1279

Коммунальным оператором ОАО «Кировские коммунальные системы» планируется внедрение данной технологии очистки от аммонийного азота при помощи клиноптилолита на всех блоках очистных сооружений водопровода г. Кирова.

Список литературы

1.Беляев И.В., Жуйков В.В. Вятский водопровод. – Киров: Информационный центр, 2000.

2.Технологический регламент очистных сооружений водопровода г. Кирова / Киров. коммунальные системы. – Киров, 2005.

3.Отчет о реализации технологии дополнительной очистки воды р. Вятка от соединений азота с использованием порошкообразных сорбентов на опытном пусковом комплексе III-го блока Корчемкинских ОСВ г. Кирова / НИИ «Водгео. – М., 2012.

91

elib.pstu.ru

М.Е. Митракова,

канд. техн. наук, доц. М.В. Постникова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

УТИЛИЗАЦИЯ МАКУЛАТУРЫ

ВПРОИЗВОДСТВЕ БИОЭТАНОЛА

Всовременной индустрии бумаги и картона вторичное волокно из макулатуры благодаря ряду неоспоримых преимуществ перед свежими волокнистыми полуфабрикатами из древесины стало конкурентоспособным по качеству и масштабам потребления, что способствует рациональному и комплексному использованию растительной биомассы. Вторичное волокнистое сырье – макулатура представляет собой бывшие в употреблении бумажные и картонные изделия или печатную продукцию из бумаги (газеты, журналы) и картона, а также отходы их производства и переработки [1].

Скорость накопления макулатуры значительно превышает объем ее использования, поэтому она представляет большой интерес как экономически доступное сырье для получения глюкозы, дальнейшего получения биоэтанола, биобутанола и других полезных продуктов [2].

При многократном использовании макулатурного сырья в процессах производства картона и бумаги с вторичными макулатурными волокнами происходят деструктивные изменения, что отрицательно влияет на бумагообразующие свойства вторичных волокон и приводит к необходимости выводить из производственного цикла ту часть волокон, которая не представляет интереса для производства бумаги. Такая волокнистая макулатурная масса может быть благоприятной для последующего ферментативного гидролиза в производстве биоэтанола.

В настоящее время во всем мире наблюдается рост производства этилового спирта. Это связано с применением его в качестве автомобильного топлива (биоэтанола) и сырья для мно-

92

elib.pstu.ru

гих органических синтезов. Традиционно этиловый спирт получают брожением сахаров, чаще всего глюкозы, под влиянием энзимов и дрожжей. Глюкозу обычно получают гидролизом полисахаридов, крахмала и клетчатки. Для замены пищевых продуктов (зерна) в производстве биоэтанола ведутся активные поиски экономически и экологически приемлемой технологии получения биоэтанола из целлюлозы, содержащейся в отходах лесной, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности [3].

Для производства альтернативных видов топлива кроме древесины, соломы и других целлюлозосодержащих растений представляет интерес макулатурная масса.

Цель данной научной работы состояла в изучении возможности использования макулатурного сырья в производстве биоэтанола.

В работе был изучен процесс подготовки макулатурного сырья (картонной тары и газетной макулатуры) для кислотного и ферментативного гидролиза (разволокнение, термообработка); процесс кислотного и ферментативного гидролиза макулатурного сырья.

Перед осахариванием макулатурное сырье подвергалось разволокнению и легкому подмолу, а также термообработке. Разволокнение проводилось при массовой доле волокна (концентрации массы) равной 5–8 % и температуре 20–40 ºС. Продолжительность разволокнения составляла 30–120 мин. Разволокнение проводилось в нейтральной и щелочной среде с добавкой перекиси водорода. При этом расход щелочного реагента составлял 2–3 %, а перекиси водорода – 0,5 %. Последующий подмол разволокненной массы до 25–30 градусов помола позволил продолжить фибриллирование волокна. Термообработка проводилась в шелочной среде при температуре 90–95 ºС с расходом NaOH – 2 и 4 %, H2O2 – 2 %. Продолжительность обработки составляла 120 и 180 мин. После подготовки из макулатуры получались волокнистые полуфабрикаты, характеристика которых приведена в таблице.

93

elib.pstu.ru

Сравнительная характеристика образцов волокнистых полуфабрикатов из картонной (газетной) макулатуры

Выход полуфабриката из картонной макулатуры составлял 82,3–93,5 %, а из газетной макулатуры – 85,2–87,5 %. Содержание основных компонентов в полученном полуфабрикате: лигнина – 7,6–10,1 %, целлюлозы – 52,3–58,1 %, пентозанов –

9,8–12,1 %.

