Термическая переработка иловых осадков сточных вод целлюлозно-бумажного комбината тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Буренков Сергей Владимирович

• Буренков Сергей Владимирович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Буренков Сергей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ В ОБЛАСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ИЛОВЫХ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНЫХ КОМБИНАТОВ

1.1 Технология образования иловых осадков сточных вод

1.2 Мировые проблемы утилизации иловых осадков сточных вод

1.3 Методы переработки иловых осадков сточных вод

1.4 Теоретические основы процесса термохимической переработки

1.4.1 Теоретические основы процесса пиролиза иловых осадков сточных вод ЦБК

1.4.2 Быстрый пиролиз

1.4.3 Промежуточный пиролиз

1.4.4 Медленный пиролиз

1.4.5 Гидропиролиз

1. 5 Аппаратурное оформление процесса сушки иловых осадков сточных вод

1.6 Аппаратурное оформление процесса пиролиза иловых осадков сточных вод

1.7 Типы пиролизных установок, применяемых на биомассе

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ, ПРОЦЕССА СУШКИ И ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ИЛОВЫХ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД ЦБК

2.1 Исследование физико-химических свойств иловых осадков сточных вод ЦБК

2.2 Исследование кинетики сушки иловых осадков сточных вод ЦБК

2.3 Исследование кинетики термического разложения иловых осадков сточных вод ЦБК

2.4 Экспериментальные стенды для исследования процесса термического разложения иловых осадков в жидкое топливо и сырьё для химической промышленности

2.4.1 Экспериментальный стенд для исследования процесса термического разложения иловых осадков

2.4.2 Исследование термического разложения иловых осадков при кондуктивном подводе тепла

2.4.3 Экспериментальные исследования процесса сушки иловых осадков

2.5 Исследование твердых продуктов пиролиза иловых осадков ЦБК

2.6 Исследование свойств жидких продуктов пиролиза иловых осадков ЦБК

2.7 Исследование химического состава газообразных продуктов термического разложения иловых осадков сточных вод ЦБК

2.8 Исследование процесса термического разложения коммунальных иловых

осадков

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКГО РАЗЛОЖЕНИЯ ИЛОВЫХ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

ЦБК

3.1 Описание физико-химической картины термической переработки иловых

осадков методом пиролиза

3.2 Формализация процессов, протекающих при термическом разложения илового осадка ЦБК

3.3 Математическая модель термического разложения илового осадка ЦБК

3.4 Материальный и тепловой баланс при термической переработке иловых осадков ЦБК методом пиролиза

3.5 Результаты математического моделирования материального баланса разложения иловых осадков сточных вод ЦБК

3.6 Результаты математического моделирования теплового баланса

переработки иловых осадков сточных вод ЦБК

ГЛАВА 4. ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ПЕРЕРАБОТКИ ИЛОВЫХ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОГО КОМБИНАТА

4.1 Сушка иловых осадков сточных вод ЦБК на опытно-промышленном оборудовании

4.2 Промышленная установка быстрого пиролиза

4.3 Результаты промышленной реализации

4.4 Анализ промышленных выбросов комплекса FPP02

4.5 Технико-экономический анализ процесса термической переработки

иловых осадков сточных вод ЦБК на промышленном оборудовании

4.6 Направления применения продуктов пиролиза иловых осадков сточных

вод ЦБК

4.6.1 Применение жидких продуктов пиролиза иловых осадков ЦБК в качестве компонента дизельного топлива

4.6.2 Применение твердых продуктов пиролиза иловых осадков ЦБК в

качестве почвоулучшающей добавки

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Результаты элементного анализа минеральной части иловых

осадков сточных вод ЦБК

Приложение 2. Результаты ИК-спектроскопии иловых осадков ЦБК

Приложение 3. Результаты термического анализа исходного илового осадка

ЦБК

Приложение 4. Результаты термического анализа иловых осадков ЦБК при

скорости нагрева 5, 10, 15 К/мин

Приложение 5. Результаты анализа ГХ-МС верхней фазы жидких продуктов

пиролиза иловых осадков сточных вод ЦБК

Приложение 6. Результаты анализа ГХ-МС нижней фазы жидких продуктов

пиролиза иловых осадков сточных вод ЦБК

Приложение 7. Результаты анализа ГХ-МС газообразных продуктов

пиролиза иловых осадков сточных вод ЦБК

Приложение 8. Протокол газовых выбросов производственного комплекса

FPP02

Приложение 9. Протокол определения класса опасности твердых продуктов

пиролиза иловых осадков сточных вод ЦБК

Приложение 10. Акт внедрения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Термическая переработка иловых осадков сточных вод целлюлозно-бумажного комбината»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Целлюлозно-бумажная промышленность относится к наиболее проблемной отрасли народного хозяйства в плане экологии. Одной из её наиболее значимых экологических проблем является образование большого количества сточных вод. Вода применяется на большинстве стадий технологического процесса целлюлозно-бумажного производства. На производство одной тонны продукции расходуется до 90 м воды. Например, с Братского целлюлозно-бумажного комбината (ЦБК) ежегодно вывозятся для депонирования на иловых полях до 100 тыс. тонн иловых осадков. Они занимают площадь около 140 гектар. Утилизация осадков сточных вод, в частности осадка ЦБК, вызывает серьезную обеспокоенность по нескольким причинам. Во-первых, происходит постоянное увеличение объёмов данных отходов. Во-вторых, большинство загрязняющих веществ (тяжелых металлов и др.), удаляемых в процессе дезактивации, вновь появляется в осадке сточных вод и, следовательно, становятся более концентрированными. Работать с данным отходом очень сложно, и любое его применение в том или ином виде приводит к побочному загрязнению. Соответственно, традиционные методы утилизации, такие, как захоронение, применение в сельском хозяйстве в качестве удобрения и сжигание не полностью устраняют риск загрязнения. Несмотря на законодательные ограничения, интенсивное использование осадков сточных вод в сельском хозяйстве приводит к увеличению концентрации тяжелых металлов в почвах. Утилизация путем захоронения на иловых картах требует много места, и почва должна быть изолирована, чтобы предотвратить вымывание вредных соединений. Наконец, попытки сжигания иловых осадков на корьевых котлах показали его неэффективность из-за невысокой степени возможного добавления осадка к коро-древесным отходам.

