1279

П.В. Хорева, Д.Д. Чевычелов,

канд. техн. наук, доц. И.М. Бернадинер

Национальный исследовательский университет МЭИ, г. Москва

ЭКОЛОГИЧЕСКИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИ ЭФФЕКТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

Осадки сточных вод (ОСВ) представляют собой необеззараженную и нестабилизированную массу, содержащую большое количество органических веществ, которые способны при благоприятных условиях быстро загнивать и выделять неприятные запахи. Осадки сточных вод содержат токсичные органические вещества, патогенную микрофлору и ионы тяжелых металлов, т.е. представляют большую химическую и биологическую опасность для окружающей среды, загрязняя почву, воду и атмосферу. В Российской Федерации, по последним сведениям, образуется до 100 млн т осадков сточных вод с влажностью 98 % (жидкие осадки), или ~ 2 млн т/год по сухому веществу (сухие осадки). В Москве, по данным МГУП «Мосводоканал», образуется ~ 9,8 млн м3/год осадков с влажностью 97 %, т.е. ~ 300 тыс. т/год сухих осадков (СОС), в Московской области эта величина по различным источникам составляет 14–20 млн м3/год [1]. Для сравнения приведем статистические данные по образованию осадков в различных странах. На очистных сооружениях стран Европы образуется, по различным сведениям, 12–20 млн т/год СОС (в Великобритании, Франции, Италии – по 1,0–1,5 млн т/год, в Западной Европе в целом – 7,4 млн т/год, в Японии– 1,5 млнт/годСОС) [2].

Поскольку методы обеззараживания и обезвреживания осадков достаточно дороги, в России до последнего времени традиционно использовался метод их естественной сушки на очистных сооружениях в иловых картах, что вызывало вторичное загрязнение окружающей природной среды, или на специально отведенных земельных участках, занимающих огромные территории. Важной

131

elib.pstu.ru

проблемой было и остается до сих пор присутствие в осадках неутилизируемых компонентов: концентрированных нелетучих веществ, токсичных веществ, тяжелых металлов.

Основным направлением обезвреживания осадков, широко применяемым в мировой практике, является использование термического метода (пиролиза, газификации и сжигания механически обезвоженных осадков сточных вод). В настоящее время в мировой практике сжигание рассматривается в качестве одного из основных способов уничтожения ОСВ. Основное преимущество сжигания таких отходов заключается в значительном снижении их массы (примерно на 75 %) и объема (до 90 %), что особенно важно в условиях дефицита свободных площадей для организации полигонов и свалок. Кроме обезвреживания этого вида отходов, желательно решить задачу полезного использования их энергетической составляющей.

Перспективной является технологическая схема [3], характеризующаяся высокой экологической и экономической эффективностью (рисунок).

Установка термического обезвреживания осадков сточных вод состоит из циклонного реактора 1, камеры прокаливания парогазовой смеси 2, контактной сушилки 3, сепаратора 4, подогревателя парогазовой смеси 5, фильтра очистки дымовых газов от минеральной пыли 6, дымовой трубы 7, вентилятора подачи воздуха в циклонный реактор 8, вентилятора для обеспечения циркуляции парогазовой смеси 9, дымососа, обеспечивающего транспортировку дымовых газов по газовому тракту, 10, бункера для механически обезвоженных осадков сточных вод 11, бункера для сухих осадков сточных вод 12 и бункера для сбора шлака из циклонного реактора 13.

Исходные пастообразные осадки с влажностью ~ 77,5 % из цеха мехобезвоживания транспортером подаются к контактной сушилке 3, в которой осуществляется сушка осадков до влажности ~ 25 % парогазовой смесью (ПГС), циркулирующей по контуру сушилка – подогреватель. Циркуляция парогазовой смеси обеспечивается вентилятором 9. Сушкаосадков парогазовой смесью

132

elib.pstu.ru

исключает возможность возгорания сухих осадков и обеспечивает безопасную и надежную эксплуатацию установки. Отработанная парогазовая смесь очищается от уноса сухих осадков в сепараторе 4 и затем подогревается до необходимой для осуществления процесса сушки температуры теплотой дымовых газов в подогревателе парогазовой смеси 5. Сухие осадки из сушилки 3 и уловленный в сепараторе 4 унос собираются в бункере 12, откуда питателем подаются в циклонный реактор 1.

Термическое обезвреживание в циклонном реакторе осуществляется автогенно за счет теплоты сгорания собственно осадков или же при дополнительном вводе и сжигании топлива (природного газа).

Воздух для горения и топлива подается в циклонный реактор 1 вентилятора 8. Термическое обезвреживание осуществляется при температурах, обеспечивающих плавление минеральной части осадков, что исключает наличие в шлаке токсичных веществ. Практически стерильный шлак в виде расплавленных частиц сепарируется на внутренней поверхности циклонного реактора и виде расплава выводится из летки, охлаждается и собирается в бункере 13. Поскольку процесс обезвреживания осадков осуществляется при высоких температурах, для подавления оксидов азота в циклонный реактор 1 подается часть парогазовой смеси.

Высокотемпературные дымовые газы из циклонного реактора 1 направляются в камеру прокаливания парогазовой смеси 2, куда поступает избыточная часть циркулирующей парогазовой смеси, равной количеству испаренной в сушилке 3 влаги, что обеспечивает полное разложение и окисление органических веществ, присутствующих в парогазовой смеси, в результате сушки механически обезвоженных осадков сточных вод. Дымовые газы из камеры прокаливания 2 поступают в подогреватель парогазовой смеси 5, нагревая ее до необходимой для осуществления сушки механически обезвоженных осадков сточных вод температуры. Охлажденные дымовые газы из подогревателя парогазовой смеси 5 направляются в фильтр 6 для очистки их от

134

elib.pstu.ru

минеральной пыли. Уловленная пыль из фильтра направляется в бункер 13. Охлажденные и очищенные дымовые газы дымососом 10 через дымовую трубу 7 выбрасываются в атмосферу.

Собранный шлак и минеральная пыль в бункере 13 могут быть направлены на вторичное использование в качестве сырья в производствах строительных материалов или в дорожном строительстве.

Предлагаемая технология позволяет добиться высокой экологической эффективности без затрат дополнительного топлива.

Список литературы

1.Гальченко С.В., Чердакова А.С. Обоснование использования осадка сточных вод городских очистных сооружений в качестве удобрения // Экологический вестник России. – 2012. – № 3.

2.Jasper M., Lehrmann F., Steier K. Stand und Perspektiven der thermischen Klärschlammentsorgung // Abwasser Abfall. – 2009. – 56, № 10.

3.Бернадинер М.Н., Бернадинер И.М. Выбор оптимальных направлений переработки и обезвреживания осадков сточных вод // Материалы IV Междунар. конгресса по управлению отхо-

дами. Waste Tech – 2005. Москва, 1–4 июня 2005 г. – М., 2005.

135

elib.pstu.ru

А.И. Хорошавина,

д-р техн. наук, проф. Б.С. Баталин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ СЛАНЦЕВЫХ ВЯЖУЩИХ ИЗ КИЗЕЛОВСКИХ ТЕРРИКОНОВ

Многочисленные отвалы и терриконы, в которых складированы огромные количества шахтных пород, – характерная особенность Кизеловского района Пермского края. Размещение техногенных массивов требует отторжения значительных территорий. Отходы являются источниками загрязнения окружающей среды, создающими вокруг себя зоны поражения, в сотни раз превышающие площади, которые сами занимают. На строительство отвалов, складирование отходов и природоохранные мероприятия по снижению их негативного воздействия тратятся огромные средства. Решение проблемы утилизации отходов добычи и сжигания углей с последующим получением готового продукта может быть осуществлено с помощью получения сланцевого вяжущего гидравлического твердения.

Таким образом, цель данной работы – рассмотреть возможность использования дешевого основного сырья (отходы), получение дефицитной продукции низкой себестоимости, а также утилизацию неразлагающихся отходов.

Горелые породы, имея достаточную, а порой и высокую гидравлическую активность, обладают скрытыми гидравлическими свойствами, выявляющимися в смеси с известью, цементом, доменным шлаком и прочими вяжущими веществами. Составные части этой смеси должны иметь высокую удельную поверхность, т.е. быть тонко измельчены, так как цементирующие новообразования получаются в результате коллоидно-адсорб- ционных явлений, обусловливающих схватывание и твердение, ускоряемое гидротермальной обработкой [1].

136

elib.pstu.ru

Было проведено микроскопическое исследование микропрепаратов для изучения процесса гидратации красного терриконика с известью и гипсом.