Осахаривание полученных полуфабрикатов проводилось 1,5%-ным раствором H2SO4 при температуре 95–98 ºС. При этом были получены гидролизаты с содержанием редуцирующих сахаров 2,3–2,5 %, что вполне приемлемо для микробиологической переработки.

Рис. Накопление сахаров в гидролизате при ферментативном гидролизе макулатурного сырья

94

elib.pstu.ru

Помимо этого был проведен ферментативный гидролиз макулатурного сырья после предподготовки. Для ферментативного гидролиза использован экспериментальный фермент «целлозим ультра», целлюлознаяактивность которого составляет 519,7 ед/г.

Условия ферментативного гидролиза: рН 4,7 (0,1 М ацетатный буфер), концентрация субстрата 10 г/л. Ферментативную гидролизуемость полученного субстрата на основе макулатурного сырья наблюдали по накоплению редуцирующих сахаров в гидролизате. Полученные данные приведены на рисунке.

По рисунку можно видеть, что при использовании субстратов из картонной и газетной макулатуры при ферментативном гидролизе можно получить гидролизат 3,8–4,0 мг/см3 (·10–2). Это относительно невысокое содержание сахаров, так как был использован фермент с относительно низкой целлюлазной активностью. Однако можно видеть, что газетная и картонная макулатура может быть сырьем в производстве биоэтанола.

Список литературы

1.Дулькин Д.А., Спиридонов В.А., Комаров В.И. Современное состояние и перспективы использование вторичного волокна из макулатуры в мировой и отечественной индустрии бумаги. – Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2007.

2.Влияние числа циклов переработки целлюлозы из макулатуры на ее гидролизуемость целлюлазами / В.В. Морозова

[и др.] // Прикладная биохимия и микробиология. – 2010. –

Т. 46, № 3. – С. 397–400.

3. Аблаев А.Р. Большая нефть и биотопливо // Биотехноло-

гия. – 2011. – № 3. – С. 8–14.

95

elib.pstu.ru

О.Г. Моисеева,

канд. техн. наук М.С. Дьяков

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ДОРОЖНАЯ КАРТА В ОБЛАСТИ УПРАВЛЕНИЯ ЖИЗНЕННЫМ ЦИКЛОМ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ БИОХИМИЧЕСКИХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Основной стадией очистки нефтесодержащих сточных вод является биохимическая очистка в аэротенках, сопровождающаяся образованием крупнотоннажных твердых отходов – осадков сточных вод, утилизация которых является сложной экологической и технологической проблемой [1].

Известно, что осадки сточных вод (ОСВ) представляют собой сложный органоминеральный комплекс, содержащий биогенные элементы – фосфор и азот, в количествах, позволяющих рассматривать отходы как потенциальное органоминеральное удобрение. Однако основным препятствиям для использования ОСВ является высокое содержание в них тяжелых металлов (ТМ) и других токсичных компонентов – ароматических углеводородов, бенз(а)пирена и др.

В настоящее время основной способ их утилизации заключается в складировании на иловых картах и илонакопителях. Такой метод не отвечает современным экологическим и техническим требованиям, приводит к длительному и чаще безвозвратному отчуждению земельных ресурсов, сопровождается экологическими рисками загрязнения подземных вод в зоне влияния мест складирования отходов.

Известны различные способы и методы переработки ОСВ, однако их применение часто экономически нецелесообразно. Разработка инновационных подходов к проблеме утилизации отходов, позволяющих не только снизить нагрузку на окружающую среду, но и получить дополнительный экономический эффект от использования продуктов переработки, является ак-

96

elib.pstu.ru

туальной задачей, требующей решения. За рубежом используется методология построения дорожных карт организации процесса переработки отходов с целью выбора наиболее оптимальных и экономически целесообразных методов переработки.

Дорожные карты позволяют просматривать не только вероятные сценарии, но и их потенциальную рентабельность, а также выбирать оптимальные пути с точки зрения ресурсной затратности и экономической эффективности. В данной статье рассматривается принцип построения дорожных карт применительно к крупнотоннажному отходу, который образуется в результате эксплуатации биохимических очистных сооружений, а именно избыточному активному илу (ИАИ).

Для разработки стратегии, направленной на рациональное использование ресурсного, энергетического и вещественного потенциала ИАИ, необходимо рассмотреть все этапы жизненного цикла отхода, такие как условия, формирование, сбор и подготовка осадка, транспортировка и переработка ИАИ1.

Литературные данные и собственные исследования показали, что среди множества существующих технологий переработки и обращения с ИАИ можно выделить наиболее эффективные пути утилизации активного ила, в том числе:

–получение удобрения;

–использование процесса пиролиза с получением продуктов, обладающих товарными свойствами;

–сжигание с последующей утилизацией и/или использованием образующегося тепла;

–захоронение на иловых картах или илонакопителях [2]. Выбор того или иного метода переработки отхода базируется

на ключевых показателях эффективности процесса: объеме образующегося отхода, качественном и количественном составе отхода, вариантах финансирования проекта, затратах налогистику.

