2809

2.Вольфтруб Л.И., Корабельников В.М., Гудошникова А.Е. Опыт модернизации отстойников и осветлителей на станциях водоподготовки // Водоснабжение и санитарная техника. – 2010. – № 5. –

С. 47–50.

3.Оборудование для очистки воды коагуляцией. Ч. 1. Направления совершенствования отечественного оборудования / Б.Е. Рябчиков, А.А. Пантелеев, С.Ю. Ларионов, А.В. Жадан, М.М. Шилов // Водоснабжение и канализация. – 2013. – № 3–4. – С. 100–113.

4.Крупнова Т.Г., Таллина О.Ю. Сравнение методов обеззараживания воды, используемых в централизованных системах водоснабжения // Сельское, лесное и водное хозяйство. – 2014. – № 5 (32). – С. 1.

5.Анализ работы очистных сооружений сточных вод города Учалы и предложения по их реконструкции / Р.М. Нургалин, Т.Г. Крупнова, А.М. Кострюкова, И.В. Машкова // Экология и научно-технический прогресс. Урбанистика. – 2014. – № 1. – С. 167–172.

6.Модернизация систем обеззараживания на очистных сооружениях водопровода / Ф.В. Кармазинов, В.Б. Чернов, С.В. Костюченко, С.В. Волков, С.Г. Зайцева // Водоснабжение и санитарная техника. – 2005. – № 1. – С. 4–10.

7. Машкова И.В., Машков К.А. Особенности эвтрофикации и сапробности воды Шершневского водохранилища // Вестник Челя-

бин. гос. пед. ун-та. – 2003. – № 4. – С. 96.

Об авторах

Андреева Анастасия Сергеевна – магистрант кафедры эколо-

гии и природопользования, Южно-Уральский государственный уни-

верситет (НИУ), e-mail: nastjan2202@mail.ru.

Крупнова Татьяна Георгиевна – кандидат химических наук,

доцент кафедры экологии и природопользования, Южно-Уральский государственный университет (НИУ), e-mail: krupnovatg@mail.ru.

Кострюкова Анастасия Михайловна – кандидат химических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, ЮжноУральский государственный университет (НИУ), e-mail: anmikost@mail.ru.

Машкова Ирина Вячеславовна – кандидат биологических на-

ук, доцент кафедры экологии и природопользования, Южно-Ураль- ский государственный университет (НИУ), e-mail: mashkoffa@ya.ru.

31

УДК 628.169

Ю.Н. Ахметова, Т.Г. Крупнова, А.М. Кострюкова, И.В. Машкова

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСАДКОВ СТАНЦИИ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ИХ УТИЛИЗАЦИИ

Проанализирована работа по обезжелезиванию подземных вод города Учалы. Предложен вариант обработки и утилизации промывных вод и осадков, образующихся в процессе подготовки питьевой воды.

Ключевые слова: питьевая вода, обезжелезивание, подземные воды, железо, марганец, осадок водоподготовки, промывные воды.

Yu.N. Akhmetova, T.G. Krupnova,

A.M. Kostryukova, I.V. Mashkova

STUDY OF IRON REMOVAL PLANT SLUDGE

AND PROPOSALS FOR ITS UTILIZATION

The work of facilities for underground water deironing of the Uchaly city is analyzed. Variant of treatment and re-use of washing waters and drinking water treatment sludges is offered.

Keywords: drinking water, iron removal, groundwater, iron, manganese, treatment sludge, washing waters.

Водоснабжение как отрасль играет огромную роль в обеспечении жизнедеятельности города и требует целенаправленных мероприятий по развитию надежной системы хозяйственно-питьевого водоснабжения. Помимо проблемы обеспечения населения качественной питьевой водой в Российской Федерации в настоящее время нерешенными остаются вопросы утилизации осадков водоподготовки [1–4].

В данной работе рассмотрены проблемы утилизации осадков водоочистных сооружений на примере станции обезжелезивания подземных вод города Учалы.

32

Внастоящее время в Учалах имеется централизованная система хозяйственно-питьевого водоснабжения из подземных источников во-

дозаборов Кургашского и «Бирся». Среднесуточная фактическая подача воды в город, по данным за 2014 год, составляет 8870 м3/сут.

Кургашский водозабор состоит из 11 эксплуатационных скважин (7 рабочих, 4 резервных), которые оборудованы погружными насосами. Над скважинами установлены надземные павильоны. Отбираемая вода по физико-химическим показателям качества соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.1074–01. Перед подачей потребителю воду обеззараживают хлором.

