Обезвреживание и утилизация осадков сточных вод малых населенных пунктов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат технических наук Котов, Александр Владимирович

• Котов, Александр Владимирович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Котов, Александр Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД МАЛЫХ НАСЕЛЁННЫХ ПУНКТОВ.

1.1. Общая характеристика осадков хозяйственно-бытовых сточных вод.

1.2. Методы и схемы обработки и утилизации осадков сточных вод городских очистных сооружений.

V 1.2.1 Основные предпосылки для утилизации осадков сточных вод в сельском хозяйстве.

1.3. Особенности очистки сточных вод и обработки осадков малых населённых пунктов.

Выводы по главе.

ГЛАВА 2 ИЗУЧЕНИЕ СОСТАВА И СВОЙСТВ ОСАДКОВ МАЛЫХ

НАСЕЛЁННЫХ ПУНКТОВ.

2.1. Состав осадков. ф 2.2. Кислотная и щелочная емкость осадка.

2.3. Сорбционные свойства осадка.

2.4. Микробиологический состав осадка.

2.5. Токсикологические характеристики осадка.

Выводы по главе.

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЮ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД МАЛЫХ НАСЕЛЁННЫХ ПУНКТОВ.

3.1 Обеззараживание осадков.

3.1.1 Сущность процесса обеззараживания осадков аминокислотными композициями.

3.1.1.1 Характеристики обеззараживающего реагента.

3.2 Детоксикация осадков.

3.2.1 Сущность процесса детоксикации осадков аминокислотными композициями.

3.2.1.1 Характеристики детоксицирующего реагента.

3.3 Получение аминокислотных реагентов.

3.4 Изучение параметров обезвреживания осадков.

3.4.1 Выбор места ввода обеззараживающего реагента.

3.4.1.1. Обеззараживание осадка при его уплотнении или перед обезвоживанием.

3.4.2 Выбор места ввода детоксицирующего реагента.

3.4.2.1. Детоксицирование уплотненного осадка.

3.4.2.2 Детоксицирование осадка на иловой площадке.

3.4.3 Схема совместного обеззараживания и детоксикации осадка.

3.4.4 Определение рабочей дозы аминокислотных реагентов.

3.4.4.1 Определение дозы бактерицидного реагента.

3.4.4.2 Статистическая обработка результатов и планирование эксперимента с использованием ЭВМ

3.4.4.3 Определение дозы детоксицирующего реагента.

3.5. Влияние аминокислотных реагентов на изменение удельного сопротивления осадков фильтрованию.

3.5.1. Методы исследования.

3.5.2. Результаты исследования.

3.6. Исследования по компостированию осадков.

3.6.1. Компостирование обезвреженных осадков в штабелях.

3.6.1.1. Компостирование обезвреженных осадков (эксперимент 1).

3.6.1.2. Компостирование обезвреженных осадков с добавлением микробиологического препарата «Байкал-ЭМ1» (эксперимент 2).

3.6.2. Оценка полученных компостов методами биотестирования.

3.6.2.1. Описание опытов.

3.6.2.2. Результаты опытов.

3.6.3. Технология компостирования осадков сточных вод, обезвреженных реагентами на аминокислотной основе.

3.6.3.1. Этапы технологии.

3.7. Изучение влияния иловой воды, содержащей аминокислотные реагенты на биохимические процессы очистных сооружений.

3.8. Оптимизация технологии обезвреживания и утилизации осадков сточных вод малых населённых пунктов на основе параметризации и многоуровневой унификации оборудования.

3.8.1. Декомпозиция объекта на уровни унификации.

3.8.2 Оптимизация параметров установок на различных уровнях унификации.

Выводы по главе.

ГЛАВА 4 ПОРЯДОК ПРИМЕНЕНИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД В КАЧЕСТВЕ ПОЧВОУЛУЧШАЮЩЕЙ КОМПОЗИЦИИ.

4.1 Методика расчета накопления металлов при внесении осадков сточных вод в почву.

Выводы по главе.

ГЛАВА 5 ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1 Технико-экономическое сравнение инвестиционных проектов.

5.2 Расчет платы за размещение отходов.

5.3 Технологическая схема обработки осадков, принятая к строительству.