В соответствии с принципом построения дорожных карт первое, с чего стоит начать, – это решение нетехнических вопросов, к которым можно отнести:

1 Pelloni L. Road Map for the Implementation of Waste Management Plans.

97

elib.pstu.ru

–Финансирование проекта.

–Поставку отхода. Необходимо заключить договор с поставщиком ИАИ, где следует прописать регулярность поставки отхода, а также его планируемое количество и качество.

–Подготовку осадка.

–Продажу энергии и ценного материала. Если используется энергетический или материальный потенциал отхода, необходимо исследовать рынок и понять, есть ли спрос на данный ресурс, учесть логистические аспекты.

–Разрешение. Предварительные обсуждения с контролирующими и полномочными органами о выдаче разрешений могут сэкономить время и предотвратить формальные ошибки.

–Разработку проекта1.

Основной метод обезвреживания илов и осадков во всем мире до сих пор захоронение в шламонакопителях. Только в России площадь действующих полигонов превышает 15 тыс. га, закрытых полигонов – более 40 тыс. га. За год в среднем на городских очистных сооружениях г. Перми образуется около 410 тыс. т осадков, для захоронения которых требуются площади порядка 8–10 га. Полигоны должны быть расположены на расстоянии 50–60 км от очистных сооружений, однако пригодных земель для размещения полигонов на таком расстоянии от Перми уже нет, ближайшие расположеныв 250–300 км.

Известные методы обезвреживания избыточного активного ила, содержащего тяжелые металлы (термическая и/или термохимическая обработка), несмотря на внешнюю привлекательность, экологически не безопасны, поскольку в той или иной мере происходит загрязнение атмосферы, требуются сложные системы очистки газовых выбросов от загрязняющих веществ, очистки вторичных сточных вод. Проблемы разработки научных основ и технологии обезвреживания избыточного активного ила во многом связаны с тем, что ил представляет собой многокомпонентную гидрофильную высококонцентрированную полидисперсную суспензию сложного состава, что затрудняет изучение

1 Pelloni L. Road Map for the Implementation of Waste Management Plans.

98

elib.pstu.ru

закономерностей связывания тяжелых металлов биомассой активного ила и разработку способов регулирования его состава

вчасти содержания тяжелых металлов.

Всвязи с многообразием существующих методов утилиза-

ции ИАИ возникает необходимость в разработке принципов и критериев выбора оптимального варианта и стратегии переработки ИАИ для целенаправленного использования образующихся продуктов [3].

Список литературы

1.Гвоздев В.Д., Ксенофонтов Б.С. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. – М.: Химия, 1988.

2.Евилевич А.З., Евилевич М.А. Утилизация осадков сточных вод. – Л.: Стройиздат, 1988.

3.Дьяков М.С. Стратегия управления осадками биохимических очистных сооружений нефтеперерабатывающих пред-

приятий [Электронный ресурс]. – URL: http://rudocs.exdat.com.

99

elib.pstu.ru

А.Е. Нечаева,

д-р техн. наук, проф. Б.С. Баталин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БУРОВОГО ШЛАМА ДЛЯ УСТРОЙСТВА ВРЕМЕННЫХ ДОРОГ В РАЙОНЕ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ

Развитие мирового общественного производства идет все ускоряющимися темпами, и размеры ущерба, наносимого окружающей среде, увеличиваются так, что их уже невозможно преодолеть естественным путем, без использования продуманного комплекса законодательных и технологических мероприятий, затрагивающих все сферы производственной деятельности человека [1].

Обострение экологической обстановки в последние годы – это результат не только общекризисных явлений в экономике страны, связанных с низкой инвестиционной активностью и падением технологической дисциплины, оно представляет собой следствие накопленных за десятилетия структурных деформаций хозяйства, приведших к доминированию природоемких отраслей промышленности, ресурсоемких и энергоемких технологий, сырьевой ориентации экспорта, а также чрезмерной концентрации производства в относительно немногих промышленных центрах и регионах страны. Около 15 % территории России, на которой сосредоточена основная часть населения и производства, относится к ареалам, экологическое состояние которых неудовлетворительно и экологическая безопасность негарантирована.

Поэтому одной из основных задач промышленности на сегодняшний день является максимальное уменьшение загрязнения окружающей среды в целом и промышленными отходами в частности [2]. Нефтесодержащие отходы оказывают негативное воздействие практически на все компоненты природной среды: поверхностные и подземные воды, почвенно-растительный покров,

100

elib.pstu.ru