАМАГ ГмбХ» (реализуется в Санкт-Петербурге). Эта технология предусматривает сжигание ОСВ в факеле горячего песка, поднимающегося воздушной струей. Вместе с газами уносится шлак вредных окислов, которые позднее проходят через многоуровневую систему очистных сооружений.

Отношение к такому методу утилизации в странах Запада уже давно изменилось, и подобные заводы, массово открывшись в 80-е годы прошлого века, в 90-х свернули свою деятельность из-за негативного влияния на окружающую среду. Теперь повсеместно внедряют технологии, минимизирующие эксплуатационные затраты и позволяющие получать из ОСВ товарные продукты.

При этом старые технологии переработки, при которых ОСВ подвергались обработке высокой температурой, также уже уходят в прошлое. Тому есть несколько причин.

Во-первых, воздействие высоких температур снижало полезность азота, фосфора и других микро- и макроэлементов, переходящих в процессе термообработки в неусвояемые и бесполезные для растений формы.
Во-вторых, высокая температура уничтожала полезные вещества, необходимые живому грунту. Это значительно затрудняло применение ОСВ в качестве рекультивантов для улучшения качества почвы.

С целью защиты от загрязнения окружающей среды во многих странах были установлены нормы допустимого содержания тяжелых металлов в иловых осадках, подлежащих утилизации. Несмотря на то что технологии переработки ОСВ и производства с/х удобрений постоянно совершенствуются, некоторые западные экофермы начали отказываться от применения удобрений этого типа.

Преимущества новых технологий переработки иловых осадков

Новая технология ферментно-кавитационного воздействия позволяет добиться принципиально другого течения процесса обработки осадков СВ без использования реагентов и высоких температур, получая сохраненную живую микрофлору со способностью к регенерации почв с минимальным содержанием тяжелых металлов (в пределах безопасного природно-естественного количества). Как результат – полное обезвреживание осадка и получение ценного продукта для использования в с/х.

При этом сокращается время стабилизации до 12 часов (против 20 суток), отсутствует неприятный запах, наблюдается низкая концентрация БКП полн, а применение дорогостоящих реагентов сокращается до минимума – на 95–97 %.

Ферментно-кавитационный метод дает возможность наладить масштабное производство органических удобрений, открывает качественно новые перспективы для развития сельского хозяйства и одновременно освобождает большие загрязненные территории, улучшая экологическую обстановку. Пиролиз илового осадка

Существует еще одна прогрессивная технология утилизации ОСВ – метод пиролиза, или термического разложения оргвещества с исключением доступа кислорода. Процесс происходит при температуре до 700 градусов.

При этом образуется горючий газ (около 55 %), полукокс (около 35 %) и жидкие органические вещества (около 15 %). При таких высоких температурных показателях все они летят вместе с газом, а полукокс предварительно подвергается газификации и также превращается в газ.

Окислы металлов откладываются в камере газификации в виде очищенного шлака, используемого в качестве минерального наполнителя. Этот метод считается чистым, поскольку пиролизу и газификации подлежат только органические составляющие иловых осадков, а выбросы в атмосферу не содержат опасных веществ, как во время прямого сжигания.

Результаты применения продуктов переработки илового осадка

Полученное путем переработки ОСВ удобрение минерализуется, а все его составляющие (азот, фосфор, калий) становятся доступными для растений. Исследования показали, что плодородие земель на таких участках значительно возросло, увеличилась устойчивость земледелия, укрепился грунт.

Осадок сточных вод Новые технологии уже успешно внедряются во многих районах России с обедненными почвами – от Новосибирска до Нижнего Новгорода, – являясь эффективным средством в борьбе с опустыниванием.

Подсчитано, что высокотехнологичная переработка ОСВ дает возможность получить от города с миллионным населением 100 тонн органических удобрений в сутки. При этом процесс переработки зачастую не требует строительства новых очистных сооружений, а происходит на базе уже действующих. Также не стоит забывать лб утилизации осадка очистных сооружений. Освобождение десятков тысяч километров земель, улучшение экологии, получение ценных продуктов, используемых не только в сельском хозяйстве, но и в других отраслях промышленности, – таковы на сегодня результаты переработки миллиардов тонн иловых отходов.

greenologia.ru

Утилизация осадков - Мосводоканал

ГлавнаяКанализацияВнедрение новых технологий

В процессе очистки городских сточных вод на московских очистных сооружениях образуется около 9 млн. куб.м жидких осадков, требующих переработки и обезвреживания.

Для переработки и обезвреживания осадка используются индустриальные методы. Обезвреживание осадка осуществляется в специализированных сооружениях – метантенках при термофильном режиме сбраживания (при температуре 50-530 С). В целях максимального уменьшения объема утилизируемых отходов, обезвреженные осадки, предварительно кондиционированные раствором флокулянта, подаются для обезвоживания на декантеры, минуя стадии промывки и уплотнения в уплотнителях сброженного осадка. В процессе механического обезвоживания объем осадка уменьшается более чем в 9 раз.

Анализ передового опыта показал, что в современных условиях использование центробежных аппаратов - декантеров для переработки осадков сточных вод является наиболее предпочтительным.

В 2013-2014 годах проведена реконструкция отделений цеха механического обезвоживания осадка Курьяновских очистных сооружений в Ленинском и Раменском районах Московской области, в ходе которой была проведена замена 12 морально и физически устаревших камерных фильтр-прессов на современное обезвоживающее оборудование – восемь декантеров.

В 2017 году завершена реконструкция цеха механического обезвоживания на Люберецких очистных сооружений с созданием единого центра обезвоживания осадка на территории Новолюберецких очистных сооружениях, в результате которой введены в эксплуатацию девять декантеров.

Модернизация цехов обезвоживания позволила решить ключевые проблемы:

обеспечен резервный запас по производительности оборудования, т.е. увеличена его надежность,
выведены из эксплуатации 34 уплотнителя сброженного осадка, являющихся источниками дурных запахов,
сокращено количество простоев из-за засоров посредством установки решеток на сброженном осадке,
уменьшен рецикл взвешенных веществ со сливной водой, тем самым снижена нагрузка по загрязнениям на головные сооружения,
сокращена численность обслуживающего персонала.

Проблемы утилизации осадка

Использование индустриальных методов обезвоживания позволяет уменьшить объем осадка более чем в 9 раз.

В настоящее время обезвоженный осадок вывозится сторонними организациями за пределы территории очистных сооружений в целях его обезвреживания или возможного использования для производства готовой продукции. На основе осадков производятся технические/биологические рекультиванты, биопочва и т.д., которые применяются для рекультивации нарушенных земель, отработанных карьеров, полигонов твердых бытовых отходов, проведения планировочных работ. В сложившейся экологической обстановке в Московской области проводить такие работы с каждым годом становится все труднее и затраты на утилизацию осадка неуклонно растут.

Предлагаемые на мировом рынке варианты утилизации осадков, могут быть сведены к следующим методам:

использование осадка для производства биопочвы;
утилизация осадка на базе современных термических технологий и, как следствие, получение из отходов вторичных продуктов, пригодных к реализации в строительной отрасли для производства строительных материалов или цемента.

Преимущества производства биопочв

Одним из путей решения проблемы загрязненных и деградированных городских почв – применение в зеленом строительстве города почвогрунтов с использованием обезвоженных и обезвреженных осадков сточных вод.

Технология производства почвогрунтов решает сразу несколько важнейших экологических задач:

утилизация отходов очистных сооружений;
создание достаточного количества кондиционных почвогрунтов в городе.

Преимущества термического метода утилизации осадка

Учитывая сложную экологическую обстановку в городе, принято решение об использовании, на первом этапе, схемы сушки обезвоженного осадка. При этом объем осадка уменьшится более чем в 3 раза, а калорийность высушенного осадка позволит использовать его в качестве топливной составляющей при производстве готовой продукции. Пилотные работы в данном направлении проведены на Люберецких очистных сооружениях. Полученный продукт вызвал заинтересованность на заводах Базель-цемент и Хайдельберг-цемент.

www.mosvodokanal.ru

Утилизация и ликвидация осадков сточных вод

Поиск Лекций

Лекция №16(1)

Осадки сточных вод, скапливающиеся на очистных сооружениях, представляют собой водные суспензии с объемной концентрацией полидисперсной твердой фазы от 0,5 до 10%. Поэтому прежде чем направить осадки сточных вод на ликвидацию или утилизацию, их подвергают предварительной обработке для получения шлама, свойства которого обеспечивают возможность его утилизации или ликвидации с наименьшими затратами энергии и загрязнениями окружающей среды. Технологический цикл обработки осадков сточных вод, представленный на схеме, включает в себя все виды обработки, ликвидации и утилизации (см. с. 182).

Уплотнение осадков сточных вод является первичной стадией их обработки. Наиболее распространены гравитационный и флотационный методы уплотнения. Гравитационное уплотнение осуществляется в отстойниках-уплотнителях; флотационное - в установках напорной флотации. Применяется также центробежное уплотнение осадков в циклонах и центрифугах. Перспективно выбрационное уплотнение путем фильтрования осадка сточных вод через фильтрующие перегородки или с помощью погруженных в осадок вибраторов.

Стабилизация осадков используется для разрушения биологически разлагаемой части органического вещества, что предотвращает загнивание осадков при длительном хранении на открытом воздухе (сушка на иловых площадках, использование в качестве сельскохозяйственных удобрений и т. п.).

Для стабилизации осадков промышленных сточных вод применяют в основном аэробную стабилизацию - длительное аэрирование осадков в сооружениях типа аэротенков, в результате чего происходит распад основной части биологически разлагаемых веществ, подверженных гниению. Период аэробной стабилизации при температуре 20° С составляет 8-11 сут, расход кислорода для стабилизации 1 кг органического вещества активного ила - 0,7 кг. Используется данный метод для обработки осадков с расходом до 4200 м3/ч.

Схема

Кондиционирование осадков проводят для разрушения коллоидной структуры осадка органического происхождения и увеличения их водоотдачи при обезвоживании. В промышленности применяют в основном реагентный метод кондиционирования с помощью хлорного железа и извести. Стоимость такой обработки составляет до 40% стоимости всех затрат при обработке осадка, поэтому ведется разработка и внедрение более экономичных методов кондиционирования: тепловой обработки, замораживания и электрокоагуляции.

Обезвоживание осадков сточных вод предназначено для получения шлама с объемной концентрацией полидисперсной твердой фазы до 80%. До недавнего времени обезвоживание осуществлялось в основном сушкой осадков на иловых площадках. Однако низкая эффективность такого процесса, дефицит земельных участков в промышленных районах и загрязнение воздушной среды обусловили разработку и применение более эффективных методов обезвоживания. Так, осадки промышленных сточных вод обезвоживаются вакуум-фильтрованием, на фильтр-прессах, центрифугированием и вибрационным фильтрованием. Обезвоживание термической сушкой применяется для осадков, содержащих сильно токсичные вещества, которые перед ликвидацией и утилизацией необходимо обеззараживать. Широкое внедрение процессов термической сушки ограничивается высокой стоимостью процесса: очистки.

Ликвидация осадков сточных вод применяется з тех случаях, когда утилизация оказывается невозможной или экономически нерентабельной. Выбор метода ликвидации осадков определяется их составом, а также размещением и планировкой промышленного предприятия. Сжигание - один из наиболее распространенных методов ликвидации осадков сточных вод. Предварительно обезвоженные осадки органического происхождения имеют теплотворную способность 16800-21 000 кДж/кг, что позволяет поддерживать процесс горения без использования дополнительных источников теплоты. Осадки сжигаются на станциях очистки сточных вод в многоподовых, циклонных печах, а также печах кипящего слоя.

На рис. 63 представлена схема установки с использованием теплоты, получаемой от сжигания твердых отходов, для термической сушки и сжигания осадков сточных вод. Дымовые газы, образующиеся при сжигании твердых отходов в печи 1 с температурой 900-1000° С, поступают в камеру 3 для сжигания осадка сточных вод, в которой навстречу потоку дымовых газов с помощью насоса-дозатора 12, компрессора 13 и распылителя 2 подается осадок в распыленном состоянии. В камере 3 капли осадка подогреваются, подхватываются потоком дымовых газов, сгорают и поднимаются в верхнюю зону камеры. Температура дымовых газов в верхней зоне камеры за счет испарения влаги, содержащейся в осадках сточных вод, снижается до 750-800° С. В этой же зоне происходит дезодорация паров воды. Дымовые газы, содержащие минеральные частицы осадка, золу и пары воды, поступают в теплообменник. Одновременно из бака 4 в канал теплообменника 5 подается уплотненный осадок с влажностью 93-95%, который подсушивается до 84-89% и поступает в бак 10, оборудованный шнеком 11 для размельчения и подачи осадка к насосу-дозатору 12. Дымовые газы, охлажденные в теплообменнике до температуры 300-350° С, поступают в фильтр 6, откуда отсасываются вентилятором 8 через трубу 7 в окружающую среду. Твердые частицы, осаждающиеся на фильтре, поступают в сборник 9, откуда они периодически удаляются.

Рис 63. Схема установки для сжигания осадков сточных вод и твердых отходов

Установки такого типа не вызывают загрязнения окружающей среды, просты в эксплуатации. Они позволяют обезвреживать органические отходы (масло-продукты, растворители, краски, лаки и т. д.) с влажностью до 60% и объемным содержанием механических примесей до 10%.

К временным мероприятиям по ликвидации осадков относятся: сброс жидких осадков в накопители и закачка в земляные пустоты. Регенерация металлов - один из способов утилизации осадков сточных вод машиностроительных предприятий, особенно в гальванических, прокатных, штамповочных и термообрабатывающих цехах. Основными методами регенерации металлов являются вакуумная кристаллизация и нейтрализация.

При проектировании технологического процесса обработки осадков сточных вод следует иметь в виду не только проблемы их ликвидации и утилизации, но и уменьшение безвозвратных потерь воды в осадках, так как эти потери значительно снижают процент использования воды в оборотном цикле. Например, при очистке сточных вод от механических примесей в напорных гидроциклонах до 7% воды безвозвратно теряется с осадком.

При проектировании и эксплуатации систем очистки сточных вод машиностроительных предприятий следует рассматривать не только использование осадков сточных вод, но также и других продуктов, выделяемых в процессе очистки. Так, например, при сбраживании осадков сточных вод в метантенках выделяется большое количество газа, состоящего из метана (2/3 от общего объема газа) и диоксида углерода. Выделяемый метан можно использовать для подогрева метантенков (при этом ускоряется процесс сбраживания), для подогрева воды или пара и т. п.

При очистке сточных вод от маслопримесей в отстойниках, гидроциклонах и т. п. собирается большое количество маслопримесей, из которых после отстаивания их во вторичных отстойниках утилизируется чистое масло, используемое в технологических процессах.

Для переработки и захоронения промышленных отходов наиболее целесообразно сооружение полигонов. На рис. 64 показан план полигона «Красный бор» в Ленинграде. В составе полигона имеются участки приема и обезвреживания отходов гальванических производств, приема и захоронения органических отходов, захоронения особо вредных отходов, приема и сжигания жидких горючих и других отходов.

Рис. 64. Полигон 'Красный бор' для переработки и захоронения промышленных отходов

poisk-ru.ru

Утилизация - осадки - сточная вода

Cтраница 1

Утилизация осадков сточных вод и избыточного активного ила часто связана с использованием их в сельском хозяйстве в качестве удобрения [145, 167], что обусловлено достаточно большим содержанием в них биогенных элементов. Активный ил особенно богат азотом и фосфорным ангидридом, а также необходимыми для питания растений микроэлементами, например, такими, как медь, молибден, цинк. [1]

Утилизация осадков сточных вод и бытовых отходов / / Водоснабже-ние и сан. [2]

Утилизация осадков сточных вод имеет огромное экономическое значение для народного хозяйства. В настоящее время стоимость строительства очистных сооружений и их эксплуатации весьма обременительна для бюджетов городов, фабрик, заводов. Стоимость очистных сооружений уже сейчас составляет 15 - 20 % и более стоимости самого предприятия. Если и в дальнейшем мероприятия по охране водных источников будут направлены только на все более глубокую очистку стоков, то эти вспомогательные для промышленных предприятий сооружения будут разрастаться, превращаясь в доминирующие по капитальным вложениям. Выходом из этого положения является создание безотходных производств с эффективной утилизацией как жидких, так и твердых отходов. [3]

Утилизация осадков сточных вод создает неограниченные возможности для превращения отходов в полезное сырье, из которого можно получать ценные продукты для народного хозяйства. [4]

Утилизация осадков сточных вод промышленных предприятий предназначена для извлечения и использования ценных веществ. Ряд осадков сточных вод обладает высокими удобрительными свойствами. Активный ил может быть использован как кормовой продукт. [5]

Проблеме утилизации осадков сточных вод гальванических производств посвящено относительно небольшое количество публикаций, разбросанных по многим периодическим изданиям. [6]

Разработанный способ утилизации осадков сточных вод обеспечивает экономически выгодную безотходную технологию, исключающую при этом загрязнение окружающей среды. [7]

Актуальность проблемы утилизации осадков сточных вод, имеющей экономическое и природоохранное значение, совершенно очевидна. Не случайно на XXV съезде КПСС вопрос об охране окружающей среды был причислен к партийным и общегосударственным вопросам. В нашей стране проблема охраны окружающей среды решается все более многообразно и конкретно. Об этом свидетельствует принятое в декабре 1978 г. ЦК КПСС и Советом Министров СССР Постановление О дополнительных мерах по усилению охраны природы и улучшению использования природных ресурсов, в котором предусматриваются меры по усилению государственного контроля за проведением в жизнь мероприятий по охране природы и соблюдению норм и правил использования природных ресурсов. Особое внимание обращено на создание технологических процессов, снижающих производственные выбросы в окружающую среду. В Конституции СССР данный вопрос характеризуется как крупнейшая социальная проблема, имеющая значение для настоящего и будущих поколений. [8]

Известен способ утилизации замасленных осадков сточных вод, в соответствии с которым их диспергируют и сжигают совместно с углем в топках с подвижной колосниковой решеткой. При этом сгущенные шламы распыляют сжатым воздухом или паром в зону горения твердого топлива, температура в которой составляет не менее 650 С. [9]

Основным приемом утилизации обработанных осадков сточных вод рассматриваемых станций предполагается использование их в качестве органических удобрений в сельском хозяйстве. [10]

Большое значение имеет утилизация осадков сточных вод и биомассы избыточного активного ила. [11]

Дальнейший прогресс в утилизации осадков сточных вод и биомассы избыточного активного ила будет, по-видимому, связан также с разработкой различных способов их переработки и использования содержащихся в них ценных веществ. [12]

В СССР вопросам утилизации осадков сточных вод до последнего времени также не уделялось должного внимания, поэтому важнейшим экологическим требованием является коренное изменение отношения к этой проблеме. Она должна решаться комплексно с вопросами очистки сточных вод, без чего водоохранные мероприятия не могут быть эффективными. С другой стороны, оптимальное использование полезных веществ, содержащихся в осадках, и соответствующая обработка их приведут к возврату сырьевых и других полезных материалов. [13]

Неудовлетворительное решение проблемы утилизации осадков сточных вод во многом зависит, с одной стороны, от незнания и несоблюдения международных и других официальных требований к составу утилизируемых осадков, с другой - от недостаточной изученности их состава. [14]

Страницы: 1 2 3

www.ngpedia.ru

Обработка осадка сточных вод: полезный опыт и практические советы

Adam, C. 2009. Techniques for P-recovery from wastewater, sewage sludge and sewage sludge ashes – an overview. In BALTIC 21. Seminar on Phosphorus recycling and good agricultural management practice. 29.–30.9.2009. Berlin.

Arnold, M. 2010. Is waste water our new asset? VTT Impulse 2/2010.http://www.digipaper.fi/vtt_impulse/56725/.

ATV-DVWK-A 131E 2000. Dimensioning of Single-Stage Activated Sludge Plants, German water and waste water association (Former name ATV-DVWK, today DWA). Available at http://www.dwa.de, ISBN 978-3-935669-96-2, 2000.

ATV-DVWK-M 368E 2003. Biological Stabilisation of Sewage Sludge, German water and waste water association(Former name ATV-DVWK, today DWA). Available at http://www.dwa.de, ISBN 978-3-937758-71-8, 2003.

Aubain, P., Gazzo, A., le Moux, J., Mugnier, E. 2002. Disposal and recycling routes for sewage sludge. Synthesis report 22 February 2002. Arthur Andersen, EC DG Environment – B/2. http://ec.europa.eu/environment/waste/sludge/pdf/synthesisreport020222.pdf

Barber, W. P. F. 2009. Influence of anaerobic digestion on the carbon footprint of various sewage sludge treatment options. Water and Environment Journal 23: 170-179.

Barjenbruch, M., Berbig C., Ilian J., Bergmann M. 2011. Sewage sludge dewatering without flocculant aid. (Schlammentwässerung ohne Flockungshilfsmittel). WWT-online.de 10/2011. http://www.wwt-online.de/sites/wwt-online.de/files/schlammentw%C3%A4sserung_ohne_flockungshilfsmittel.pdf. (In German).

Bayerle, N. 2009. Phosphorus recycling in Gifhorn with a modified Seaborne process. (P-Recycling in Gifhorn mit dem modifizierten SeaborneProzess). Proceedings of BALTIC 21 Phosphorus Recycling and Good Agricultural Management Practice, 28.–30.9.2009. Berlin. (In German).

Beier M., Sander M., Schneider Y., Rosenwinkel K.-H. 2008. Energy-efficient nitrogen removal. (Energieeffiziente Stickstoffelimination). Monthly journal of the DWA, KA, 55 2008. (In German).

Bergs C.-G. 2010. New demand by sewage sludge and fertiliser regulation. (Neue Vorgaben für Klärschlamm nach der Klärschlamm-(AbfKlärV) und Düngemittelverordnung (DüMV)). VKU Infotag Klärschlamm, 9.11.2010. (In German).

Berliner Wasserbetriebe 2012. http://www.bwb.de/content/language2/html/4951.php.

BIOPROS 2008. Short rotation plantations. Guidelines for efficient biomass production with the safe application of wastewater and sewage sludge. Available at www.biopros.info.

BMBF&BMU 2005. http://www.phosphorrecycling.de.

Brendler, D. 2006. Use of the KEMICOND-Method with chamber filter presses – Results;. (Einsatz des KEMICOND-Verfahrens auf Kammerfilterpressen – Ergebnisse aus der Praxis). Der Kemwaterspiegel 2006, http://www.kemira.com/regions/germany/SiteCollectionDocuments/Brosch%C3%BCren%20Water/Wasserspiegel%202006.pdf. (In German).

Burton, F.L , Stancel H.D.,. Tchobangoulos, G. 2003. Wastewater engineering, treatment and reuse. Metcalf and Eddy Inc, 4th edition. McGraw Hill.

CEEP 2003. SCOPE Newsletter # 50. http://www.ceep-phosphates.org/Files/Newsletter/scope50.pdf. Centre Européen d’Etudes des Polyphosphates.

CEEP 2012. SCOPE Newsletter # 84. http://www.ceep-phosphates.org/Files/Newsletter/ScopeNewsletter84.pdf. Centre Européen d’Etudes des Polyphosphates.

DWA-M 366DRAFT 2011. Mechanical dewatering of sewage sludge. (Maschinelle Schlammentwässerung). Entwurf German water and waste water association (DWA). Available at http://www.dwa.de, ISBN 978-3-942964-05-0, 2011. (In German).

DWA-M 381E 2007. Sewage sludge thickening, German water and waste water association (DWA), http://www.dwa.de, ISBN 978-3-941897-43-4, 2007.

Ener-G. About Digester Gas Utilisation. http://www.energ.co.uk/about-digester-gas-utilisation.

Einfeldt, J. 2011. Sludge handling in small and mid-size treatment plants. PURE workshop on sustainable sludge handling. Lübeck 7.9.2011. Available at http://www.purebalticsea.eu/index.php/pure:presentations_from.

European Commission, DG Environment 2011. Conclusions of the Expert Seminar on the sustainability of phosphorus resources, 17th February 2011. Brussels. http://ec.europa.eu/environment/natres/pdf/conclusions_17_02_2011.pdf.

European Commission, DG Environment 2012. A Blueprint to safeguard Europe’s Waters.http://ec.europa.eu/environment/water/blueprint/index_en.htm, http://ec.europa.eu/environment/water/pdf/blueprint_leaflet.pdf.

European Environment Agency EEA 2011. Resource efficiency in Europe – Policies and approaches in 31 EEA member and cooperating countries. EEA Report 5/2011.

European Federation of National Associations of Water and Waste Water Services EUREAU 2012. EUREAU position on the Water Blueprint. http://eureau.org/sites/eureau.org/files/documents/2012.02.28-EUREAU_PP_Blueprint.pdf.

Guyer, J.P. 2011. An introduction to Sludge Handling, Treatment and Disposal. CED Engineering.

Hammer, M.J. and Hammer, M.J. Jr 2001. Water and Waste water technology.

HELCOM 2007. Recommendation 28E/5. Municipal wastewater treatment. Helsinki Commission, HELCOM Baltic Sea Action Plan, Helsinki. http://www.helcom.fi/Recommendations/en_GB/rec28E_5/.

HELCOM 2007. Recommendation 28E/7. Measures aimed at the substitution of polyphosphates (phosphorus)in detergents. Helsinki Commission, HELCOM Baltic Sea Action Plan, Helsinki http://www.helcom.fi/Recommendations/en_GB/rec28E_7/.

HELCOM 2011. Monitoring and Assessment Group (MONAS), Meeting 15/2011, 4-7 October 2011. Document 6/4 Application of Whole Effluent Assessment in the Baltic Sea region (COHIBA Project), Document 13/1 Minutes of the 15th Meeting of the HELCOM Monitoring and Assessment Group (HELCOM MONAS). Available at http://meeting.helcom.fi/web/monas/1.

Hermann, L. (Outotec Oyj, Oberusel) 2012. Personal information. ICL Fertilizers 2012. http://www.iclfertilizers.com/fertilizers/Amfert/pages/environment.aspx.

Ilian J. 2011. Sewage sludge dewatering with the ‘Rotations-Filtertechnik’. (Klärschlammentwässerung durch Rotations-Filtertechnik), Sewage sludge forum, Rostock, 17.11.2011. (In German).

Jardin, N. 2011. P-Recovery out of sewage sludge and sewage sludge ashes-Status of development (Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm und Klärschlammasche – Stand der Entwicklung). Ruhrverband, DWA Klärschlammtage Fulda, 30.3.2011. (In German).

Kopp, J. 2010. Properties of Sewage sludge. (Eigenschaften von Klärschlämmen). Presentation on the VDI conference, 2010. (In German).

La Cour Jansen J, Gruvberger C, Hanner N, Aspegren H and A. Svärd 2004. Digestion of sludge and organic waste in the sustainability concept for Malmö, Sweden. Water SciTechnol. 2004; 49(10): 163-9.

Lengemann, A. 2011. Berliner Wasserbetriebe, MAP – Recovery example: from a problem to marketing. (MAP – Recycling am Beispiel – von einem Problem bis zur Vermarktung), Klärschlammforum Rostock, 17.11.2011. (In German).

Machnicka, A., Grübel, K., Suschka, J. 2009. The use of hydrodynamic disintegration as a means to improve anaerobic digestion of activated sludge. Water SA Vol. 35 No. 1 January 2009. Available at http://www.wrc.org.za/.

Mathan, C., Marscheider-Weidemann, F., Menger- Krug, E., Andersson, H., Dudutyte, Z., Heidemeier, J., Krupanek, J., Leisk, Ü., Mehtonen, J., Munne, P., Nielsen, U., Siewert, S., Stance, L., Tettenborn,F., Toropovs, V., Westerdahl, J., Wickman, T., Zielonka, U. 2012. Recommendation report. Cost-effective management options to reduce discharges, emissions and losses of hazardous substances. WP5 Final Report. Control of hazardous substances in the Baltic Sea region – COHIBA project. Federal Environment Agency of Germany (UBA). Available at http://www.cohiba-project.net/publications/en_GB/publications/.

Milieu Ltd , WRc and Risk & Policy Analysts Ltd (RPA) 2008. Study on the environmental, economic and social impacts of the use of sewage sludge on land, volume 2. DG ENV.G.4/ETU/2008/0076r. http://ec.europa.eu/environment/waste/sludge/pdf/part_ii_report.pdf.

MMM 2011. Suomesta ravinteiden kierrätyksen mallimaa. Työryhmämuistio 2011:5. ISBN 978-952-453-649-3, ISSN 1797-4011. Helsinki. (In Finnish).

www.mongabay.com, http://www.mongabay.com/images/commodities/charts/chart-phosphate.html.

Nakari, T., Schultz, E., Sainio, P., Munne, P., Bachor, A., Kaj, L., Madsen, K. B., Manusadžianas, L., Mielzynska, L., Parkman, H., Pockeviciute, D., Põllumäe, A., Strake, S., Volkov, E., Zielonka, U. 2011. Innovative approaches to chemicals control of hazardous substances. WP3 Final report. Control of hazardous substances in the Baltic Sea region – COHIBA project. Finnish Environment Institute SYKE. Available at http://www.cohiba-project.net/publications/en_GB/publications/.

Nawa, Y. 2009. P- recovery in Japan the PHOSNIX process. A Poster from BALTIC 21 Phosphorus Recycling and Good Agricultural Management Practice, September 28- 30, 2009.http://www.jki.bund.de/fileadmin/dam_uploads/_koordinierend/bs_naehrstofftage/baltic21/8_poster%20UNITIKA.pdf.

Nickel, K., Velten, S., Sörensen, J., Neis, U. 2011. Sludge Disintegration: Improving Anaerobic and Aerobic Degradation of Biomass on Wastewater Treatment Plants. Presentation at the PURE Workshop on sustainable sludge handling. Lübeck 7.9.2011. Available at http://www.purebalticsea.eu/index.php/pure:presentations_from.

Nielsen, S. 2007. Sludge treatment in reed bed systems and recycling of sludge and environmental impact. Orbicon. http://www.orbicon.com/media/UK_Artikel_Sludge_treatment_recycling_smn.pdf.

Ostara 2010. Ostara Group, Questions and answers.http://www.ostara.com/files/u2/Ostara_Q__A.pdf.

Palfrey, R. 2011. Amendment of the EC sewage sludge directive (Novellierung der EG-Klärschlammrichtlinie – Folgenabschätzung), DWA Klärschlammtage Fulda, 29.3.2011. (In German).

Petzet, S., Cornel, P. 2011. Recovery of phosphorus from waste water. Presentation at the PURE-workshop in Lübeck. 7.9.2011. Available at http://www.purebalticsea.eu/index.php/pure:presentations_from.

Petzet S., Cornel, P. 2010. New ways of Phosphorus recovery out of Sewage sludge ashes (Neue Wege des Phosphorrecyclings aus Klärschlammaschen). Technical University Darmstadt, DWA KA 4/2010. (In German).

PhöchstMengV 1980. Verordnung über Höchstmengen für Phosphate in Wasch- und Reinigungsmitteln (Phosphathöchstmengenverordnung), 4.6.1980. (In German).

Scheidig, K. 2009. Präsentation und Diskussion des Mephrec-Verfahrens, 9. Gutachtersitzung zur BMBF/BMU-Förderinitiative P-Recycling, http://www.jki.bund.de/fileadmin/dam_uploads/_koordinierend/bs_naehrstofftage/baltic21/Scheidig.pdf, 30.9.2009.(In German).

Schmelz, K-Georg, 2011. Sludge handling in Bottrop. Presentation at the PURE Workshop on sustainable sludge handling. Lübeck 7.9.2011. Available at http://www.purebalticsea.eu/index.php/pure:presentations_from.

Schillinger, H. 2006. Sewage sludge treatment by dehydratation and mineralisation in reed beds. Internationalworkshop on “Innovations in water conservation”. 21.-23.2.2006. Tehran water and wastewater company, Iran. http://www.rcuwm.org.ir/En/Events/Documents/Workshops/Articles/7/15.pdf.

Schröder, J.J., Cordell, D., Smit, A.L., Rosemarin, A. 2011. Sustainable Use of Phosphorus, EU Tender ENV.B.1/ETU/2009/0025, Wagenigen UR Report 357.

SEPA 2002. Swedish Environmental Protection Agency (Naturvårdsverket). Action plan for recycling of phosphorus from sewage. Main report to the good sludge and phosphorus cycles. (Aktionsplan för återföring av fosfor ur avlopp. Huvudrapport till bra slam och fosfor i kretslopp). Raport 5214. (In Swedish, summary in English).

SNV 2003. Statens Naturvårdverk. Risk för smittspridning via avloppslamm. SNV Rapport 5215. Stockholm.(In Swedish).

Starberg, K., Karlsson, B., Larsson, J. E., Moraeus, P. & Lindberg, A. 2005. Problem och lösningar vid processoptimering av rötkammardriften vid avloppsreningsverk. Svenskt Vatten AB. Svenskt Vatten Utveckling (SVU) / VA-forsk 2005-10. http://boffe.com/rapporter/Avlopp/Slam/VA-Forsk_2005-10.pdf. (In Swedish).

Swedish Chemical Agency 2010. Phosphates in detergents. Questions and answers.Umweltbundesamt 2009. Requierements of hygienisation for the amendment of the sewage sludge regulation (Anforderungen an die Novellierung der Klärschlammverordnung unter besonderer Berücksichtigung von Hygieneparametern) http://www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-l/3742.pdf. (In German).

UNEP Yearbook 2011. Emerging issues in our global environment, Phosphorus and food production.http://www.unep.org/yearbook/2011.

US Geological Survey (USGS) 2012. Annual Publications about Mineral Commodity Summaries – Phosphate Rock, http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/phosphate_rock/mcs-2012-phosp.pdf.

Vesilind, P. Aarne 2003. Wastewater Treatment Plant Design. Water Environment Federation.

Walley, P. 2007. Optimising thermal hydrolysis for reliable high digester solids: loading and performance, European Biosolids and Organic Resources Conference, 2007, Aqua Enviro, Manchester, UK.

WHO 2003. Guidelines for the Safe Use of Wastewater and Excreta in Agriculture Microbial Risk Assessment Section by S. A. Petterson & N. J. Ashbolt.

Xie, Xing, Ghani, Ooi and Ng, 2005. Ultrasonic disintegration technology in improving anaerobic digestion of sewage sludge under tropic conditions, Paper Presented to 10th European Biosolids and Biowaste Conference, UK. November 2005.

www.purebalticsea.eu

Способ утилизации осадков сточных вод станций биологической очистки

Использование: утилизация осадков сточных вод, образующихся на городских станциях аэрации. Сущность изобретения: осадок обрабатывают кислым промывочным раствором. После обработки осадок нейтрализуют аммиаком, а обработанный кислый промывочный раствор подвергают последовательно электрохимической и химической регенерациям для извлечения тяжелых металлов и повторно используют для обработки осадка сточных вод. В качестве кислого промывочного раствора используют 5-15%-ный раствор серной кислоты. Осадок нейтрализуют 5-25%-ным водным раствором аммиака. 3 з.п. ф-лы, 4 табл., 1 ил.

Изобретение относится к экологии и может быть использовано при утилизации осадков сточных вод, образующихся на городских станциях аэрации.

Известен способ утилизации осадков сточных вод (патент РФ N 2032646, кл. C 05 F 9/00, опубл. 10.04.95), заключающийся в удалении из бытовых отходов неорганических включений, измельчении, смешивании с осадком сточных вод городских станций аэрации (станций биологической очистки), насыщении кислородом воздухом и дальнейшем биотермическом разложении. Полученный компост высушивают при 75 oC 105oC, смешивают в сухом виде с основными минеральными удобрениями и микроэлементами. Однако такой способ применим лишь в случае незначительного содержания ионов тяжелых металлов в осадках сточных вод (2-5 ПДК). Обычно осадки сточных вод содержат ионы тяжелых металлов в количествах, в десятки и сотни раз превышающих их ПДК в почве. Использование таких осадков сточных вод (ОСВ) будет приводить к накоплению ионов тяжелых металлов (ИТМ) в почве и зеленой массе растений и по пищевым каналам попадать в организм человека и может вызывать тяжелые заболевания. Известен также способ обработки содержащих тяжелые металлы активных илов (патент ФРГ N 3919788, кл C 02 F 1/62, опубл. 05.07.90), заключающийся в добавлении к активному илу сильной минеральной кислоты до достижения pH 9. Образовавшийся осадок твердых веществ отделяют с помощью флотации при подводе воздуха. Однако данный способ не дает возможности использовать органическую составляющую активного ила. Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности является способ переработки ила, содержащего соли металлов, описанный в [1] . Этот способ переработки ила, содержащего соли металлов, позволяет выделить металлы при помощи кислого промывочного раствора, который отделяют от твердой фазы. Промывочное средство, содержащее ионы металлов, может быть использовано в качестве осадителя, а обработанный ил - в качестве средства для улучшения качества почвы в лесном или сельском хозяйстве. Этот способ позволяет утилизировать осадки сточных вод, существенно уменьшив поступление ИТМ в растения. Недостаток известного способа переработки заключается в том, что он применим к промышленным осадкам, содержащим, кроме органической составляющей, только железо и цинк. Это делает указанный способ малоэффективным при обработке осадков сточных вод городских станций биологической очистки, где содержатся, кроме цинка и железа, медь, никель, хром, кадмий. Степень очистки по предлагаемому способу невелика: конечная концентрация цинка составляет 100-200 мг/кг, в то время как его ПДК в почве - 50-100 мг/кг. Это также накладывает ограничение и на количество вносимого в почву осадка, на частоту его внесения, а осадки могут быть использованы в сельском хозяйстве лишь как улучшатели почвы, но не удобрения. Другим недостатком известного способа является то, что при кислой промывке осадков сточных вод станций биологической очистки вместе с промывочными растворами теряется почти половина гумминовых кислот, содержащихся в осадках сточных вод, что существенно снижает удобрительную ценность осадков сточных вод. Однако данный способ не позволяет вернуть их и использовать в сельском хозяйстве. Также велик и расход кислоты для промывочных операций, что согласно этого способа потребует дополнительного расхода щелочного реагента. Задача, решаемая предлагаемым способом - утилизация ОСВ городских станций биологической очистки путем получения органо-минерального удобрения и извлечения из ОСВ тяжелых металлов: меди, никеля, хрома, железа, цинка и др. Технический результат от использования изобретения заключается в сокращении расхода кислого промывочного раствора, повышении степени очистки от ионов тяжелых металлов, обеззараживания ОСВ от болезнетворных микроорганизмов, создании замкнутой системы обработки ОСВ и извлечения ионов тяжелых металлов с регенерацией промывочного раствора. Указанный результат достигается тем, что в способе утилизации осадка сточных вод станций биологической очистки, включающем обработку осадка кислым промывочным раствором, отделение полученного осадка известным способом, осадок после обработки кислым промывочным раствором нейтрализуют аммиаком, а отработанный кислый промывочный раствор подвергают последовательно электрохимической и химической регенерации для извлечения тяжелых металлов и повторно используют для обработки осадка сточных вод. В качестве кислого промывочного раствора используют 5-15%-ный раствор серной кислоты. Осадок нейтрализуют 5-25%-ным водным раствором аммиака. Извлечение тяжелых металлов при химической и электрохимической регенерации проводят селективно в следующей последовательности: медь, гумматы тяжелых металлов, гидроксиды железа, никеля, хрома, цинка, кадмия. Способ осуществляют следующим образом ОСВ городских станций биологической очистки сточных вод обрабатывают кислым промывочным раствором, например 5-15%-ным раствором серной кислоты, при 40-60oC. При этом происходит переход ионов тяжелых металлов из ОСВ в раствор по реакции Me(OH)2+h3SO4

MeSO4+2h3O или 2Me(OH)3+3h3SO4

Me2(SO4)3+6h3O. Применение растворов меньшей концентрации неэффективно с точки зрения скорости процесса и степени извлечения металлов. Кислота большей концентрации разрушает органическую составляющую ОСВ и уменьшает их удобрительную ценность. Проведение процесса при температуре меньше 40oC не обеспечивает достаточной скорости процесса, а больше 60oC приводит к испарению кислоты, ее потерям и ухудшению условий труда. Для повышения степени очистки ОСВ от ионов тяжелых металлов процесс обработки кислым промывочным раствором проводят в несколько стадий (не менее трех) из расчета 5oC10 л на 1 кг ОСВ на каждой стадии. Благодаря этому достигается высокая степень очистки ОСВ от ионов тяжелых металлов (ИТМ). На первой стадии в раствор переходит примерно 70% ИТМ. На второй стадии степень извлечения также достигает 70% от оставшихся в осадках ИТМ и так происходит на каждой последующей стадии. Суммарно степень извлечения ИТМ может составлять 95oC99 и более процентов. Для экономии кислоты раствор после обработки первой порции ОСВ корректируют 96%-ным h3SO4 до достижения pH свежеприготовленного раствора. Это позволяет многократно использовать кислый промывочный раствор (теоретически до концентрации ИТМ в растворах, равновесной содержанию ИТМ в ОСВ). Это дополнительно позволяет сократить объемы кислых промывочных растворов, уменьшить габариты оборудования, потребность в производственных площадях и т.п. Аналогично процесс проводят и на последующих стадиях. После насыщения раствор с первой стадии выводят на выделение металлов, раствор со второй стадии поступает на первую, с третьей - на вторую и так далее. ОСВ после кислотной обработки содержат до 0,5 л/кг кислого промывочного раствора и имеют pH 0oC1,0. Использование ОСВ в качестве удобрения с таким pH недопустимо с точки зрения агротехники и взаимен отмывки водой до нейтральной реакции производят нейтрализацию ОСВ 5-25%-ным водным раствором аммиака до pH 6oC7. Одновременно при нейтрализации аммиаком дополнительно выводят ионы тяжелых металлов, а с остатком кислоты образуется сульфат аммония, который является минеральным удобрением 2Nh5OH+h3SO4

(Nh5)2SO4+2h3O. . Таким образом, получают органо-минеральное удобрение и увеличивают питательную ценность обработанных ОСВ. Увеличение концентрации водного раствора аммиака более 25% нецелесообразно в связи с большими потерями аммиака на испарение, а применение меньших концентраций - к сильному переувлажнению ОСВ и большим энергетическим затратам на сушку. Обработанные ОСВ сушат потоком теплого воздуха, после чего они могут быть использованы как удобрение. При необходимости может производиться дальнейшая дополнительная обработка с целью введения каких-либо ценных компонентов, например, калия, фосфора и т.д., или же ОСВ может быть использован для приготовления компостов с древесными опилками, древесной корой и т.п. Содержащиеся в ОСВ ионы тяжелых металлов приходят в кислые промывочные растворы, где их содержание достигает десятков и сотен мг/л. Это исключает их сброс в водоемы без предварительной обработки. Извлечение металлов из отработанных кислых промывочных растворов производят селективно в каскаде электролизеров и вспомогательных аппаратов, где комбинируются электрохимические и химические методы обработки. Селективное выделение металлов основано на различии физико-химических свойств выделяемых металлов, например, pH гидратообразования, электродные потенциалы и др. Выделение металлов производят в электролизерах диафрагменного типа в следующей последовательности: медь, гумматы тяжелых металлов, железо - в виде гидроксида (III) при pH 4oC4,5, Ni, Cr - в виде гидроксидов при pH 5,5oC8. Выделение цинка производят при pH

9 и последующей обработке гидроксидов щелочью в виде цинкат-ионов и далее электролизом в металлическом виде. Последовательная обработка осадков сточных вод в растворах серной кислоты и аммиака обеспечивает одновременно и обеззараживание от болезнетворных микроорганизмов. Общее микробное число (ОМЧ) при этом несколько раз меньше ПДК. Предлагаемый способ обработки является экологически безопасным за счет того, что кислый промывочный раствор после выделения из него ионов тяжелых металлов не сливается в канализацию, а поступает противотоком в анодные пространства электролизеров для выделения металлов. При использовании нерастворимых анодов в анолите происходит наработка кислоты, концентрация которой растет при переходе от последнего электролизера каскада к первому. Полученный таким образом раствор серной кислоты вновь используют для обработки осадков сточных вод. Таким образом, создается замкнутый цикл обработки сточных вод, что позволяет вернуть в производство всю кислоту, за исключением пошедшей на образование сульфата аммония. Согласно предлагаемому способу кислый промывочный раствор после обработки ОСВ направляют в диафрагменный электролизер, где на катоде поддерживают потенциал +0,05 В (н.в.э.). В этих условиях происходит только выделение меди и исключается протекание других электрохимических процессов. Для повышения скорости процесс ведется в протоке и при интенсивном перемешивании электролита, например, за счет циркуляции раствора, покачивании катода и т.п. Процесс выделения меди проводят ступенчато: на первой ступени на плоском электроде медь выделяют в виде компактного осадка со степенью извлечения около 70%. На второй стадии выделение меди производят на электродах из углеволокнистого материала, удельная поверхность которых составляет 2000 - 4700 см2/г. Дальнейшую обработку кислых промывочных растворов производят также электрохимически, но при плотностях тока, обеспечивающих на катоде поддерживание потенциала Eк = -0,5

0,05 В (н.в.э.), когда на катоде происходит, главным образом, выделение водорода

При проведении процесса в диафрагменном электролизере при этом происходит подщелачивание католита. При достижении pH 1,5oC3,0 происходит выпадение в осадок соединений тяжелых металлов с гумминовыми кислотами (гумматы). Скорость протока в электролизере поддерживают такой, чтобы pH не превышало 3. Гумматы отделяют от раствора фильтрацией. Гумматы являются сырьем для получения гумминовых препаратов, которые используются в сельском хозяйстве в качестве стимуляторов роста растений. Выведение железа из кислого промывочного раствора производят в две стадии. На первой стадии в катодном пространстве электролизера диафрагменного типа происходит подщелачивание раствора до pH 4oC4,5. На второй стадии через раствор, выведенный в отдельный аппарат (реактор), барботируют воздух, за счет чего ионы железа (II) переходят в железо (III) 2FeSO4+1/2O2+h3SO4

Fe2(SO4)3+h3O с последующим гидролизом трехвалентного сульфата Fe2(SO4)3+6h3O

2Fe(OH)3+3h3SO4. Раствор после фильтрации для отделения Fe(OH)3 поступает в следующий диафрагменный электролизер каскада, где также происходит подщелачивание катодного пространства за счет выделения водорода до pH 5,5oC8,0. При этом происходит выпадение в осадок гидроксидов никеля, хрома, которые отделяют фильтрацией. Отделение гидроксидов цинка, кадмия производят при электрохимическом подщелачивании на следующей стадии до pH ~9,5. Отфильтрованный осадок промывают щелочью, например, при этом образуются цинкат-ионы Zn(OH)2+2NaOH

Na2[Zn(OH)4] Раствор после отделения гидроксида цинка поступает в анодные пространства (противотоком) электролизера каскада. На анодах протекает реакция

За счет образования ионов водорода и миграции ионов SO24- в анолите происходит образование серной кислоты. Протекание кислоты по 4-6 ступеням каскада приводит к возрастанию концентрации кислоты до исходной концентрации. Эта кислота может быть направлена на обработку ОСВ. Учитывая потери кислоты на образование сульфата аммония, необходимо пополнять количество кислоты. Таким образом, создается замкнутый цикл очистки ОСВ и извлечения ИТМ. Пример осуществления способа. Предлагаемый способ поясняется чертежом, где 1 - кассета с ОСВ, 2-4 - емкости для обработки ОСВ кислым промывочным раствором, 5 - емкость для обработки аммиаком, 6 - сушилка, 7, 8, 9, 10, 12, 13 - электролизеры для электрохимической обработки отработанных кислых промывочных растворов, 11 - емкость для воздушного окисления ионов Fe (II) в Fe (III). Кассета 1 с ОСВ поступает в емкость 2 с кислым промывочным раствором (5-15%-ная h3SO4) при 40-60oC. Раствор циркулирует по кассете. Время обработки составляет 2 ч. Затем кассету помещают в емкость 3, где обрабатывают свежей порцией 5-15%-ного раствора серной кислоты при 40-60oC в течение 2 ч. Далее кассета поступает в емкость 4, где также в течение 2 ч обрабатывают свежей порцией 5-15%-ного раствора h3SO4. При этом основная часть ИТМ переходит из ОСВ (табл. 1) в раствор. После этого кассету переносят в емкость 5, где производят нейтрализацию оставшейся в ОСВ кислоты до pH 6oC6,5 5-25%-ным раствором аммиака. Такая обработка обеспечивает полное обеззаражание от болезнетворных микроорганизмов (табл. 2). В сушилке 6 осадки сточных вод сушат потоком горячего воздуха (60-70oC) и затем выгружают. Когда кассета 1 переходит в емкости 3 и далее емкость 4, ее место в емкостях 2 и 3 занимают следующие кассеты с ОСВ и так далее. Раствор из емкости 2 после достижения концентрации по меди не менее 100 мг/л, что определяют химическим анализом, например атомно-абсорбционным методом, направляют в диафрагменный электролизер 7, где на титановом катоде извлекают 70-80% меди в виде фольги при потенциале +0,05 В. Затем раствор поступает в электролизер 8, где также поддерживают потенциал +0,05 В, но осаждение меди происходит на катоде из углеволокнистого материала с удельной поверхностью 2000 м2/г. При этом остаточная концентрация меди не превышает 3-5% от исходной. Затем раствор поступает в диафрагменный электролизер 9, где поддерживают потенциал -0,5 В. При этом на катоде из нержавеющей стали происходит выделение водорода по реакции

и соответственно подщелачивается катодное пространство. При pH 1,5oC3,0 происходит выпадение в осадок гумматов тяжелых металлов, которые отделяют фильтрацией. В катодном пространстве диафрагменного электролизера 10, куда поступает раствор из электролизера 9, также происходит выделение водорода и подшелачивание католита и при достижении pH 4,5 начинается выпадение гидроксида Fe(III). Для более полного отделения гидроксида Fe(III) католит из электролизера 10 выводят в емкость 11, где через раствор пропускают воздух. За счет кислорода воздуха происходит окисление имеющихся в католите ионов Fe(II) в Fe(III) по реакции 2FeSO4+1/2O2+h3SO4

Fe2(SO4)3+h3O с последующим гидролизом и выпадением в осадок гидроксида Fe(III) Fe2(SO4)3+6h3O

2Fe(OH)3+3h3SO4. Раствор после фильтрации для отделения Fe(OH)3 поступает в электролизер 12, где также происходит выделение водорода и подщелачивается катодное пространство до pH 5,5oC8,0. При этом происходит выпадение в осадок гидроксидов никеля, хрома, которые отделяют от раствора фильтрацией. В электролизере 13 происходит доочистка раствора от цинка также за счет катодной реакции выделения водорода и подщелачивание католита до pH 9,5. Отфильтрованный от гидроксида цинка раствор из католита электролизера 13 подают в анодное пространство того же электролизера и далее по анодным пространствам электролизеров 12, 10, 9, 8, 7. Во всех этих электролизерах используют нерастворимые аноды, например, свинец, графит, на которых протекает реакция выделения кислорода