5.3.1 Условия образования сточных вод.

5.3.2 Описание технологического процесса.

5.3.3 Установка обеззараживания.

5.3.4 Иловые площадки.

5.4. Проект изменений и дополнений к нормативным документам.

5.4.1. Изменения и дополнения в ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 «Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений».

5.4.2. Изменения и дополнения в постановление правительства РФ № 461 от 16 июня 2000 г. «О правилах разработки и утверждения нормативов образования отходов и лимитов на их размещение».

5.4.3. Изменения и дополнения в «Типовой технологический регламент использования осадков городских сточных вод в качестве органического удобрения» (2000 г.).

5.4.4. Изменения и дополнения в приказ МГТР от 15 июня 2001 г. № 511 «Об утверждении Критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды».

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обезвреживание и утилизация осадков сточных вод малых населенных пунктов»

Актуальность работы

Большую часть поселений РФ составляют малые города и посёлки с численностью населения до 50 тысяч человек (88,4%) на очистных сооружениях которых образуется до 30% осадков, проблема обработки и утилизации которых стоит не менее остро, чем в крупных промышленно развитых городах.

Малые населённые пункты (МНП), находясь на большом удалении от крупных городов, как правило, имеют мало эффективные, морально и технически устаревшие системы очистки сточных вод (СВ) и обработки осадков. Осадки СВ, образующиеся на этих очистных сооружениях, по составу, характеру загрязнений и бактериальной обсеменённости значительно отличаются от осадков промышленных городов. Практически во всех МНП выпуск СВ осуществляется в малые реки либо на рельеф местности. Выделенные осадки сточных вод (ОСВ) III-IV класса опасности складируются в непосредственной близости от сельскохозяйственных угодий или в пойме водоёмов, не вывозятся и не утилизируются. Малые реки обладают низкой буферной ёмкостью, поэтому попадание в них даже небольшого количества необезвреженных СВ или ОСВ может привести к экологической катастрофе. Складирование выделенных ОСВ в непосредственной близости от сельхозугодий создаёт предпосылки для несанкционированного использования их в качестве удобрений, что может привести в конечном итоге к заражению и отчуждению пахотных почв. Вместе с тем использование ОСВ, обработанных, обезвреженных в соответствии с современными природоохранными и техническими требованиями, помогает решить ряд вопросов, связанных с увеличением плодородия почв, снижением площади полигонов, занятых под ОСВ, без негативных последствий для человека и окружающей его природной среды.

Таким образом, создание комплексной научно обоснованной технологии обезвреживания осадков МНП, которая позволяет решить проблемы обезвреживания осадков и утилизации их в сельском хозяйстве, сократить площадь иловых карт, снизить экологическую нагрузку на окружающую среду, является одной из актуальнейших проблем современности.

На кафедре «Экологии и природопользования» ННГАСУ разработана технология, позволяющая проводить обезвреживание осадков сточных вод крупных населённых пунктов аминокислотными реагентами по различным схемам, включающим: только обеззараживание, только детоксикацию, а также совместное обеззараживание и детоксикацию.

Однако, учитывая, что характер, состав ОСВ МНП значительно отличается от ОСВ крупных промышленных городов, разработанные технологии не обеспечивают требуемого эффекта обезвреживания осадков. В связи с этим необходимы дальнейшие исследования с целью разработки эффективных технологий обезвреживания и утилизации ОСВ МНП.

Научно-исследовательские работы проводились в рамках подпрограммы "Возрождение Волги" ФЦП "Экология и природные ресурсы России (20022010 годы)" по базовому проекту ВВ-9 "Разработка новых технологий и средств защиты водных объектов и населения от антропогенного воздействия предприятий и производственных систем и оценка экологического риска производств, разработка технологий переработки и утилизации экологически вредных промышленных отходов, сокращения удельного водопотребления и водоотведения", утвержденному Постановлением Правительства Российской Федерации от 07 декабря 2001 г. № 860.

Основанием для проведения работ являются итоги конкурса на размещение заказов на поставку научно-технической продукции (работ и услуг) для государственных нужд за счет выделенных МПР России средств федерального бюджета на НИОКР в области водохозяйственной деятельности (Протокол № 4 заседания конкурсной подкомиссии по НИОКР в области водохозяйственной деятельности МПР России от 06.09.2002 г., приказ МПР России от 14.10.2002 г. № 650).