В связи с проблемами применения традиционных методов используются альтернативные технологии, базирующиеся на термохимических методах переработки (жидкофазное окисление, газификация, пиролиз). При

аналитическом обзоре было определено, что у данных методов существуют свои недостатки. Недостатком технологии жидкофазного окисления является применение высокого давления и невозможность достижения полного окисления осадка. Использование метода газификации позволяет получить из иловых осадков тепловую и электрическую энергию, однако при этом осуществляется эмиссия в атмосферу оксидов серы и оксидов азота.

Процесс пиролиза осадка сточных вод был определен как один из наиболее перспективных термохимических методов. В процессе пиролиза существенно уменьшается объём твердого остатка. Тяжелые металлы, содержащиеся в нём, за счёт углеродистой матрицы устойчивы к естественному выщелачиванию. Также в результате образуются продукты (жидкость и газ) с высокой энергетической ценностью, которые могут быть использованы в качестве потенциального топлива. Также существенным плюсом технологии пиролиза является то, что данный процесс - низкотемпературный, а это снижает количество загрязняющих веществ, выделяемых в атмосферу.

Однако существует ряд проблем, связанных с применением методов термохимической конверсии иловых осадков. Методы недостаточно развиты как на исследовательском, так и на промышленном уровне. Соответственно, исследование и разработка аппаратурного оформления процесса термохимической конверсии илового осадка сточных вод ЦБК является актуальной задачей.

Степень разработанности темы. Вопросом термохимической переработки иловых осадков сточных вод занимаются учёные Института катализа им. Г.К. Борескова во главе с профессором В.А. Яковлевым, также в данном направлении ведётся работа учёными Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова во главе с профессором Н.И. Богдановичем, однако все эти исследования не позволяют в полной мере оценить эффективность низкотемпературного пиролиза иловых осадков сточных вод целлюлозно-бумажных комбинатов.

Цели и задачи исследования. Цель работы состоит в исследовании

совокупности процессов переработки иловых осадков сточных вод термохимическим методом. В связи с этим были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать физико-химические свойства иловых осадков сточных вод

ЦБК;

2. Идентифицировать физико-химическую картину совокупности процессов сушки и термического разложения иловых осадков сточных вод.

3. Разработать математическую модель процесса термического разложения иловых осадков сточных вод;

4. Провести исследования процесса термического разложения иловых осадков сточных вод ЦБК;

5. Определить области применения продуктов пиролиза иловых осадков сточных вод ЦБК;

6. Разработать схему аппаратурного оформления процесса термохимической переработки иловых осадков сточных вод и их сушки;

7. Разработать требования и рекомендации для запуска промышленного оборудования по переработке иловых осадков сточных вод ЦБК.

Научная новизна.

1. Идентифицированы термокинетические характеристики пиролиза иловых осадков сточных вод ЦБК; установлено, что энергия активации в уравнении формальной химической кинетики составляет 126,6 кДж/моль, порядок реакции 6,3.

2. Разработана математическая модель процесса пиролиза иловых осадков сточных вод ЦБК.

3. Определен материальный баланс процесса пиролиза иловых осадков сточных вод ЦБК: выход угля 30 - 40 %, выход газа 15 - 20 %, выход жидкости 40 - 55 % в зависимости от скорости нагрева.

4. Охарактеризованы физико-химические свойства продуктов пиролиза иловых осадков сточных вод, установлен фракционный состав жидких продуктов пиролиза иловых осадков (бензиновая фракция - 21 %, дизельная фракция -56 %).

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты исследования сушки и термического разложения иловых осадков сточных вод ЦБК и математическое описание данного процесса позволяют определить скорость термического разложения в зависимости от режимных параметров процесса.

В ходе проделанной работы был разработан экспериментальный стенд для сушки иловых осадков сточных вод ЦБК. Определены характеристики процесса сушки иловых осадков сточных вод. Разработана схема переработки иловых осадков сточных вод (включающая сушку и термическое разложение), получен патент на установку и способ термического разложения органических отходов.

Методология и методы исследования. В работе использованы физико-химические методы анализа, в том числе рентгенофлуоресцентная спектроскопия, инфракрасная спектроскопия, совмещенная термогравиметрия,

дифференциальная термогравиметрия, дифференциально сканирующая калориметрия, газовая хромато-масс-спектрометрия. Статистическая обработка экспериментальных данных проводилась с использованием программ «Microsoft Excel» и «Mathcad».

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты расчета материального и теплового баланса сушки и термического разложения иловых осадков сточных вод ЦБК;

2. Зависимость выхода продуктов термического разложения иловых осадков сточных вод ЦБК от скорости нагрева;

3. Математическая модель термического разложения иловых осадков сточных вод ЦБК;

4. Результаты математического и физического моделирования процесса термического разложения иловых осадков сточных вод;

5. Схема промышленной установки термического разложения иловых осадков сточных вод ЦБК.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих международных конференциях: VII международная

конференция «Физикохимия растительных полимеров» (г. Архангельск, 2017); EUBCE 2019 - 27-я Европейская конференция и выставка по биомассе (Лиссабон, 2019); 5-я международная конференция «Катализ для возобновляемых ресурсов: топливо, энергия, химические продукты» CRS-5 (Крит, Греция, 2020).

Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано 14 печатных работ, из них 2 статьи, входящие в перечень научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, 2 статьи в журналах, рецензируемых наукометрической базой данных Scopus и Web of Science, 7 работ - в других изданиях и материалах конференций, а также 3 патента на изобретение.

Личное участие автора заключается в разработке основных идей диссертации, в постановке и решении задач теоретического, экспериментального и прикладного характера. При непосредственном участии автора были проведены исследования термического разложения иловых осадков сточных вод ЦБК, разработан экспериментальный стенд сушки иловых осадков сточных вод ЦБК. Разработана промышленная установка термической переработки иловых осадков.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Результаты исследований, выносимые на защиту, относятся к следующему пункту паспорта специальности 4.3.4 Технологии, машины и оборудование для лесного хозяйства и переработки древесины: п. 4 Технология и продукция в производствах: лесохозяйственном, лесозаготовительном, лесопильном, деревообрабатывающем, целлюлозно-бумажном, лесохимическом и сопутствующих им производствах.

Достоверность результатов исследований подтверждается их воспроизводимостью и корреляцией экспериментальных данных, полученных с применением независимых взаимодополняющих методов, а также их согласованностью с известными ранее опубликованными данными.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Диссертационная работа изложена на 172 страницах машинописного текста и

включает 75 рисунков, 22 таблицы и 10 приложений. Библиографический список включает 109 наименований цитируемых работ российских и зарубежных авторов.

Благодарности. Автор выражает благодарность и признательность научному консультанту к.т.н., доценту Макарову А.А.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ В ОБЛАСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ИЛОВЫХ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНЫХ КОМБИНАТОВ

1.1 Технология образования иловых осадков сточных вод

Технология образования иловых осадков сточных вод на ЦБК мало отличается от технологии на муниципальных предприятиях. Сточные воды проходят серию этапов очистки, в которых используются физические, биологические и химические процессы для удаления питательных веществ, твердых веществ, расщепления органических материалов и уничтожения патогенных микроорганизмов (болезнетворных организмов) в воде [29]. На рисунке 1. 1 представлена схема биологической очистки сточных вод на Братском целлюлозно-бумажном комбинате (ЦБК).

Рисунок 1.1 - Схема очистки сточных вод Братского ЦБК

Предварительная обработка неочищенных сточных вод включает в себя удаление крупных предметов, таких как палки, бутылки, бумага и тряпки, и стадию удаления песка, во время которой неорганические твердые вещества (песок, шлаки) быстро оседают. Удаленные при фильтрации и на песколовках отходы обычно вывозятся на свалку и не становятся частью осадка сточных вод.

Первичная обработка включает процессы гравитационного осаждения и флотации, которые удаляют приблизительно половину твердого материала, который поступает на эту стадию. Твердый материал (как органический, так и неорганический), который осаждается на этой стадии обработки, извлекается снизу и представляет собой первичный ил. На большинстве очистных сооружений плавающий материал (масло, жир, древесина и растительные вещества), который удаляется с поверхности воды во время первичной обработки, утилизируется отдельно и не становится частью первичного ила.

Вторичная обработка - это тщательно контролируемый и ускоренный биологический процесс, в котором встречающиеся в природе микроорганизмы используются для разложения (разрушения или расщепления) взвешенных и растворенных органических веществ в сточных водах. Этот материал превращается в углекислый газ, который выделяется в атмосферу, и в микробную клеточную массу.

Во вторичных отстойниках микробная клеточная масса оседает на дно и удаляется. Этот, в основном органический, материал называется вторичным илом.

Наконец, вода подвергается дезинфекционной обработке для уничтожения патогенных микроорганизмов. Затем очищенная вода попадает в ручей или реку или может направляться обратно в технологический процесс [22].

1.2 Мировые проблемы утилизации иловых осадков сточных вод

Ожидается, что глобальное количество осадка сточных вод значительно возрастет в течение следующих лет из-за все более строгих требований к сточным водам после очистных сооружений и строительства большего количества

очистных сооружений в развивающихся странах [35,40]. При таком увеличении образования иловых осадков необходимость в экономически и экологически устойчивом процессе очистки является важной социальной проблемой [64]. Утилизация или переработка осадка сточных вод затруднена не только из-за больших объемов производства, но также из-за высокой концентрации патогенных микроорганизмов и тяжелых металлов. Биологические вещества в основном рассматриваются как поток отходов. Основное внимание при переработке иловых осадков концентрируется на том, чтобы минимизировать их массу и объем, тем самым снизив затраты на утилизацию и минимизировать любые потенциальные риски для здоровья. Традиционные и наиболее широко применяемые методы утилизации осадка сточных вод: рассеивание на сельскохозяйственных землях, захоронение отходов и сжигание с захоронением золы [35,57].

Продолжаются обсуждения по поводу использования осадка сточных вод на сельскохозяйственных землях как в Европе, так и в Северной Америке. Из-за потенциально высокого уровня содержания тяжелых металлов и патогенных микроорганизмов существует обеспокоенность по поводу воздействия, которое оказывает применение иловых осадков в сельскохозяйственных почвах на здоровье человека и окружающую среду. Также существенной проблемой является наличие в осадке микропластика и полимеров, которые циркулируют в сточных водах и с осадком попадают на поверхность сельскохозяйственных земель, откуда существенная их часть попадает и накапливается в организмах прилежащей фауны. Агентство по охране окружающей среды США и Европейская комиссия разработали конкретные требования и нормативы, касающиеся использования осадка сточных вод на сельскохозяйственных землях. Эти нормативы включают ограничения на тяжелые металлы, патогены, органические соединения, свойства почвы и нормы внесения [55]. Несмотря на эти нормативы, некоторые развитые страны не поддерживают применение иловых осадков сточных вод для сельскохозяйственных почв. Нидерланды и Бельгия с 1991 года почти полностью запретили использование ила в сельском

хозяйстве. В Швеции Федерация фермеров рекомендует своим членам прекратить использование ила на сельскохозяйственных землях. Фермерские союзы во Франции, Австрии и Финляндии также просят запретить использование осадка сточных вод на сельскохозяйственных землях [56]. В последнее время появился интерес к различным методам термической обработки, включая пиролиз, в качестве альтернативного способа использования этого вида отходов.

1.3 Методы переработки иловых осадков сточных вод

На основании проведенного аналитического обзора определено, что основными существующими направлениями переработки иловых осадков сточных вод в мировой практике являются:

- переработка в биогаз;

- использование в качестве удобрений в сельском хозяйстве;

- захоронение на участках;

- термическая переработка.

Получение биогаза

Биомасса, в том числе отходы животноводства, осадки сточных вод и промышленные стоки, может быть переработана в смесь метана и углекислого газа, называемую «биогазом», с помощью анаэробного сбраживания [66]. Процесс производства анаэробного биогаза может осуществляться при относительно недорогих и простых конструкциях реакторов и процедурах. Анаэробное разложение - это сложный процесс, который осуществляется в среде, где отсутствует кислород [89,98]. В процессе анаэробного разложения органические вещества превращаются в метан, углекислый газ и богатый питательными веществами осадок анаэробных бактерий. С другой стороны, взвешенные коллоидные органические вещества превращаются в простые сахара, жирные кислоты, аминокислоты, спирты путем процесса ферментативного гидролиза. В результате активность различных микроорганизмов происходит на трех основных этапах. На первом этапе различные первичные продуценты (ацидогены)

перерабатывают сырые отходы в более простые жирные кислоты. На втором этапе другая группа организмов (метаногены) потребляет органические кислоты, продуцируемые ацидогеном, и генерирует биогаз в качестве побочного продукта метаболизма. В среднем ацидоген растет намного быстрее, чем метаноген. Наконец, органические кислоты превращаются в биогаз. Метаногенерирующие (метаногенные) анаэробные бактерии используют эти кислоты и завершают процесс разложения. После обезвоживания и возможной очистки полученный газ можно использовать в котлах в качестве газообразного топлива, для когенерации или для производства автомобильного газа.

Однако технологию получения биогаза нельзя назвать полностью эффективной, так как применение метантенков не позволяет полностью переработать активный ил в метан, и основная часть ила остается. Также данная технология не отвечает современным требованиям по скоростям процессов, качеству обработки и санитарным требованиям.

Использование иловых осадков в сельском хозяйстве

До 80 - 90 годов 20-го века иловые осадки сточных вод очень активно использовались в качестве удобрения из-за содержания в них ценных компонентов: органических веществ, азота, фосфора и других питательных веществ для растений [96]. Иловые осадки содержат 65 % органических веществ, азот (3 %), фосфор (2 % Р205), другие микроэлементы (0,5 % К20, 5 % СаО, 1,5 % MgO), а также широкий спектр макроэлементов, органических микрозагрязнителей, микроорганизмов и яиц гельминтов. Значительная концентрация азота и фосфора в осадке определяет его как полезный материал для удобрения, а его органические компоненты придают ему полезные свойства кондиционирования почвы. Улучшенная аэрация и дренаж после внесения иловых осадков косвенно снижает влияние тяжелых металлов на почву и растения, улучшая рост, образование клубеньков у бобовых растений и другие свойства. Дахдох и другие, а также Хекман и другие сообщили о положительном эффекте добавления осадка сточных вод к известняковым суглинкам и суглинистым почвам, орошаемым водами с различным содержанием соли при

тестировании на бобовых растениях. Результаты показывают значительное увеличение урожайности бобовых при использовании осадка сточных вод до 2 % в известняковых суглинках, орошаемых водопроводной водой или соленой водой, но урожайность при орошении водопроводной водой всегда выше. Добавление осадка сточных вод в суглинистую почву увеличивало урожайность при орошении водопроводной водой, но уменьшало при орошении соленой водой. Также, Раби и др. [87] изучали влияние осадка сточных вод на выращивание бобовых на песчаной почве. Влияние внесения осадка сточных вод в пустынную почву на образование клубеньков, фиксацию азота и рост растений было исследовано в эксперименте с горшком в условиях теплицы. Анализ растений показал, что ингибирующее действие осадка сточных вод, скорее всего, было связано с нетоксичным действием тяжелых металлов на микросимбионте, а не на растениях-хозяевах. Сделан вывод, что иловый осадок сточных вод при низких нормах внесения может значительно улучшить рост бобовых в пустынных почвах [34]. Оценено использование очищенных сточных вод при орошении и их влияние на некоторые физико-химические характеристики почвы и продуктивность сорго и фуражных культур [38]. Результаты исследования показали, что применение сточных вод уменьшило рН фильтрата, а летучая зола увеличила рН. Твердые отходы увеличивали засоленность фильтрата как в красной, так и в черноземной почве. Применение твердых отходов в почвах не приводило к заметной фильтрации потенциально токсичных тяжелых металлов в фильтрате.

Наиболее ценным органическим удобрением, особенно богатым азотом и фосфором, является активный ил. Перед использованием в качестве удобрения осадки обезвоживают и обеззараживают. Также как источник питательных веществ для растениеводства используют различные компоненты золы для внесения удобрений в почву. Исследование [107] показало, что органические вещества, полученные из иловых осадков, способствовали образованию макроструктуры путем связывания ранее существовавших микроструктур. Таким образом, эти макроструктуры отвечали за накопление микроэлементов в самой крупной фракции, а также за защиту от биодеградации органических веществ,

полученных из кукурузы [80].

Результаты показали, что осадок сточных вод можно использовать в качестве азотного удобрения при производстве зерновых культур [37]. С другой стороны, поскольку в осадке сточных вод содержатся высокие концентрации таких элементов, как цинк, никель, кадмий, возникают проблемы при внесении иловых осадков в сельскохозяйственную почву [77,90]. Может также происходить накопление тяжелых металлов в тканях растений.

Польза от внесения иловых осадков должна быть сбалансирована с потенциальной возможностью загрязнения тяжелыми металлами. В целом, было доказано, что добавление ила в сельскохозяйственную почву увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур.

Термические методы переработки иловых осадков сточных вод

В мировой практике применяются три основные технологии, помимо традиционного сжигания. Это жидкофазное окисление иловых осадков сточных вод, газификация и пиролиз.

Сжигание иловых осадков

Основной целью сжигания является уменьшение массы, объема и потенциального негативного влияния осадка сточных вод на окружающую среду путем дезинфекции и детоксикации при высоких температурах.

В результате сжигания осадка сточных вод благодаря его относительно высокой теплотворной способности выделяется значительное количество энергии [76,105].

Традиционно иловые осадки сточных вод сжигаются в печах с псевдоожиженным слоем, которые, хотя и являются эффективным экологическим оборудованием, весьма требовательны к условиям процесса и требуют дорогостоящих запасных частей и расходных материалов (песок).

Кроме того, из-за высокого содержания тяжелых металлов в осадке, образования смолы при сгорании, а также из-за общего недостатка технологии -образования диоксинов - сжигание осадка нельзя рассматривать как оптимальное решение, так как оно требует мощный и дорогой газоочистной агрегат [58,76].

В настоящее время сжигание иловых осадков сточных вод в печах с кипящим слоем является практически единственным методом их термического уничтожения, нашедшим широкое применение в мире. Однако такие печи, помимо хороших теплотехнических характеристик, имеют и ряд существенных недостатков:

- сжигание осадков осуществляется в кипящем слое инертного материала -термостойкого песка строго определенного гранулометрического состава;

- технические устройства для выгрузки зольного остатка отсутствуют, и частицы осадка измельчаются в зоне горения до размеров, при которых их выносит с дымовыми газами в систему газоочистки. Вследствие этого весь зольный остаток удаляется из зоны горения исключительно в виде летучей пыли. Это влечёт необходимость устанавливать газоочистное оборудование большой производительности, увеличивает габариты и материалоемкость всей установки, а также потребление электроэнергии. В результате многократно возрастает стоимость самой установки и затраты на ее обслуживание;

- изначально высокая стоимость установок с кипящим слоем дополнительно увеличивается из-за использования при их строительстве, как правило, зарубежных технологий и импортного оборудования;

- существуют высокие требования к инертному теплоносителю - песку, а также к качеству сжигаемого осадка - его влажности, калорийности и содержанию в нём крупных негорючих частиц. Печи с кипящим слоем хорошо работают на свежих осадках, полученных непосредственно после обезвоживания в центрифугах. Однако для сжигания осадков, хранящихся на иловых картах, имеющих различную влажность и загрязненных посторонним мусором, необходимо проводить специальную подготовку [99];

- технология кипящего слоя не соответствует Директиве 2000/76 ЕС от 04.12.2000 «О сжигании отходов» из-за отсутствия дожигания дымовых газов в совокупности с большим содержанием в них летучей золы, что увеличивает риск образования диоксинов.

Также стоит отметить технологию каталитического сжигания, которую

разрабатывают в Институте катализа им. Г.К. Борескова. Данная технология позволяет перерабатывать иловые осадки с влажностью 70 - 75 % при температуре около 750 °С. По заявлениям разработчиков, технология позволяет снизить выбросы кислых газов, снизить теплопотери за счет снижения температуры горения, снизить эмиссию выбросов в атмосферу и получать тепло для нужд предприятия. В данное время на ОАО «ОмскВодоканал» реализуется проект производительностью до 6 тонн в сутки и тепловой мощностью до 4 МВт.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Буренков Сергей Владимирович, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бахвалов, Н. С. Численные методы / Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. - 375 с.

2. Богданович, Н.И. Адсорбенты из отходов лесопромышленных предприятий для решения экологических проблем // Лесной журнал. - 1997. -№ 4. - С. 92-96.

3. Буренков, С.В. Исследование свойств иловых осадков целлюлозно-бумажного комбината / С.В. Буренков, А.Н. Грачёв, В.Н. Башкиров [и др.] // Материалы 83-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов. - Минск, 2019. -С. 84.

4. Буренков, С.В. Переработка иловых осадков сточных вод методом термического разложения // Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции «Новые материалы, химические технологии и реагенты для промышленности, медицины и сельского хозяйства на основе нефтехимического и возобновляемого сырья». - Уфа, 2017. - С. 34-41.

5. Буренков, С.В. Термическая утилизация иловых осадков сточных вод методом быстрого пиролиза в сеточном реакторе / С.В. Буренков, А.Н. Грачёв, С.А. Забелкин // Вестник технологического университета. - 2016. - Т. 19. - №22. -С. 40-43.

6. Гордон, Л. В. Технология и оборудование лесохимических производств / Л.В. Гордон, С.О. Скворцов, В.И. Лисов. - М.: Лесная промышленность, 1988. - 360 с.

7. ГОСТ 12596-67 Угли активные. Метод определения массовой доли золы. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1999. - 4 с.

8. ГОСТ 1510-84. Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение. - М.: Стандартинформ, 2010. - 10 с.

9. ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения

физических характеристик. - М.: Стандартинформ, 2005. - 3 с.

10. ГОСТ 6382-2001 Топливо твердое минеральное. Методы определения выхода летучих веществ. - М.: Стандартинформ, 2008. - 2 с.

11. Грачёв, А.Н. Математическая модель термического разложения древесины / А.Н Грачёв, Р.Г. Сафин, А.В. Канарский [и др.] // Известия вузов. Проблемы Энергетики. -2006. - №6. -С. 79-85.

12. Грачев, А.Н. Исследование быстрого пиролиза биомассы растительного происхождения // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2008. -Т. 51. - №12. - С. 110-113.

13. Дрейпер, П. Прикладной регрессионный анализ / П. Дрейпер, Г. Смит. - М.: Статистика, 1973. - 392 с.

14. Забелкин, С.А. Переработка древесины в жидкое топливо и его энергетическое использование / С.А. Забелкин, А.Н. Грачёв, В.Н. Башкиров // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - №24. - С. 39-42.

15. Исаев, С. И. Теория тепломассообмена / С. И. Исаев, И. А. Кожинов, [и др.]. - М.: Высшая школа, 1979. - 495 с.

16. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химических технологий. - М.: Химия, 1971. - 784 с.

17. Козлов, В. Н. Технология пирогенетической переработки древесины / В. Н. Козлов, А. А. Нивицкий. - Л.: Гослесбумиздат, 1954. - 456 с.

18. Кречетов, И. В. Сушка древесины. - М.: Лесная промышленность, 1997. - 532 с.

19. Лопатин, А.Н. Исследование некоторых вопросов пиролиза гемицелюлозы: дис. канд. тех. наук / А.Н. Лопатин. - 1986. - С .105.

20. Лыков, А. В. Теория сушки. - М.: Госэнергоиздат. 1950. - 416 с.

21. Мазуркин, П.М. Динамика температуры горения древесных опилок при испытании сжиганием / П. М. Мазуркин, Л. А. Скорикова // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - №7. -С. 58-61.

22. Насыров, И.А. Проблемы утилизации иловых осадков очистных сооружений / И. А. Насыров, Г.В. Маврин, И. Г. Шайхиев // Вестник

технологического университета. - 2015. - Т.18. - №19. - С. 257-259.

23. Никитин, Н. И. Химия древесины и целлюлозы. - М. - Л.: Госэнергоиздат. 1962. - 250 с.

24. Периков, Э. К. Проведение и обработка экспериментов в теплоэнергетике / Э. К Периков, Э. К. Арекилян, Г. П. Киселев, А. В. Андрюшин. - М.: МЭИ, 1984. - 64 с.

25. Пижурин, А. А. Основы научных исследований в деревообработке. -М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. - 305 с.

26. Пирумов, У. Г. Численные методы: теория и практика: учебное пособие для бакалавров, для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки «Математика. Прикладная математика» / У. Г. Пирумов, В. Ю. Гидаспов, И. Э. Иванов [и др.]. - М.: Изд. МАИ, 2012. -Изд.5. - 421 с.

27. Самарский, А. А. Устойчивость разностных схем / А. А. Самарский, А. В. Гулин. - М.: Наука, 1973. - 285 с.

28. Славянский, А.К. Технология лесохимических производств /

A.К Славянский, Ф.А Медникова. - М.: Лесная промышленность, 1970. - 392 с.

29. Тимофеева, С.С. Эколого-технологическая реконструкция очистных сооружений лесопромышленного комплекса в г. Братске / С.С. Тимофеева, И. В. Глушич, Е. Ю. Панасенков // ВЕСТНИК ИрГТУ. - 2011. - №8 (55). - С. 5965.

30. Фенгел, Д. Древесина (химия, ультраструктура, реакции) / Д. Фенгел,

B. Вегене; пер. с анг.; Предисловие А. А. Леоновича. - М.: Лесная промышленность, 1988. - 512 с.

31. Хисматов, Р. Г. Экспериментальное исследование динамики плотности древесины при кондуктивном пиролизе // Материалы докладов Международной Научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» - г. Вологда, 2008. - С. 77-79.

32. Хисматов, Р. Г. Исследование процесса быстрого контактного пиролиза // Материалы конкурса студенческих научно-исследовательских работ -

Казань: изд-во Казан. Гос. Технол. Ун-та, 2007. - С. 276-278.

33. Цивадзе, А. Ю. Перспективы реформинга структуры частиц осадков силовых карт очистных сооружений в структуры безопастных глин или суглинков. / А. Ю. Цивадзе, А.Я. Фридман, Е.М. Морозова [и др.] // Химия и биология : электрон. научн. журн. 2016. - № 5 (23). - С. 121.

34. Abd - Alla, M.H. Effect of sewage sludge application on Nodulation, nitrogen fixation, and plant growth of Faba bean, Soybean and lupin. / М.Н. Abd - Alla, Yan - Feng, S. Schubert // Angewandte- Botanik, Germany. - 1999. - Р. 69-75.

35. Agrafioti, E. Biochar production by sewage sludge pyrolysis / Е. Agrafioti, G. Bouras, D. Kalderis, & E. Diamadopoulos // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. - 2013. - Р. 101.

36. Agrawal, R. Integrated gasification-pyrolysis process / R. Agrawal, N.R. Singh // US Pat. - P.2. US20090084666A1. -2012.

37. Akdeniz, H. The effects of sewage sludge and nitrogen applications organic Sorghum growth (Sorghum Vulgare L.) in VanTurkey. Polish. / Н. Akdeniz, I. Yilmaz, M. A. Bozkurt, B. Keskin // Journal of Environmental studies. - 2006. - Vol. 15. - №1. - Р. 19-26.

38. Aljunied, A.M. Utilization of treated sewage water in irrigation and its effect on some soil physical, chemical characteristics and Sorghum fordder. - 2007. -Vol.1. - №5. - Р.1044-1049.

39. Alvarez, J. Fast co-pyrolysis of sewage sludge and lignocellulosic biomass in a conical spouted bed reactor / J. Alvarez, M. Amutio, G. Lopez, J. Bilbao // Fuel. -2015. - Р. 810-818.

40. Andreattola, G. A Review and Assessment of Emerging Technologies for the Minimization of Excess Sludge Production in Wastewater Treatment Plants / G. Andreattola, P. Foladori // Journal of Environmental Science and Health, Part A. -2006. - Vol. 1. - №9. - Р. 1853-1872.

41. Arlabosse P. Drying of municipal sewage sludge from a laboratory scale batch indirect dryer to the paddle dryer / P. Arlabosse, S. Chavez, C. Prevot // Brazilian Journal of Chemical Engineering. - 2005. - Vol. 22. - №2. - Р. 227-232.

42. Balagurumurthy, B. Value addition to rice straw through pyrolysis in hydrogen and nitrogen environments, Bioresour / B. Balagurumurthy, V. Srivastava, J. Vinit, B. Kumar // Technol. - 2015. - P. 273-279.

43. Balat, M. Main routes for the thermo-conversion of biomass into fuels and chemicals / M. Balat, E. Kirtay, H. Balat // Part 1: Pyrolysis systems. Energy Convers. Manag. - 2009. - P. 3147-3157.

44. Bok, J.P. Fast pyrolysis of Douglas fir by using tilted-slide reactor and characteristics of biocrude-oil fractions / J.P. Bok, Y.S. Choi, S.K. Choi, Y.W. Jeong // Renew. Energy. - 2014. - P. 7-13.

45. Boukis, I. Biomass Fast Pyrolysis in an Air Blown Circulating Fluidized Bed Reactor / I. Boukis, M.E. Gyftopoulou, I. Papamichael // Prog. Thermochem. Biomass Convers. - 2001. - P. 1259-1267.

46. Bridgeman, T.G. Torrefaction of reed canary grass, wheat straw and willow to enhance solid fuel qualities and combustion properties / T.G. Bridgeman, J.M. Jones, I. Shield, P.T. Williams // Fuel. - 2008. - P. 844-856.

47. Bridgwater, A. V. Fast pyrolysis processes for biomass, Renew / A. V. Bridgwater, G.V.C. Peacocke // Sustain. energy Rev. - 2000. - P. 1-73

48. Bridgwater, A. V. A comparison of fast and slow pyrolysis liquids from mallee / A.V. Bridgwater, P. Carson, M. Coulson // International Journal of Global Energy Issues. - 2007. - Vol. 27. - №.2. - P. 204.

49. Brown, R.C. Thermochemical Processing of Biomass: Conversion into Fuels // Chemicals and Power. - 2019. - P.1-16

50. CORDIS (2017). Final Report Summary - PYROCHAR (PYROlysis based process to convert small WWTP sewage sludge into useful bioCHAR).

51. Dahdoh, M.S.A. Combined effect of sewage sludge and saline water irrigation on growth and elements composition of broad bean / M.S.A. Dahdoh, F.A. Hassan // Egyptain Journal of soil science. - 1997. - Vol. 37. - №2. - P. 189-204.

52. Das, P. Bio-oil from pyrolysis of cashew nut shell—a near fuel / P. Das, A. Ganesh // Biomass and bioenergy. - 2003. - P. 113-117.

53. Di Blasi. Heat, momentum and mass transport through a shrinking biomass

particle exposed to thermal radiation // Chemical Engineering Science. - 1996. - Vol. 57. - №7. - P. 1121-1132.

54. Diebold J.P., Scahill J.W. Improved vortex reactor US Pat. 5,413,223. -

1995.

55. EPA. (1994). A Plain English Guide to the EPA Part 503 Biosolids Rule. -

2015.

56. European Commission. Disposal and recycling routes for sewage sludge Part 2 - Regulatory report. - 2001. - P. 135-149.

57. Faria, W. M. Is sewage sludge biochar capable of replacing inorganic fertilizers for corn production Evidence from a two-year field experiment / W.M. Faria, C.C. de Figueiredo, T.R. Coser, A.T. Vale, B.G. Schneider // Archives of Agronomy and Soil Science. - 2017. - P. 11-15.

58. Folgueras, M.B. Influence of sewage sludge treatment on pyrolysis and combustion of dry sludge / M.B. Folgueras, M. Alonso, R.M. Diaz // Energy. - 2013. -P. 426-435.

59. Fonts, I. Sewage Sludge Pyrolysis in Fluidized Bed, 1: Influence of Operational Conditions on the Product Distribution / I. Fonts, A. Juan, G. Gea // Ind. Eng. Chem. Res. - 2008. - P. 5376-5385.

60. Gao, N. Continuous Pyrolysis of Sewage Sludge in a Screw-Feeding Reactor: Products Characterization and Ecological Risk Assessment of Heavy Metals / N. Gao, C. Quan, B. Liu // Energy Fuels. - 2017. - P. 5063-5072.

61. Heckman, J.R. Soybean nodulation and nitrogen fixation on soil previously amended with sewage sludge / J.R. Heckman, J. S.Angle, R. L.Chaney // Bio. fertil. soils. - 1986. - P. 181-185.

62. Hornung, A. Thermochemical conversion of biomass // Library of Congress Cataloging-in-Publication. - 2014. - P. 1-27.

63. Hornung, A. Intermediate pyrolysis: A sustainable biomass to-energy concept - Bio thermal valorisation of biomass (BtVB) process / A. Hornung, A. Apfelbacher, S. Sagi. // J. Sci. Ind. Res. (India). - 2011. - P. 664-667.

64. Hossain, M. K. Influence of pyrolysis temperature on production and

nutrient properties of wastewater sludge biochar / M. K. Hossain, V. Strezov, K. Y. Chan, A. Ziolkowski, P. F. Nelson // Journal of Environmental Management. -2011. - P. 223-228.

65. Jin, J. Influence of pyrolysis temperature on properties and environmental safety of heavy metals in biochars derived from municipal sewage sludge / J. Jin [et al.] // J. Hazard. Mater. - 2016. - P. 417-426.

66. Kapdi, S. S Biogas Scrubbing, Compression and Storage: Perspective and Prospectus in Indian Context / S. S. Kapdi, V. K. Vijay, R. S. Kampegowda // Renewable Energy. - 2005. - Vol.30. - №8. - P. 1195-1202.

67. Khor, K.H. Slow pyrolysis of oil palm empty fruit bunches / K. H. Khor, K. O. Lim // Int. Energy J. - 2008. - P. 181-188.

68. Kim, Y. A technical and economic evaluation of the pyrolysis of sewage sludge for the production of bio-oil / Y. Kim, W.A. Parker // Bioresour. Technol. -2008. - P. 1409-1416.

69. Kirubakaran, V. A review on gasification of biomass. Renew. Sustain / V. Kirubakaran, V. Sivaramakrishnan, R. Nalini // Energy Rev. - 2009. - P. 179-186.

70. Krishna, B.B. Pyrolysis of Cedrus deodara saw mill shavings in hydrogen and nitrogen atmosphere for the production of bio-oil / B. B. Krishna, B. Biswas, P. Ohri // Renew. Energy. - 2016. - P. 238-244.

71. Lede, J. Properties of bio-oils produced by biomass fast pyrolysis in a cyclone reactor / J. Lede, F. Broust, F.-T. Ndiaye, M. Ferrer. // Fuel. - 2007. - P. 18001810.

72. Lin, K.-H. Temperature influence on product distribution and characteristics of derived residue and oil in wet sludge pyrolysis using microwave heating / K. H. Lin, N. Lai, J. Y. Zeng, H. L. Chiang // Sci. Total Environ. - 2017. -P. 1248-1255.

73. Marshall, A. Commercial Application of Pyrolysis Technology in Agriculture // Ontario Federation of Agriculture. - 2013. - P.69.

74. Meier, D. New ablative pyrolyser in operation in Germany / D. Meier, S. Schoell, H. Klaubert // PyNe Newsl. - 2004. - P. 23-57.

75. Morgaño, M.T. Screw Pyrolysis of Sewage Sludge: A Techno-economic Analysis, Presentation at Symposium on Thermal and Catalytic Sciences for Biofuels and Biobased Products./ M. T. Morgano, H. Leibold, F. Richter // University of North Carolina, Chapel Hill. - 2016. - P.12.

76. Ogada, T. Combustion characteristics of wet sludge in a fluidized bed: Release and combustion of the volatiles / T. Ogada, J. Werther // Fuel. - 1996. - P. 617626.

77. Omran, M.S. Effect of sewage irrigation on yield three components heavy metals accumulation in navel orage trees / M. S. Omran, T. M. Waly // Biol. Wastes. -1988. - P. 17-24.

78. Panagopoulos J. Fast pyrolysis of wood: direct measurement and study of ablation rate / J. Panagopoulos, H. Z. Li, J. Lede // Fuel. -1985. - P. 1514-1520.

79. Papadikis, K. Application of CFD to model fast pyrolysis of biomass / K. Papadikis, S. Gu, A. V. Bridgwater, H. Gerhauser // Fuel Process. Technol. - 2009. -P. 504-512.

80. Parate, C. The organic carbon derived from sewage sludge as a key parameter determining the fate of trace metals / C. Parate, J. Denaix, J. Leveque, R. Chaussod, F. Andreux // Chemosphere. - 2007. - Vol. 69. - №4. - P. 636-643.

81. Park E.S. Recovery of Oils with High Caloric Value and Low Contaminant Content by Pyrolysis of Digested and Dried Sewage Sludge Containing Polymer Flocculants / E. S. Park, B. S. Kang, J. S. Kim. // Energy Fuels. -2008. - P. 1335-1340.

82. Park, W.C. Numerical study of thermal decomposition and pressure generation in charring solids undergoing opposed-flow flame spread / W. C. Park, A. Atreya, H. R. Baum // Proceedings of the Combustion Institute. - 2007. - P. 26432652.

83. Peregrina, C. A. Life cycle assessment (LCA) applied to the design of an innovative drying process for sewage sludge / C. A. Peregrina, D. Lecomte, P. Arlabosse, V. Rudolph // Institution of Chemical Engineers. - 2006. - P. 270-279.

84. Pokorna, E. Study of bio-oils and solids from flash pyrolysis of sewage sludges / E. Pokorna, N. Postelmans, P. Jenicek, S. Schreurs // Fuel. - 2009. - P. 1344-

85. Prins, M.J. Torrefaction of wood: Part 1 Weight loss kinetics / M. J. Prins, K. J. Ptasinski, F. J. J. G. Janssen // J. Anal. Appl. Pyrolysis. - 2006. - P. 28-34.

86. Putun, E. Assessment of the effects of hydrogen pressure on biomass pyrolysis: A study of euphorbia rigida, sunflower oil industrial waste and pure cellulose / E. Putun, M. Kockar, F. Gercel, S. Brown, J. Andresen, C. Mc Rae, C.E. Snape // Renew. Energy. - 1994. - P. 816-818.

87. Rabie, M. H. Influence of two sewage sludge sources on Faba bean abd sorghum plants growth and elements uptake / M. H. Rabie, A. Y. Negm, M. M. Eleiwa, M. F. Abdel-Sabour // Egyptain Journal of soil science. - 1997. - Vol. 34. - №7. -P. 425-435.

88. Roche, E. Air and air-steam gasification of sewage sludge / E. Roche, J. M. de Andrés, A. Narros, M. E. Rodríguez // Fuel. - 2015. - Vol. 115. - P 54-61.

89. Ruffino, B. Enhancement of waste activated sludge (WAS) anaerobic digestion by means of pre- and intermediate treatments / B. Ruffino, G. Campo, A. Cerutti, M. C. Zanetti // In Proceedings of the International Conference on Sustainable Solid Waste Management, Limassol, Cyprus. - 2017. - P. 2455-2467.

90. Sanders, J. R. Extractability and bioavailability of Zn, Ni, Cd, and Cu in three Danish soils sampled 5 years after application of sewage sludge / J. R. Sanders, A. Trevor, B. T. Christensen // J.sci.Food Agric. - 1986. - P. 1155-1164.

91. Schöll, S. Wood liquefaction by flash-pyrolysis with an innovative Pyrolysis system / S. Schöll, H. Klaubert, D. Meier // DGMK proceding. - 2004. -P. 19-21.

92. Shafizadeh, F. Introduction to pyrolysis of biomass // J. Anal. Applied Pyrolysis. - 1982. - P. 283-305.

93. Singh, R. Strategies for selection of thermo- chemical processes for the valorisation of biomass / R. Singh, B. B. Krishna, G. Mishra, J. Kumar, T. Bhaskar // Renew. Energy. - 2016. - P. 226-237.

94. Solantausta, Y. Bio-oil production from biomass: Steps toward demonstration / Y. Solantausta, A. Oasmaa, K. Sipilä // Energy and Fuels. - 2012. -

P. 233-240.

95. Solantausta, Y. Wood-pyrolysis oil as fuel in a diesel-power plant / Y. Solantausta, N. O. O. Nylund, M. Westerholm // Bioresour. Technol. - 1993. - P. 177-188.

96. Sommers, L. E. Chemical Composition of sewage sludge and analysis of their potential use as fertilizer // J. Environ. Qual. - 1977. - P. 225-232.

97. Stamatov, D. Combustion properties of slow pyrolysis bio-oil produced from indigenous Australian species / D. Stamatov, J. Honnery, J. Soria // Renew. Energy. - 2006. - P. 2108-2121.

98. Syed-Hassan, S. S. A. Thermochemical processing of sewage sludge to energy and fuel: Fundamentals, challenges and considerations / S. S. A. Syed-Hassan, Y. Wang, S. Hu, S. Su, J. Xiang // Renew. Sustain. Energy Rev.- 2017. - P. 888-913.

99. Urciuolo, M. Fluidized bed combustion and fragmentation of wet sewage sludge / M. Urciuolo, M. B. Folgueras, M. Alonso, R. M. Diaz // Exp. Therm. Fluid Sci. - 2012. - P. 97-104.

100. Van der Stelt, M. J. C. Biomass upgrading by torrefaction for the production of biofuels / M. J. C. Van der Stelt, H. Gerhauser, J. H. A. Kiel, K. J. Ptasinski // A review, Biomass and bioenergy. - 2011. - P. 3748-3762.

101. Vitolo, S. Catalytic upgrading of pyrolytic oils over HZSM-5 zeolite: behaviour of the catalyst when used in repeated upgrading-regenerating cycles / S. Vitolo, B. Bresci, M. Seggiani, M. G. Gallo // Fuel. - 2001. - P. 17-26.

102. Wagenaar, B. M. Pyrolysis of biomass in the rotating cone reactor: modelling and experimental justification / B. M. Wagenaar, W. