8138

3

ВВЕДЕНИЕ

В процессе функционирования станций биологической очистки сточных вод населенных пунктов основная масса загрязнений аккумулируется и выделяется из сточных вод в виде токсичных, опасных в санитарном отношении осадков. Количество влажных осадков, в зависимости от технологии очистки и обработки, колеблется от 0,4 до 0,8% от объема подвергаемых обработке сточных вод. Осадки городских сточных вод (ОГСВ) являются опасным отходом, относящимся к 3-4 классам опасности. Они содержат в своем составе токсичные вещества (соли тяжелых металлов, токсичную органику и др.) и различные виды представителей микрофлоры, в том числе патогенных. Таким образом, ОГСВ представляются опасным в санитарно-гигиеническом и экологическом отношении отходом, требующим специальной обработки или захоронения, с целью предотвращения неконтролируемых загрязнений окружающей среды.

Основная масса осадков, выделяемых в процессе очистки, направляется на обезвоживание и длительное хранение на иловые поля, шламонакопители, полигоны, отвалы и т.д. При обезвоживании и хранении осадка фильтрат поступает в поверхностные и подземные источники, осадок распространяется на большие расстояния с помощью животных (птицы, грызуны), под иловые площадки отчуждаются значительные площади земли. Таким образом, данный способ обращения с осадками приводит к загрязнению окружающей среды и нарушению значительных территорий. Ежегодно территория, используемая под складирование осадка, продолжает увеличиваться, что сопряжено с изъятием дополнительных земельных ресурсов. В дальнейшем эти земли должны подвергаться рекультивации, что связано со значительными материальными затратами.

Вместе с тем ОГСВ являются ценным органо-минеральным

4

веществом. Твердая фаза осадков включает значительное количество органических веществ (более 50%), комплексы азота, фосфора и калия, что определяет целесообразность утилизации осадков в качестве удобрения. Удобрительная ценность осадка сравнима с навозом или перегноем – при внесении осадка в грунт в качестве удобрения значительно увеличивается урожайность сельхозкультур. Опыт показывает, что повторное вовлечение отходов очистных сооружений в промышленный и сельскохозяйственный оборот позволяет расширить сырьевую базу страны и на этой основе увеличить масштабы производства. Кроме того, утилизация отходов позволяет частично заменить первичное сырье, эффективнее использовать природные богатства.

Анализ состояния вопроса показывает, что одним из перспективных направлений утилизации ОГСВ является использование их в качестве удобрения в сельском и городском хозяйстве, в «зеленом строительстве» и при рекультивации нарушенных земель, свалок и т.п. Однако токсичность и неблагоприятные санитарно-гигиенические показатели осадков не позволяют напрямую использовать их в качестве органо-минерального удобрения. Применяемые в настоящее время методы обезвреживания осадка, как правило, не обеспечивают требуемой степени детоксикации и обеззараживания или требуют высоких затрат.

Таким образом, проблема ОГСВ сегодня должна решаться на основе комплексного подхода: обезвреживания осадков и их утилизации.

При написании монографии авторы стремились всесторонне рассмотреть эту важную проблему, разработать практические рекомендации по детоксикации, дегельминтизации и утилизации ОГСВ для обеспечения ресурсосберегающего экологически безопасного обращения с отходами.

В первой главе рассмотрены виды и свойства ОГСВ, приведены источники их образования, токсикологические характеристики и влияние осадков на окружающую среду, а также рассмотрены возможные

5

направления их утилизации.

Во второй главе подробно рассмотрены существующие методы обезвреживания ОГСВ, а также описана разработанная авторами экологически безопасная технология обработки ОГСВ аминокислотными композициями. Приведены результаты исследований по оценке влияния аминокислотных композиций на свойства осадков, доказывающие безопасность и эффективность данной технологии.

Втретьей главе изучены вопросы внесения предварительно обезвреженных осадков сточных вод в почву с целью повышения ее плодородия; Приведены рекомендации по мониторингу состояния почв после внесения в них ОГСВ.

Четвертая глава посвящена оценке токсикологических свойств обезвреженных ОГСВ при их внесении в почву в качестве органоминерального удобрения. Приведены результаты ряда проведенных авторами исследований по оценке токсичности почв методами биотестирования.

Впятой главе подробно рассматриваются вопросы компостирования обезвреженных осадков. Приведены результаты исследований по компостированию осадков, обезвреженных аминокислотными композициями, разработана технология компостирования осадков, позволяющая улучшить их потребительские свойства при сохранении и улучшении ценных агрохимических свойств.

6

ГЛАВА 1. СОСТАВ И СВОЙСТВА ОСАДКОВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД

1.1. Формирование осадков городских сточных вод

Загрязненные воды, подлежащие удалению с территории населенных мест и промышленных предприятий, так называемые сточные воды, классифицируются по происхождению на хозяйственно-бытовые, промышленные и атмосферные (ливневые). В зависимости от степени загрязнения сточные воды могут быть спущены в водоем непосредственно или после их очистки (механической, химической, биологической).

Бытовые сточные воды представляют собой неустойчивую полидисперсную систему, частицы которой по своим размерам колеблются от мелкодо высокодисперсных. Эти стоки имеют относительно постоянный состав загрязнений. Бытовые сточные воды содержат различные микроорганизмы: бактерии, дрожжевые и плесневелые грибки, мелкие водоросли, яйца гельминтов и т.п. Эти воды являются эпидемиологически опасными для человека и животных, т.к. в своем составе, наряду с сапрофитными, содержат патогенные (болезнетворные) микроорганизмы. К неорганическим загрязнениям относятся: песок, глина, частицы руды, шлака, мела, минеральные соли и т.д.

Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и сбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности и характера технологических процессов. К производственным сточным водам относятся сточные воды предприятий органического синтеза, сточные воды содовых, сульфатных, азотнотуковых заводов, обогатительных фабрик, свинцовых, цинковых, никелевых руд, гальванических участков и цехов, в которых содержатся щелочи, кислоты, ионы тяжелых металлов (ИТМ) и др.

7

Атмосферные, или ливневые, воды образуются в результате выпадения атмосферных осадков. К ним кроме дождевых вод относятся воды, образующиеся от таяния снега, поливки улиц, фонтанов и дренажей. Эти стоки загрязнены органическими и минеральными веществами, содержащимися в атмосфере, на предметах и грунте, с которыми они соприкасаются.

В сточных водах промышленных городов обычно содержится около 60% веществ органического происхождения, к этой же категории органических относятся и биологические (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) загрязнения в коммунально-бытовых, медико-санитарных водах и отходах кожевенных предприятий и предприятий по обработке шерсти.

Очистка сточных вод – это обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. В процессе функционирования городских очистных сооружений все загрязнения сточных вод аккумулируются в виде осадков сточных вод, которые представляют собой органические и минеральные вещества в твердой фазе, выделенные из воды в результате механической, биологической и физико–химической очистки или сочетания этих методов очистки. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей. Осадки бытовых сточных вод по сравнению с производственными по составу однороднее. Количество осадков, выделяемых при очистке сточных вод на станциях аэрации, составляет от 0,5 до 1% объема сточных вод.

Осадки городских сточных вод (ОГСВ) – это суспензии, выделяемые из сточных вод в процессе механической, биологической и физикохимической очистки. Их можно подразделить на следующие типы: грубые примеси, задерживаемые решетками; песок, задерживаемый песколовками; плавающие жировые примеси, всплывающие в отстойниках, сырой осадок

8

из первичных отстойников; избыточный активный ил – комплекс микроорганизмов коллоидного типа с адсорбированными и частично окисленными загрязнениями, извлеченными из сточных вод в процессе биологической очистки. Количество отбросов с решеток в среднем составляет 8 л/год на 1 чел., влажностью 80 %, плотностью 750 кг/м3. Отбросы с решеток допускается направлять на полигоны ТБО или мусоросжигательные установки. Песок, задерживаемый песколовками, в количестве 0,02 л/сут. на 1 чел. влажностью 60 % и плотностью 1,6 т/м3 направляют на песковые площадки или накопители. Плавающие примеси в количестве 2 л/сут. на 1 чел. влажностью 60 % и плотностью 0,6 т/м3 допускается обрабатывать совместно с осадком из первичных отстойников. Количество смеси осадка первичных отстойников и уплотненного избыточного активного ила городских станций аэрации при средней влажности 96,2 % может быть принято как 0,5-1 % объема очищаемых сточных вод, плотностью 1 т/м3.

На рисунке 1 представлена схема очистки сточных вод и обработки осадка станции аэрации г. Нижнего Новгорода, проектной производительностью 1200 тыс. м3 в сутки.

На Нижегородской станции аэрации осуществляется полная биологическая очистка сточных вод, которая включает в себя следующие основные этапы: механическая очистка (решетки, песколовки, первичные отстойники); биохимическая очистка (аэротенки, вторичные отстойники); доочистка (биопруды); обеззараживание (хлорирование) и обработка осадка.

Рисунок 1. – Принципиальная схема очистки сточных вод и обработки осадка Нижегородской станции аэрации

10

Осадки в зависимости от технологии переработки и свойств получаемых субстратов на очистных сооружениях делятся на «сырые» (после первичных отстойников) и избыточный ил (после вторичных отстойников). Кроме того, эти два вида осадков после последующей обработки могут быть классифицированы на осадки: после анаэробного сбраживания; после аэробного сбраживания; после обезвоживания на иловых картах или в цехах механического обезвоживания.

К первичным (сырым) осадкам относятся грубодисперсные примеси, которые находятся в твердой фазе и выделены из воды методами механической очистки (седиментация, фильтрация, флотация, осаждение в центробежном поле). Размер частиц этих примесей более 10-5 см. В бытовых сточных водах эти осадки представляют собой студенистую, вязкую суспензию с кисловатым запахом, не утратившую еще своей структуры. На Нижегородской станции аэрации к таким осадкам относятся осадки первичных отстойников, количество которых составляет 674 м3 в сутки, влажность ≈ 94%, зольность ≈ 41%.

Избыточный (приращенный) активный ил – ил, образованный в процессе функционирования аэротенков и выделенный во вторичных отстойниках после аэротенков. Представляет собой биоценоз микроорганизмов и простейших, обладает флокулирующими свойствами. Структура активного ила представляет хлопьевидную массу бурого цвета. По механическому составу активный ил относится к тонким суспензиям и состоит на 98 % по массе из частиц размерами меньше 1 мм. Органическая часть активного ила в основном состоит из веществ белкового происхождения (до 50%) при содержании жиров и углеводов соответственно до 20 и 8%.

На Нижегородской станции аэрации активный ил удаляется с помощью радиальных вторичных отстойников. Объем избыточного активного ила составляет около 2900 м3/сут., влажность ≈ 99,2%. Для снижения влажности