Процесс приготовления порошков для препаратов заключался в том, что с точностью до 0,01 г отвешивались компоненты нужных составов (табл. 1). Затем их растирали в фарфоровой ступке до полного прохождения пробы через сито 0,14.

Микропрепараты исследовали с помощью поляризационного микроскопа ЛабоПол-4 и фотографировали с помощью цифровой фотокамеры Olympus.

Исследования препаратов производили сразу после изготовления, через 3; 7; 14; 21 и 28 сут. На рисунке (а, б) представлены микрофотографии препаратов терриконик в воде (ув. 300х).

Рис. Микрофотографии: терриконик в проходящем свете: а – николи ||; б – николи +

137

elib.pstu.ru

Таким образом, при наблюдениях было выявлено, что уже на ранних сроках твердения в иммерсионном препарате, содержащем гипс, были хорошо видны новообразования в виде игольчатых кристаллов. В микропрепарате с известью на 14 сут отчетливо прослеживались древовидные образования, что свидетельствует о происходящем процессе твердения.

Поскольку в области переработки терриконика в вяжущее вещество уже имеются разработки [2], на их основе были выбраны оптимальные составы. Для приготовления смесей на основе горных пород были использованы:

–горелая горная порода из терриконика (далее – красный сланец), подвергнутая предварительному дроблению в лабораторной фарфоровой мельнице;

–известь негашенная кальциевая;

–гипс быстротвердеющий марки Г-4.

Испытания проводились в такой последовательности:

1.Красный сланец смешивали в сухом состоянии с известью, гипсовым вяжущим и комплексно (с известью и гипсом).

2.Полученную сухую смесь затворяли водой до образования густого теста.

3.Затем формовались образцы – балочки размером 160×40×40 мм. Формование образцов осуществлялось в разъемных формах (на три гнезда), состоящих из поддона, продольных

ипоперечных стенок.

4.Образцы твердели при пропаривании в пропарочной камере по режиму: 2 ч выдержки перед пропариванием – 2 ч подъема температуры – 8 ч изотермической выдержки при 80–85 оС – 2 ч охлаждения.

5.После пропаривания у образцов определили предел прочности при изгибе и сжатии по методике ГОСТ 310.4–81 «Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе

исжатии». Результаты испытаний представлены в табл. 2 и 3.

138

elib.pstu.ru

прочность, было принято решение не использовать гипс в составе вяжущего вещества.

Таким образом, полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

Результаты, приведенные в табл. 2 и 3, показывают, что из красного сланца можно получить малоактивное вяжущее вещество.

Данное сланцевое вяжущее имеет следующие преимущества: решает экологическую проблему утилизации крупнотоннажных отходов угледобычи; расширяет сырьевую базу и снижает расходы на производство вяжущих материалов.

Список литературы

1.Книгина Г.И. Строительные материалы из горелых пород. – М.: Стройиздат, 1966.

2.Еворенко Г.И., Полевой С.А., Строкач А.А. Местные низкомарочные цементы на основе горных пород шахтных террикоников // Строительные материалы, оборудование, технологии

XXI века. – 2001. – № 9.

139

elib.pstu.ru

А.В. Часова,

д-р мед. наук, проф. Я.И. Вайсман

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ПЕРЕРАБОТКА ОСАДКОВ И ИЛОВ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Одной из первостепенных экологических, экономических и социальных проблем является ликвидация осадков и илов очистных сооружений (ОС). Осадки и илы образуются в процессе очистки сточных вод городских очистных сооружений. Сначала осадки формируются в первичных отстойниках и далее с целью снижения концентрации минеральных веществ направляются в аэротенки. После частичной деминерализации осадков в аэротенках образуются илы минерально-органического состава. Осадки и илы очистных сооружений содержат значительное количество органического вещества (60–75 %) и минеральную составляющую (азот, фосфор, калий и др.), также в составе могут содержаться тяжелые металлы и биологические загрязнители.

Количество осадков коммунальных сточных вод для некоторых стран приведено ниже [1].

Количество осадков коммунальных сточных вод:

В России данные показатели достигают 80–100 млн м3 по сухому веществу. При этом уровень использования данных осадков составляет всего 1–1,5 %.

Захоронение такой большой массы отходов без соответствующей технологии переработки приводит к задалживанию больших земельных площадей и серьезным нарушениям эколо-

140

elib.pstu.ru