Совершенствование технологии детоксикации активного ила с целью его безопасной утилизации в агросистемах. Монография

Оглавление

3.2.Результаты исследований десорбции тяжелых металлов из активного ила водно-воздушной растительностью

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

4.Исследования регенерации активного ила со сверхнормативной концентрацией тяжелых металлов

5.2.Расчет основных параметров очистных сооружений технологической линии по обработке активного ила

4

Введение

Одним из важнейших аспектов глобального экологического кризиса является стремительное накопление в окружающей среде отходов хозяйственной деятельности человека. По мнению многих экологов, именно отходы и загрязнение окружающей среды представляют главную угрозу современной цивилизации. Сегодня, в расчете на одного жителя Земли, из ее недр ежегодно извлекается и перемещается 50 т сырого вещества и только 2 т из них превращается в конечный продукт. Проведя эту гигантскую работу, человечество получает в итоге на душу населения почти столько же (48 т) отходов, из которых 0,1–0,5 т опасные. В число этой группы входят отходы, содержащие тяжелые металлы, а также соединения из группы ароматических хлорированных углеводородов (диоксины, бифенилы, фурганы и пр.). Передаваясь по трофической цепочке, они способны накапливаться в ее верхних звеньях, включая человека, в концентрациях, превосходящих исходную в тысячи раз.

Один из важнейших компонентов окружающей среды — почва — наиболее остро ощущает негативное влияние отходов, содержащих токсичные вещества. На ее поверхности размещают свалки бытового мусора, накопители жидких и твердых отходов, содержащих в большинстве случаев токсичные вещества. Особое место среди жидких токсичных отходов занимают илы, загрязненные тяжелыми металлами, являющиеся отходами биохимического процесса очистки сточных вод. Их объем составляет 6–10 % от объема очищаемой сточной воды [1].

По данным РосНИИВХ, годовой объем сточных вод, прошедших биохимическую очистку, в среднем составляет около 1230 млн м3. При этом объем образующегося ила влажностью 98 % составляет

5

М. В. КИРИЛЛОВ. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЕТОКСИКАЦИИ АКТИВНОГО ИЛА С ЦЕЛЬЮ ЕГО БЕЗОПАСНОЙ УТИЛИЗАЦИИ В АГРОСИСТЕМАХ

около 123 млн м3 [2]. Учитывая, что илы, образующиеся практически во всех крупных и средних городах, загрязнены тяжелыми металлами, проблема утилизации отходов в таких количествах по экобезопасной технологии приобретает первостепенное значение. Решение данной проблемы возможно на основе процесса рециклирования, при использовании илов в качестве органоминерального удобрения в сельском хозяйстве [3–11].

Анализ обзорных материалов по данной проблеме показал, что из общего количества избыточных активных илов в России как удобрение используется 1–6 %, перерабатывается не более 3 %, основная масса ила хранится в илонакопителях или на свалках промотходов [1, 2]. За рубежом в качестве удобрения используется в среднем 32,4 % осадка сточных вод. Так, в Люксембурге их используется 90 %, в Германии — 30 %, а в Бельгии — 10 % [12–14]. Считается, что применение избыточного активного ила в качестве органоминерального удобрения является одним из наиболее экономически выгодных путей его утилизации. Это обуславливается тем, что в нем содержатся физиологически сбалансированное количество микроэлементов и основных биогенных элементов, необходимых для развития растений.

При использовании активных илов в качестве удобрения в почве увеличивается содержание органического вещества и биогенных элементов. Как правило, снижается кислотность почвы. Под действием осадка увеличивается влагоемкость и оструктуренность почв, что особенно ценно для почв легкого механического состава, пылеватых и песчаных, снижается эрозия, улучшаются тепловые и водновоздушные характеристики почвы, повышается активность и численность микроорганизмов.

Использование активного ила в качестве удобрения довольно существенно повышает урожайность сельскохозяйственных культур: картофеля на 50–100 ц/га (22–66 %) и более, озимых пшеницы и ржи на 6–144 ц/га (14–46 %), кукурузы и подсолнечника на силос на 73–113 ц/га (13–39 %) [15–16].

6

ВВЕДЕНИЕ

Однако широкое использование активных илов с городских станций аэраций крупных промышленных центров сдерживается из-за присутствия в них ионов тяжелых металлов [17]. Последние сорбируются активным илом в аэротенках в процессе очистки городских сточных вод, представляющих смесь хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод. Использование такого ила в качестве органического удобрения представляет опасность для выращиваемых на сельхозугодиях растений.

Существующие нормативы для ила городских очистных сооружений, использующих биохимический метод очистки, регламентируют содержание в нем тяжелых металлов и элементов, определяющих его удобрительные свойства. Избыток тяжелых металлов не позволяет использовать ил в качестве удобрений. Учитывая огромный объем образующегося избыточного активного ила на станциях аэрации и отсутствие альтернативы его использованию, кроме как на сельскохозяйственных угодьях в качестве удобрения, проблема его кондиционирования и детоксикации является актуальной и требует своего решения.

7

1. Активные илы сточных вод станций аэраций и основные технологии их утилизации

1.1. Активные илы и окружающая среда

Очистка городских и производственных сточных вод, в какой бы степени она ни проводилась, связана с выделением осадков. К осадкам относятся все примеси (нерастворенные и растворенные), задержанные первичными и вторичными отстойниками, а также другими специальными сооружениями после механической, биологической

ифизико-химической очистки [8, 11].

Кнерастворенным примесям относятся главным образом взвешенные вещества с размерами частиц от долей миллиметра до 0,1 мкм и коллоидные с размерами частиц от 0,1 до 0,001 мкм. Соотношение растворенных и нерастворенных примесей в различных по составу сточных водах неодинаковое. Так, в бытовых стоках это соотношение примерно равное (при этом взвешенных веществ 36–40 %, коллоидных 10–14 %), а, например, в стоках гидролизных заводов — нерастворенных 20 % (в том числе коллоидных 10 %)

ирастворенных 80 % [4].

Взвешенные вещества составляют основную массу осадков, задерживаемых отстойниками. В зависимости от размеров частиц, их удельного веса и условий осаждения, эти вещества оседают на дне сооружения или всплывают на поверхность воды, остальные остаются в воде во взвешенном состоянии. Таким образом, оседающие примеси составляют лишь часть взвешенных веществ.

В составе нерастворенных примесей бытовых стоков органические вещества обычно составляют 70–80 %, а минеральные — 20–30 %. В производственных стоках состав загрязняющих приме-

8

1. АКТИВНЫЕ ИЛЫ СТОЧНЫХ ВОД СТАНЦИЙ АЭРАЦИЙ И ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИХ УТИЛИЗАЦИИ

сей весьма разнообразный. Он зависит от вида производства, сырьевых компонентов, участвующих в технологическом процессе, удельного расхода воды, метода очистки и других условий.

В зависимости от методов очистки, а также от фазово-дисперсно- го состояния примесей, различают осадки первичные и вторичные.

Кпервичным осадкам относятся грубодисперсные примеси I группы, которые находятся в твердой фазе и выделены из воды методами механической очистки (седиментации, фильтрации, флотации, осаждения в центробежном поле). Размеры частиц примесей более 10–5 см.

Квторичным осадкам относятся примеси II, III и IV группы, находящиеся в воде в виде коллоидов, молекул, ионов, которые могут быть переведены в твердую фазу и удалены из сточной воды лишь

врезультате биологической и физико-химической очистки. Размер частиц этих примесей 10–5–10–7 см.

Вторичные осадки разделяются на примеси коллоидной и молекулярной дисперсности II и III группы, выделенные из сточной воды

втвердую фазу в результате биологической очистки, — активный ил, биопленка (размеры частиц этих примесей 10–5–10–6 см) и на примеси молекулярной и ионной дисперсности III и IV группы, выделенные из воды в твердую фазу в результате физико-химической очистки, — шламы (размеры частиц этих примесей 10–6–10–7см).

Общая классификация приведена в табл. 1.1 [8].

Таким образом, к основным видам осадков сточных вод относятся первичные осадки, активный ил (куда условно можно отнести и биопленку) и шламы.

Наряду с классификацией осадков сточных вод в зависимости от методов очистки уместно привести и уточнить классификацию осадков в зависимости от способов их обработки:

1) осадки сырые, выделенные из сточной воды и не подвергнутые дополнительной обработке;

2) осадки после стабилизации, прошедшие обработку в анаэробных перегнивателях или в аэробных стабилизаторах;

9

М. В. КИРИЛЛОВ. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЕТОКСИКАЦИИ АКТИВНОГО ИЛА С ЦЕЛЬЮ ЕГО БЕЗОПАСНОЙ УТИЛИЗАЦИИ В АГРОСИСТЕМАХ

3)осадки уплотненные, подвергнутые сгущению до предела текучести (до влажности 90–85 %);

4)осадки обезвоженные, подвергнутые сгущению в естественных или искусственных условиях (до влажности 60–40 %);

5)осадки сухие, подвергнутые термической сушке (до влажности 5–20 %).

Таблица 1.1

Классификация осадков сточных вод

10