При этом за счет образования ионов H+ в анолите и миграции ионов SO24- из катодного пространства в анодное за счет электрического поля образуется серная кислота. По мере прохождения раствора по анодным пространствам электролизеров 13, 12, 10, 9, 8 концентрация кислоты нарастает, приближаясь к ее содержанию в исходном растворе. Так как часть кислоты потеряна за счет чисто механического удержания в ОСВ и последующей нейтрализации аммиаком, то это количество пополняется свежей кислотой и раствор снова пригоден для обработки ОСВ. Степень очистки кислых промывочных растворов от ИТМ и растворяющая способность регенерированного раствора кислоты представлены в табл. 3 и 4. Таким образом, предлагаемый способ утилизации осадка сточных вод станций биологической очистки является экологически безопасным за счет того, что отработанный кислый промывочный раствор после выделения из него ионов тяжелых металлов не сливается в канализацию, а возвращается в технологический цикл, что позволяет создать замкнутую систему обработки ОСВ. Способ позволяет повысить степень очистки ОСВ от ионов тяжелых металлов и обеззараживания от болезнетворных микроорганизмов.

Формула изобретения

1. Способ утилизации осадка сточных вод станций биологической очистки, включающий обработку осадка кислым промывочным раствором, отличающийся тем, что осадок после обработки кислым промывочным раствором нейтрализуют аммиаком, а отработанный кислый раствор подвергают последовательно электрохимической и химической регенерации для извлечения тяжелых металлов и повторно используют для обработки осадка сточных вод. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислого промывочного раствора используют 5 - 15%-ный раствор серной кислоты. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осадок нейтрализуют 5 - 25%-ным водным раствором аммиака. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что извлечение тяжелых металлов при химической и электрохимической регенерации проводят селективно в следующей последовательности: медь, гумматы тяжелых металлов, гидроксиды железа, никеля, хрома, цинка, кадмия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

www.findpatent.ru

Современное состояние и перспективы утилизации осадков сточных вод Текст научной статьи по специальности «Экономика и экономические науки»

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2016 ISSN 2410-6070_

Список использованной литературы:

1. Благоразумова А.М. Обработка и обезвоживание осадков городских сточных вод: учебное пособие, часть

1. - Новокузнецк: Сиб-ГИУ, 2010. - 139 с.

2. Мисбахов Р.Ш., Мизонов В.Е. Ячеечная модель фазового перехода в сферической капле при охлаждении.// Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. - 2015. - № 8. - С. 71-74.

3. Мисбахов Р.Ш., Мизонов В.Е. Моделирование теплопроводности в составной области с фазовыми переходами. // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2015. № 4. С. 39-43.

4. Методы предотвращения загнивания осадков. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://ohrana-bgd.ru/prombit/prombit1_28.html.

УДК 628.3

Р.Р. Зайнуллин

ассистент кафедры «Промышленная электроника и светотехника» Казанский государственный энергетический университет

г. Казань, Российская Федерация А.А. Галяутдинов

ученик 10 класса МБОУ «Параньгинская средняя общеобразовательная школа»

Республика Марий Эл, Российская Федерация

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ УТИЛИЗАЦИИ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

Аннотация

В статье рассматриваются современные проблемы и перспективы утилизации осадков сточных вод.

Ключевые слова Осадки сточных вод, утилизация осадков, сжигание

Количество городских стоков и осадков сточных вод (ОСВ) постоянно растет, вместе с этим обостряются проблемы, связанные с их рациональной, экономически эффективной и экологически безопасной утилизацией.

Осадки сточных вод представляют собой отдельный вид отходов, образование которого в условиях городов составляет 30-45% от общего количества отходов производства и потребления. На территории России выделяется ряд регионов, где существует реальная угроза ухудшения экологической и санитарно-эпидемиологической обстановки, возникновения чрезвычайных ситуаций из-за аварий в системах городских очистных сооружений, станциях аэрации, прудах-накопителях и т. д.

Основными определяющими факторами утилизации ОСВ являются следующие: наличие свободных территорий для складирования и хранения; экономические ресурсы, необходимые для капитального строительства и эксплуатации очистных сооружений; альтернативные экологические технологии утилизации ОСВ, которые отличаются высокой наукоемкостью.

Европейские страны предполагают до минимума снизить захоронение отходов на свалках. В Германии планируют увеличить использование отходов в сельскохозяйственном производстве с 25 до 40%, в настоящее время более половины их захоранивается на свалках. В Финляндии из общего количества осадков, которое используется в виде удобрений, одна треть вносится на поле, 17% - применяются для городского

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2016 ISSN 2410-6070_

озеленения, одна треть - при обустройстве магистральных дорог и около 20% компостируется.

В табл. 1 показано, что в современных условиях одним из основных методов утилизации осадков является сжигание. Основное достоинство метода: малая площадь, необходимая для утилизации, независимость от климата и времени года, а также малое количество зольного продукта, который можно безопасно использовать в дорожном строительстве [1].

Таблица 1

Основные методы утилизации ОСВ (в %) в современных условиях

Страна Использование в с/х Захоронение на свалках Сжигание Сброс в море, океан

Англия 53 16 7 24

Австрия 20 49 31 -

Германия 25 55 15 5

Дания 45 28 18 9

США 25 25 35 15

Италия 20 60 - 20

Финляндия 40 41 - 19

Швейцария 50 30 20 -

Швеция 60 30 - 10

Франция 23 46 31 -

В индустриально развитых странах на одного жителя в год образуется около 19-20 кг сухого вещества осадков сточных вод, поэтому можно приблизительно рассчитать производство осадков для каждой страны, зная численность населения. Однако такие методы утилизации как сброс в океан и сжигание заведомо дают более низкие цифры.

В России производство осадков сточных вод оценивается в 2,5 млн. тонн сухого вещества в год. В качестве удобрений в сельскохозяйственном производстве используется около 7% осадков. Основной метод утилизации - сохранение осадков на иловых картах или захоронение. Термические методы переработки осадков в России практически не используются из-за высокой стоимости капитальных сооружений. Более широкое применение они находят в малоземельных странах, таких как Дания [2].

Метод сжигания осадков следует реализовать только в том случае, если ни один другой более эффективный способ использования осадков невозможен. Такая система утилизации существует в Выборгском районе Ленинградской области, что связано с высокой плотностью населения и негативными климатическими условиями: высокое количество атмосферных осадков, близкое залегание грунтовых вод, высокая влажность твердых бытовых отходов.

При совершенствовании технологии очистки сточных вод, а также существенного сокращения сброса промышленных загрязнений в канализацию осадки, образовавшиеся в последние годы, отличались по химическому составу от тех, которые образовались десятилетие назад. Прежде всего, новые осадки содержали заметно меньше тяжелых металлов: кадмия, свинца, никеля.

Список использованной литературы:

1. Пахненко Е.П. Осадки сточных вод и другие нетрадиционные органические удобрения. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. - 314 с.

2. Благоразумова А.М. Обработка и обезвоживание осадков городских сточных вод: учебное пособие, часть 1. - Новокузнецк: Сиб-ГИУ, 2010. - 139 с.

cyberleninka.ru