1279

11

elib.pstu.ru

1.УПРАВЛЕНИЕ ПОТОКАМИ ОТХОДОВ. ВОПРОСЫ СБОРА, ПЕРЕРАБОТКИ

ИУТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ

М.Д. Анохина,

канд. техн. наук, доц. Т.В. Воронкова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОЦЕССА РЕЦИРКУЛЯЦИИ ФИЛЬТРАТА НА ПОЛИГОНАХ ЗАХОРОНЕНИЯ ТБО

КАК СПОСОБА СНИЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Количество твердых бытовых отходов (ТБО), образующихся в результате жизнедеятельности человека, увеличивается с каждым годом. До сих пор самым распространенным методом утилизации этих отходов является их депонирование на полигонах. Отходы, размещенные на полигонах, претерпевают сложные физико-химические и биохимические изменения под воздействием атмосферных явлений, специфических условий, формирующихся в толще отходов, а также в результате взаимодействия между собой. Это приводит к образованию различных соединений, в том числе токсичных, которые, мигрируя в окружающую среду, отрицательно воздействуют на ее компоненты.

Основное воздействие на окружающую среду оказывают биогаз и образующиеся фильтрационные воды [1].

Фильтрационные воды образуются в результате инфильтрации атмосферных осадков в тело полигона. Это сложная по химическому составу жидкость с ярко выраженным неприятным запахом биогаза [1]. Фильтрат, проходя через толщу отходов,

12

elib.pstu.ru

обогащается токсичными веществами, входящими в состав отходов или являющимися продуктами их разложения (тяжелыми металлами, органическими, неорганическими соединениями).

Основные загрязняющие компоненты фильтрата и их количество в фильтрате полигонов

* Значения указаны для полигонов, на которых не предусмотрена рециркуляция фильтрата.

Анализируя значения данной таблицы, можно сделать вывод, что обезвреживание фильтрата становится проблемой, так как такое разнообразие загрязняющих веществ, содержащихся в нем, препятствует его сбросу в водоемы или в канализационные сети для очистки с хозяйственно-бытовыми водами на городских сооружениях. Кроме того, температура фильтрата значительно отличается от температуры бытовых стоков, особенно в зимнее время.

13

elib.pstu.ru

Одним из этапов очистки фильтрата является его биологическая очистка. Биологические процессы в большинстве случаев дешевле, чем химические и физические процессы. Кроме того, за исключением новой биомассы никаких других твердых веществ не образуется [2].

Биологическая очистка – основной способ очистки сточных вод, содержащих загрязнения органического происхождения, заключающийся в минерализации этих загрязнений вследствие жизнедеятельности микроорганизмов. В процессе дыхания микробов органические вещества окисляются, и освобождается энергия, необходимая для жизненных функций микроорганизмов. Часть энергии идет на процессы синтеза клеточного вещества, т.е. на увеличение массы бактерий, количества активного ила и биологической пленки в очистных сооружениях.

В минерализации органических соединений сточных вод участвуют бактерии, которые по своему отношению к кислороду разбиваются на две группы: аэробные (использующие при дыхании растворенный в воде кислород) и анаэробные (развивающиеся в отсутствие свободного кислорода). В анаэробных процессах распада органических веществ образуются метан, СО2 и другие газы [3].

Перед биологической очисткой из сточных вод необходимо удалить взвешенные вещества, смолы и масла. В результате очистки содержание органических веществ в сточных водах снижается на 90–95 %; они теряют способность к загниванию, становятся прозрачными, количество бактерий в них сильно снижается [3].

Для очистки высококонцентрированных фильтратов (ХПК более 6000 мгО2/л) наиболее целесообразно использовать анаэробные методы очистки. Анаэробные методы эффективны при температуре выше 30 ºС и при величине pH = 7,2…8,5, поэтому необходимо поддерживать эти условия [1].

Анаэробная деградация органических веществ при метаногенезе осуществляется как многоступенчатый процесс, в котором необходимо участие по меньшей мере четырех групп микроорганизмов: гидролитиков, бродильщиков, ацетогенов, метаногенов.

14

elib.pstu.ru

Выделяют четыре стадии разложения. Сперва крупная органика (протеины, углеводы, липиды – жиры) в результате гидролиза преобразуются в мономеры (молекулы сахара, аминокислот, жирных кислоты). Затем происходит этап ферментативного разложения (ацитогенез). Здесь мономеры превращаются в короткоцепочную органику: кислоты, спирты, альдегиды. Те, в свою очередь, окисляются и переходят в уксусную кислоту. При этом выделяется водород. Завершающая стадия – образование метана. Это называется метаногенез. Побочным продуктом выделяется углекислый газ (CO2) [4].

При анаэробной очистке также происходит процесс денитрификации.

Денитрификация – это естественный процесс восстановления денитрифицирующими бактериями нитратов и нитритов до аммиака и газообразного азота.

Микроорганизмы активного ила способны использовать окислы азота в качестве источников дыхания при отсутствии молекулярного кислорода или низкой его концентрации. Азотное дыхание ила

4H 5C 4NO3 5CO2 2N2 2H2O.

Из всех кислородсодержащих соединений нитриты и нитраты используются для дыхания как наиболее доступные.

Скорость денитрификации зависит от температуры, кроме того, на скорость влияет и карбонатная щелочность [5].

Для анаэробной очистки применяются сооружения: септики, двухъярусные отстойники, метантенки.

Однако не стоит забывать, что подобные процессы широко распространены в окружающей среде.

Эффективность анаэробной очистки может быть доказана на примере полигона захоронения твердых бытовых отходов г. Краснокамска.

Полигон в г. Краснокамске функционирует на протяжении пяти лет и считается «молодым». На полигоне предусмотрена рециркуляция фильтрата. Фильтрат собирается дренажными

15

elib.pstu.ru

трубами и самотеком подается в пруды-накопители, откуда насосом перекачивается и разбрызгивается по поверхности карт.

Вглубинных слоях массива отходов образуется бескислородная среда, а следовательно, благоприятные условия для анаэробной очистки. Наличие влажной среды за счет рециркуляции фильтрата благоприятно влияет на процессы расщепления органики и выделения метана, поскольку бактерии могут перерабатывать вещества лишь в растворенном виде [6].

Анаэробная очистка продолжается в прудах-накопителях. На территории полигона располагаются три пруда. Фильтрат самотеком перемещается в первый пруд. По мере накопления фильтрата

впервомпруду он переливается во второй идалее втретий.

Впервом пруду концентрации загрязняющих веществ выше, чем в третьем. Это объясняется отстаиванием фильтрата, аэробной очисткой, ультрафиолетовым обеззараживанием в верхних слоях воды и анаэробной очисткой в глубинных слоях.

Врезультате этого фильтрат по своему составу приближен к «старому».

Изменения концентраций загрязняющих веществ в процессе эксплуатации полигона с системой рециркуляции фильтрата представлены на рисунке.

Рис. Изменение ХПК, БПК в фильтрате

На рисунке видно, что за четыре года эксплуатации полигона за счет анаэробной очистки концентрации ХПК и БПК значительно снижаются.

16

elib.pstu.ru

Таким образом, соблюдая условия анаэробной очистки, а это зачастую высокая влажность и глубина прудов-усредни- телей, можно добиться снижения показателей БПК и ХПК без строительства локальных очистных сооружений, а следовательно, без дополнительных материальных затрат.

Список литературы

1.Управление отходами. Сточные воды и биогаз полигонов захоронения твердых бытовых отходов / под ред. Я.И. Вайсмана. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012.

2.Biological Processes // Hans-Jurgen Enhrig Universitat Wuppertal, Abfall-und Siedlungswasserwirtschaft; Rainer Stegmann Institute of Waste Management; Technical University of HamburgHarburg.

3.Экология и безопасность жизнидеятельности / под ред. Л.А. Муравья. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000.

4.URL: http://www.septik-dom.ru/ochistka/ochistka_014.htm.

5.Технология удаления азота и фосфора в процессах очистки сточных вод / Б.Г. Мишуков [и др.] // Приложение к журналу «Вода: технология и экология». – СПб., 2008.

6.Воронкова Т.В., Вайсман Я.И., Чудинов С.Ю. Рециркуляция фильтрата на полигонах захоронения твердых бытовых отходов // Вестник ПНИПУ. Урбанистика. – Пермь, 2012. – № 3 (7).

17

elib.pstu.ru

Д.В. Асеева,

д-р техн. наук, проф. И.С. Глушанкова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ТЕРМОХИМИЧЕСКАЯ УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ ПОЛИКАРБОНАТА С ПОЛУЧЕНИЕМ СОРБЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Несмотря на то что Россия на данном этапе экономического развития характеризуется сравнительно невысоким уровнем производства и потребления полимерных материалов, образование пластиковых отходов в России составляет значительную величину – около 3,3 млн т в год. Структура образующихся полимерных отходов (по данным исследовательской компании Abercade) представлена на рисунке.

Рис. Структура пластиковых отходов по видам полимеров

Темпы роста производства поликарбоната (ПК) составляют 10 % в год, что значительно выше, чем у большинства полимеров. Объемы потребления полимера в России за 2011 год выросли более чем на треть и достигли 92 тыс. т. Можно ожидать, что количество образующихся отходов поликарбоната с каждым годом будет неуклонно расти. Это обусловливает необходимость разработки методов их утилизации. Доля отходов поли-

18

elib.pstu.ru

карбоната в общей массе полимерных отходов составляет 8 % и с каждым годом увеличивается. В настоящее время в мире перерабатывается около 30 % всех отходов пластмасс.

Значительное место в утилизации полимерного сырья уделяется термическому разложению как способу преобразования ВПС в низкомолекулярные соединения. Важное место среди них принадлежит пиролизу с получением сорбционных материалов. Ароматическая структура поликарбоната и наличие кислородсодержащих групп позволяет говорить о доступности его переработки с получением сорбентов. Изучение возможности переработки отходов поликарбоната как будущих многотоннажных отходов с получением сорбционных материалов представляется весьма актуальной проблемой.

Целью данной работы является исследование возможности утилизации отходов поликарбоната с получением сорбционных углеродных материалов методом химической активации. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1.Исследование процессов термической деструкции отходов поликарбоната.

2.Исследование влияния условий химической активации карбонизата, полученного при низкотемпературном пиролизе измельченных отходов поликарбоната гидроксидом калия.

3.Исследование влияния условий предварительной обработки отходов поликарбоната азотной кислотой с последующей активацией образцов.

4.Исследование сорбционных свойствполученных образцов. Поликарбонаты – группа термопластов, сложные полиэфи-

ры угольной кислоты и двухатомных спиртов общей формулы (–O–R–O–CO–)n. Поликарбонат не имеет аналогов по механическим свойствам среди применяемых в настоящее время полимерных материалов. Он сочетает такие свойства, как высокая термостойкость, уникальная ударопрочность и высокая прозрачность. Изделия из ПК изготавливают главным образом традиционным литьем под давлением и экструзией. Высокая температура стеклования означает высокую термостабильность,

19

elib.pstu.ru

данный полимер сохраняет свои свойства в широком температурном диапазоне (от –100 до 135 ºС). Высокое значение температуры стеклования и плавления – следствие ароматических вставок полимерного скелета. Высокая температура плавления создает трудности при обработке поликарбоната, так как его приходится перерабатывать близко к температуре термодеструкции.

Проанализировав основные методы утилизации отходов поликарбоната, наиболее приемлемым можно назвать метод пиролиза с получением сорбционных материалов. В отличие от метода сжигания данный метод позволяет использовать не только энергетический (применение пиролизных газов в качестве топлива для получения рабочего водяного пара), но и материальный потенциал отходов (применение карбонизата для получения сорбентов), не приводит к образованию токсичных диоксинов. По сравнению с химической переработкой метод пиролиза не требует больших финансовых вложений в оборудование для переработки. Вторичная переработка позволяет сохранить максимальное количество ценных продуктов, однако прогрессирующее ухудшение свойств исходного ПК с ростом числа циклов переработки может создавать проблему сбыта конечных изделий. Таким образом, метод пиролиза отходов ПК с получением углеродных адсорбентов – активных углей является на сегодняшний день наиболее оптимальным методом утилизации отходов ПК.

В ходе проведения исследований отходы монолитного поликарбоната, измельченные до частиц размером ≈ 7–10 мм, подвергались предварительной обработке азотной кислотой с последующим активированием водяным паром (модифицированный образец). Для сравнения проводили прямую карбонизацию отходов поликарбоната с последующим активированием в среде гидроксида калия. Далее определялись свойства полученных сорбционных материалов с последующим их сравнением между собой. Образцы подвергались исследованиям по следующим показателям:

–адсорбционная активность по метиленовому голубому

(ГОСТ 4453–74);

–адсорбционная активность по йоду (ГОСТ 6217–74);

20

elib.pstu.ru