Автор выражает искреннюю благодарность за научную, практическую и консультативную помощь проф. В.В.Найденко, А.Я.Фридману,

Е.В.Шемякиной, р.И.Хакимову!, [В.Н.Новосельцеву|, Б.К.Нефедову, к.т.н

В.С.Полякову, С.М.Севастьянову, инженеру А.Е.Антонову и другим.

Цель и задачи исследований

Целью диссертационной работы является разработка комплексной высокоэффективной технологии обезвреживания (антибактериальной обработки, дегельминтизации, детоксикации) и утилизации осадков сточных вод МНП путем их обработки аминокислотными композициями, получаемыми из белоксодержащих отходов выделки меха и кожи, мясо-, птице-, рыбопереработки, канализационных очистных сооружений (активного ила и сырых осадков первичных отстойников).

Основные задачи

- анализ существующей нормативной документации в области обращения с ОСВ;

- анализ и систематизация теоретических, экспериментальных и производственных данных по обработке и утилизации ОСВ малых населённых пунктов;

- изучение особенностей формирования, состава и свойств ОСВ, образующихся на очистных сооружениях МНП;

- обоснование возможности и целесообразности обезвреживания ОСВ реагентами на аминокислотной основе;

- изучение параметров процесса обеззараживания и детоксикации ОСВ МНП аминокислотными реагентами;

- исследование санитарно-гигиенических, токсикологических и агрохимических свойств ОСВ, обезвреженных аминокислотными реагентами, и компостов, приготовленных из обезвреженных осадков;

- разработка технологии получения аминокислотных реагентов из ОСВ;

- выполнение проекта установки по обработке осадков малого населенного пункта (на примере г. Сергача). -8

Научная новизна работы

- теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность и целесообразность решения важной эколого-экономической проблемы — утилизации экологически опасных осадков сточных вод МНП путем их переработки в почвоулучшающую композицию с использованием аминокислотных реагентов, получаемых из осадков сточных вод;

• - разработана принципиально новая экологически безопасная комплексная технология обезвреживания и утилизации осадков сточных вод МНП аминокислотными композициями, обеспечивающая возможность использования обработанных осадков в качестве почвоулучшающей органоминеральной композиции;

- изучены параметры процессов детоксикации, обеззараживания и дегельминтизации ОСВ малых населённых пунктов;

- осуществлено многофакторное планирование эксперимента по обеззараживанию ОСВ, получена математическая модель процесса;

- разработана методика дозирования аминокислотных реагентов в осадок с целью его обезвреживания;

- разработана технология получения аминокислотных реагентов из ОСВ;

- разработаны обобщенные рекомендации по обезвреживанию различных видов осадков МНП;

- изучены санитарно-гигиенические, токсикологические и агрохимические свойства ОСВ, обезвреженных аминокислотными реагентами, и m компостов, приготовленных из обезвреженных осадков;

- проведена декомпозиция систем очистки СВ с построением параметрического ряда установок обеззараживания осадков;

- разработан проект изменений и дополнений к нормативным документам в сфере обращения с ОСВ;

- по материалам диссертационной работы подготовлена заявка на получение патента на способ обезвреживания ОСВ.

Практическое значение работы

В результате исследований установлена целесообразность обезвреживания образующихся ОСВ реагентами на аминокислотной основе. Разработанная технология позволяет отказаться от дорогостоящих, сложных в эксплуатации термических методов обработки осадков, а также от сбраживания ОСВ в метантенках. Разработанная технология может быть использована проектными организациями при проектировании и реконструкции любых очистных сооружений МНП.

Вовлечение обработанного осадка в сельское хозяйство позволит сохранить плодородие земель, повысить урожайность сельхозкультур, увеличить масштабы производства и вместе с тем обеспечит возможность вывода из нерациональной эксплуатации больших площадей, занимаемых иловыми площадками.

Разработан и внедрён проект установки обезвреживания ОСВ г.Сергача реагентами на аминокислотной основе.

Разработан проект изменений и дополнений к ряду нормативных документов в области обращения с ОСВ.

Реализация результатов исследований *

Результаты диссертационной работы использованы при разработке проектов установок для обезвреживания ОСВ станции биологической очистки сточных вод г. Нижнего Новгорода, г. Сергача и переданы для практического использования в Министерство образования и науки РФ, Министерство природных ресурсов РФ, ОАО «Нижегородский Сантехпроект», МП «Нижегородский Водоканал», СЭС Нижегородской обл. и Горзеленхоз г.Н.Новгорода, Администрацию Сергачского района Нижегородской области.

Апробация работы

Результаты работы были доложены и получили положительную оценку: на Всероссийской научно-практической конференции «Комплексное использование водных ресурсов регионов», г.Пенза, 2002; на научнотехнической конференции профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и студентов "Архитектура и строительство" в Ш1ГАСУ в 2003 г.; на Международном форуме «Великие реки», г. Н.Новгород, 2003-2005гг.

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по обезвреживанию и утилизации ОСВ малых населённых пунктов;

- методика обезвреживания осадков МНП реагентами на аминокислотной основе;

- технология производства органоминеральной почвоулучшающей композиции на основе осадков сточных вод МНП;

- технология получения аминокислотных реагентов из ОСВ;

- типоразмерный ряд установок обезвреживания осадков;

- результаты исследований основных санитарно-токсикологических и агрохимических свойств ОСВ малых населённых пунктов до и после обезвреживания, а также компостов на их основе;

- графо-аналитические зависимости, описывающие процессы обезвреживания ОСВ.

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 14 печатных работ, в том числе 10 статей, 4 материала в виде тезисов докладов, отчет о научно-исследовательской работе, учебное пособие. Подана заявка на получение патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа имеет общий объем 171 страницу машинописного текста, содержит 26 таблиц, 28 рисунков, библиографический список из 150 наименований и 6 приложений.

Заключение диссертации по теме «Геоэкология», Котов, Александр Владимирович

Выводы:

1. На ГОС МНП образуется более 30 % всех осадков бытовых сточных вод РФ. Они являются отходом III-IV класса опасности и представляют реальную угрозу для здоровья человека и животных, а также состояния окружающей среды. ОСВ МНП, несмотря на близость по составу к осадкам сточных вод крупных промышленных центров, значительно отличаются от них: большей бактериальной обсеменённостью (в 1,2-1,5 раза); небольшим объёмом; ОСВ МНП менее токсичны, а также содержат больше питательных веществ и белка (на 10-20%). Поэтому наиболее перспективным методом утилизации является их использование в качестве органоминеральной почвоулучшающей композиции в сельском хозяйстве.

2. Перед утилизацией осадки нуждаются главным образом в обеззараживании. Обеззараживание осадков рекомендуется проводить гидроксоаминокислотными комплексами меди. Доза одномолярного реагента, обеспечивающая дезактивацию патогенной микрофлоры и яиц гельминтов, составляет 0,3-0,5 л/м3 осадка влажностью порядка 98% при рН>6,8. Продолжительность контакта реагента с осадком составляет 2025 мин. для антибактериальной обработки и 35-40 мин. для дегельминтизации.

3. Детоксикацию тяжелых металлов в ОСВ рекомендуется проводить одномолярным раствором натриевых солей аминокислот. Доза реагента определяется в зависимости от содержания ионов металлов, в пересчете на сухое вещество осадка. Продолжительность контакта детоксиканта и ионов металлов составляет 10-15 мин. и зависит от свойств осадка.

4. Получение аминокислотных реагентов рекомендуется производить из илов аэротенков непосредственно на площадке ОС.

5. Выявлено влияние бактерицидного реагента на снижение удельного сопротивления осадков фильтрованию. Эксперименты показали, что внесение бактерицидного реагента снижает удельное сопротивление осадков фильтрованию на 35-45% для активного ила, на 25-35% для сырого осадка.

6. Для улучшения свойств осадков их предлагается компостировать. Определены основные параметры компостов из обезвреженных осадков СВ МНП. Изучены санитарно-гигиенические характеристики компостов, разработана технология компостирования.