Всвязи с недостатком воды питьевого качества в 2001 году была введена в эксплуатацию станция обезжелезивания подземных вод

сводозабора «Бирся». Обезжелезивание производится методом упрощенной аэрации. Одновременно с обезжелезиванием происходит деманганация подземных вод. Анализ работы станции показал, что в отдельные периоды качество воды не соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.1074–01 по четырем показателям:

1) цветность – от 37 до 106 град; 2) мутность – от 5,37 до 17,8 мг/л; 3) железо – от 3,94 до 15,95 мг/л; 4) марганец – от 0,356 до 0,863 мг/л.

Сточные воды водоподготовки собираются, отстаиваются. Осадки отправляются в специальный резервуар и вывозятся по мере необходимости на полигон ТБО или на иловые площадки очистных сооружений канализации. В 2014 году было вывезено 22,733 т осадка на иловые площадки.

Нами были выработаны следующие предложения по реконструкции оборудования водоочистки:

1. Заменить процесс упрощенной аэрацией на окисление железа и марганца диоксидом хлора с последующим фильтрованием.

Технология упрощенной аэрации с последующим фильтрованием через кварцевый песок не обеспечивает нормативных показателей качества питьевой воды в городе Учалы. В осенне-весенний период наблюдаются единичные случаи превышения показателей железа, которые находятся в интервале от 3,94 до 15,95 мг/л, и марганца, колеблющихся в интервале от 0,356 до 0,863 мг/л.

Процесс окисления железа и марганца диоксидом хлора является наиболее эффективным: например, в отличие от хлора диоксид хло-

33

ра реагирует с марганцем значительно быстрее, окисляя его до диоксида марганца.

После 5 минут контакта более 99 % оксида марганца могут быть удалены фильтрованием. Диоксид хлора окисляет также органическое железо и марганец. Процесс окисления железа и марганца диоксидом хлора с последующим фильтрование обеспечит лучшие показатели качества воды, также он является экологически чистым химическим реагентом, простым и безопасным в использовании, а также в хранении и транспортировке.

2. Заменить обеззараживание воды хлором на диоксид хлора. При обеззараживании воды жидким хлором образуется большое

количество высокотоксичных хлорорганических соединений, а бактерицидный эффект хлора за многие десятилетия его применения постепенно снижается из–за адаптации к нему микроорганизмов.

Диоксид хлора в отличие от жидкого хлора обладает более эффективными дезинфицирующими свойствами уже при малых дозах. В процессе обеззараживания воды хлором неприятные запах и привкус исчезают, также не образуются токсичные хлорорганические соединения (диоксины, пестициды) и тригалометаны, происходит восстановление прозрачного цвета воды.

3. Ввести на станцию цех по обезвоживанию осадка.

В настоящее время в городе Учалы осадки водоподготовки не обрабатываются и не утилизируются.

Цех по обезвоживанию осадка предназначен для того, чтобы осадок, образующийся на станции обезжелезивания, после переработки существенно уменьшился в объеме и стал пригоден для любых технологий его дальнейшей утилизации.

Для наиболее успешного обезвоживания осадка применяют центрифуги, к преимуществам которых относят малую занимаемую площадь, возможность полного автоматического управления, способность обрабатывать неуплотненный или уплотненный осадки.

Основными стадиями обработки осадков водоподготовки являются накопление, уплотнение и обезвоживание с предварительным кондиционированием флокулянтом для улучшения влагоотдачи и увеличения процента задержания твердой фазы при центрифугировании. Добавление к осадкам флокулянтов позволяет повысить эффект задержания сухого вещества до 93–98 %, что устраняет необходимость

34

очистки фугата. При обезвоживании осадков с применением флокулянтов скорость осаждения частиц резко возрастает.

В процессе водоподготовки образуется 22 733 т железо-марга- нецсодержащего осадка в год. Предлагается производить обезвоживание осадка на центрифугах и последующую его сушку. Это позволит получить 43,8 т в год осадка с влажностью 25 %.

Нами был произведен термогравиметрический анализ воздуш- но-сухих осадков. Осадок водоподготовки влажностью 67 % сушили в сушильном шкафу марки КС-65 при температуре 105 °С в течение 3 часов. При этом произошло снижение массы осадка на 50 %. После чего осадок водоподготовки поместили в вакуумный шкаф и осуществляли сушку при температуре 1600 °С до постоянной массы. Масса осадка снизилась еще на 7 %. Сухой железосодержащий шлам имеет светло-коричневый цвет и легко измельчается в ступке до мелкодисперсного состояния.

Термоаналитические кривые (рисунок) записывали на синхронном термическом анализаторе Netzsch STA 449F1 со скоростью нагрева 10 °С /мин.

Рис. Термоаналитические кривые осадка водоподготовки

Согласно данным термического анализа (ДСК/TГ) выделяются следующие эффекты. В интервале температур 40–200 °С наблюдается эндоэффект с максимумом при 150 °С, сопровождающийся значительным уменьшением массы (–8 %), что соответствует удалению физиче-

35

ски и химически связанной воды. Интенсивный экзоэффект в широком интервале температур 200–450 °С с отчетливым максимумом при 310 °С, сопровождающийся плавным уменьшением массы, свидетельствует о сгорании органической составляющей шлама и о кристаллизации аморфной фазы, в результате которой гетит (α-FeOOH) и лепидокрокит (γ-FeOOH) переходят, соответственно, в гематит (α-Fe2O3) и маггемит (γ-Fe2O3). Общее уменьшение массы составило 14 %.

Путем прокаливания обезвоженного осадка можно получать пигмент для производства цветных композиционных материалов [5]. Полученный пигмент имеет красно-кирпичный цвет, композиционные материалы будут обладать высокой прочностью, водостойкостью и термостойкостью.

Кроме того, осадки водоподготовки можно использовать на очистных сооружениях городских сточных вод для глубокого удаления из последних фосфатов и сульфидов, а также непрерывная дозировка к системе канализации приводит к устранению запаха и коррозии, вызванной сероводородом [6].

Таким образом, возможны два варианта использования осадка: 1) в качестве пигмента красно-коричневого цвета; 2) в качестве химического реагента для глубокого удаления фосфора на ОСК города Учалы.

Список литературы

1.Дзюбо В.В., Курочкин Е.Ю., Бутовский М.Э. Очистка промывных вод, отделение и утилизация осадка на станциях обезжелезивания подземных вод // Питьевая вода. – 2008. – № 5. – С. 2–9.

2.Крупнова Т.Г., Кострюкова А.М., Машкова И.В. Обзор современных технологий обработки осадков городских сточных вод // Сельское, лесное и водное хозяйство. – 2014. – № 7 (34). – С. 3–12.

3.Скаржинец С.Н., Максимова С.В. Исследование свойств почвогрунтов, полученных с применением осадков станций обезжелези-

вания // Междунар. студенч. науч. вестник. – 2015. – № 2–3. –

С. 336–338.

4. Дзюбо В.В., Курочкин Е.Ю., Алферова Л.И. Утилизация осадка, образующегося на станциях обезжелезивания подземных вод // Экология и промышленность России. – 2009. – № 6. – С. 1.

36

5.Усова Н.Т., Лукашевич О.Д. Получение пигментов из железосодержащих шламов водоподготовки для использования в строительной отрасли // Вестник Том. гос. арх.-строит. ун-та. – 2014. – № 4 (45). –

С. 198–207.

6.A novel electrochemical process for the recovery and recycling of ferric chloride from precipitation sludge / M.E. Likosova, J. Keller, Y. Poussade, S. Freguia // Water Research. – 2014. – Vol. 51, № 3. – P. 96–103.

Об авторах

Ахметова Юлия Ниязовна – магистрант кафедры экологии и природопользования, Южно-Уральский государственный университет

(НИУ), e-mail: ishim89-89@mail.ru.

Крупнова Татьяна Георгиевна – кандидат химических наук,

доцент кафедры экологии и природопользования, Южно-Уральский государственный университет (НИУ), e-mail: krupnovatg@mail.ru.

Кострюкова Анастасия Михайловна – кандидат химических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, Южно-Ураль- ский государственный университет (НИУ), e-mail: anmikost@mail.ru.

Машкова Ирина Вячеславовна – кандидат биологических на-

ук, доцент кафедры экологии и природопользования, Южно-Ураль- ский государственный университет (НИУ), e-mail: mashkoffa@ya.ru.

37

УДК 564.064.045

Я.В. Базылева, С.В. Полыгалов, Г.В. Ильиных

АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЛИМЕРАХ КАК ФАКТОР ФОРМИРОВАНИЯ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ЭМИССИЙ ПРИ СЖИГАНИИ ВТОРИЧНОГО ТОПЛИВА ИЗ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ

Рассмотрены основные компоненты, входящие в состав вторичного топлива из твердых коммунальных отходов (ТКО) – полимеры с точки зрения потенциальной опасности неблагоприятных эмиссий тяжелых металлов в окружающую среду при сжигании. Приведена классификация добавок, улучшающих свойства полимерной продукции, а также выделены группы добавок, содержащие соединения тяжелых металлов, оценена возможность использования альтернативных материалов. Даны рекомендации по предотвращению попадания полимеров с содержанием тяжелых металлов в поток вторичного топлива.

Ключевые слова: твердые коммунальные отходы, вторичное топливо из отходов, тяжелые металлы, добавки для полимеров.

Ya.V. Bazyleva, S.V. Polygalov, G.V. Ilinykh

ANALYSIS OF HEAVY METAL CONTENT IN POLYMERS

AS A FACTOR OF THE FORMATION OF HAZARDOUS EMISSIONS FROM SECONDARY FUEL FROM MUNICIPAL SOLID WASTE COMBUSTION

In the article the basic components of secondary fuel from municipal solid waste (MSW) – the polymers in terms of the potential danger of adverse emissions of heavy metals into the environment by burning are described. Classification of additives that improve the properties of the polymer products is provided. Groups of additives that contain a part of heavy metal compounds ant their alternatives are distinguished. Recommendations for the prevention of the heavy metals content in polymers and in the stream of secondary fuel are represented.

Keywords: municipal solid waste, derived fuels from waste, heavy metals, additives for polymers.

38

Получение вторичного топлива из ТКО позволяет снижать количество отходов, поступающих в объекты окружающей среды, за счет использования энергетического потенциала ряда компонентов ТКО. Вторичное топливо может применяться в таких энергоемких промышленных процессах как производство цемента, получение тепловой энергии, производство строительных материалов и т.д. в случае обеспечения нормативного качества топлива. Для внедрения данного энергоресурса в России необходим анализ потенциальной опасности неблагоприятных эмиссий загрязняющих веществ, выделяющихся при сжигании вторичного топлива, так как системы газоочистки, используемые в стране, не настолько эффективны, как в странах, где широко применяется топливо из ТКО (Германия, Франция, США и др.).

В состав вторичного топлива из ТКО входят бумага, картон, полимеры, дерево, тетрапак и прочее. Основными компонентами, формирующими состав и энергоэффективность вторичного топлива, являются полимеры за счет высокой теплоты сгорания и значительного содержания в морфологическом составе ТКО. Так, в зависимости от способа и схемы получения доля полимеров во вторичном топливе достигает 21–35 % по массе. В поток вторичного топлива с точки зрения теплоты сгорания могут входить все виды полимеров, но с точки зрения безопасности необходимо извлекать из состава топлива поливинилхлорид (ПВХ), так как этот материал характеризуется высоким содержанием хлора (до 57 % по массе), что при сжигании сопровождается выбросом токсичных летучих соединений.

Полимеры обладают высокой теплотой сгорания за счет своего состава, в который преимущественно входят органические соединения, сгорающие полностью. Важно учитывать, что спектр изделий из полимеров достаточно разнообразен, так как они используются для производства упаковок, строительных и отделочных конструкций, игрушек, предметов мебели и т.д. Современные производители изделий из полимерных материалов для обеспечения улучшенных и/или уникальных свойств продукции вводят в состав полимеров различные добавки, улучшающие функциональные характеристики товаров [1] (табл. 1).

Из табл. 1 видно, что существует большое количество добавок для модификации разных видов свойств полимерных изделий для повышения их конкурентоспособности на рынке. Например, полимеры, в состав которых введены огнеупорные добавки, могут выдерживать температуры воздействия до 350 °С, а добавки, продлевающие срок службы изделий, позволяют использовать полимерные материалы (мебель и т.д.) в течение десятков лет [2].

39

Производители добавок могут использовать в их составе минеральные вещества, которые при сжигании полимерных изделий будут способствовать формированию неблагоприятных эмиссий выше нормативного уровня, так как на этапе производства наиболее важным аспектов является обеспечение высокого спроса на товар за счет его функциональных качеств. При этом не уделяется внимание вопросам утилизации отработанного изделия по завершении его жизненного цикла. Веществами, содержание которых во вторичном топливе должно быть минимальным ввиду опасного токсикологического и экологического воздействия, являются тяжелые металлы. При сжигании тяжелые металлы образуют соединения, частично переходящие в отходящие газы (с летучей золой) и твердую фазу (шлак), которые накапливаются в среде и негативно воздействуют на атмосферный воздух и здоровье населения, поэтому актуальной задачей является

40