7. Установлено, что аминокислотные реагенты, содержащиеся в иловой воде, подаваемой в начало очистных сооружений, не оказывают негативного влияния на биохимические процессы очистных сооружений даже при соотношении расходов реагента и очищаемой воды 1:100.

8. Оптимизация технологии обезвреживания и утилизации осадков сточных вод малых населённых пунктов на основе параметризации и многоуровневой унификации оборудования позволила определить типоразмерные ряды установок обезвреживания осадков - R5(0,4. 160) и R5/3 (0,4. 100). Установлено, что наибольший спрос будет наблюдаться на установки производительностью 0,4; 1,6; 6,3 л/час.

9. Разработана комплексная технология обезвреживания осадков сточных вод г. Сергача аминокислотными композициями, позволяющая использовать обезвреженные осадки в качестве почвоулучшающей композиции в сельском хозяйстве и сократить затраты на строительство иловых площадок в 7,5 раза.

10. Разработан и передан в МПР РФ проект изменений и дополнений к ряду нормативных документов в сфере обращения с ОСВ.

- 162

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Котов, Александр Владимирович, 2005 год

1. Аветисян, П. К. Обработка и утилизация осадков сточных вод на крупных станциях аэрации / П. К. Аветисян, Ф. Г. Адам // Водоснабжение и санитар, техника. 1992. - № 7. - С. 29-30.

2. Аграноник, Р. Я. Проблемы обработки и утилизации осадков сточных вод / Р. Я. Аграноник // Водоснабжение и санитар, техника. 1995. - № 1. - С. 2-3.

3. Алексеев, Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях / Ю. В. Алексеев. JI. : Агропромиздат, 1987.

4. Ахназарова, JI. С. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии / JI. С. Ахназарова, В. В. Кафаров. М.: Высш. шк., 1978. - 319 с.

5. Баскина, II. М. Утилизация осадка городских сточных вод в качестве удобрения / Н. М. Баскина, М. Ф. Кузнецов // Человек и окружающая среда : тез. докл. науч.-практ. конф. Ижевск, 1989. - С. 55-56.

6. Бендек, П. Проблемы утилизации осадков сточных вод, содержащих тяжелые металлы. Исслед. методов интенсификации и повышения эффективности очистки и доочистки сточ. вод / П. Бендек, Ф. Папп. М.: Мир, 1979. - 345 с.

7. Благовещенская, 3. К. Утилизация осадка городских сточных вод / 3. К. Благовещенская, Н. К. Грачева, JI. С. Могиндович // Химизация сел. хоз-ва. -1989.-№ 10.-С. 73-76.

8. Бондарь, А. Г. Планирование эксперимента в химической технологии / А. Г. Бондарь, Г. А. Статюха. Киев : Вища шк., 1976. - 184 с.

9. Брезкунова, В. С. К вопросу утилизации осадка сточных вод / В. С. Брезкунова, В. С. Горбачев // Гигиенические аспекты в проблемах окружающей среды. М., 1987.-С. 85-88.

10. Васильев, В. А. Справочник по органическим удобрениям / В. А. Васильев, II. В. Филиппова М.: Росагропромиздат, 1988. - 255 с.

11. И. Возная, И. Ф. Химия воды и микробиология / Н. Ф. Возная. М. : Высш. шк., 1979.-340 с.

12. Воюцкий, С. С. Курс коллоидной химии / С. С. Воюцкий. Изд. 2-е. - М. : Химия, 1975.-512 с.

13. Гаврилов, М. И. Исследование и разработка технологических решений по тепловому кондиционированию органических осадков сточных вод / М. И. Гаврилов // Материалы симпозиума по обработке ОСВ. М., 1979. - С. 46-57.

14. Ганин, А. В. Технологические схемы обработки осадков станций аэрации / А. В. Ганин // Водоснабжение и санитар, техника. 1996. - № 1. - С. 22-24.

15. Голиньска, М. Тепловое кондиционирование активных илов / М. Голиньска, А. Олешик // Материалы симпозиума по обработке ОСВ. М., 1979. - С. 58-70.

16. Гольдфарб, JI. Я. Опыт утилизации осадков городских сточных вод в качестве удобрения / Л. Я. Гольдфарб, И. С. Туровский, С. Д. Беляева. М. : Стройиздат, 1986.-58 с.17.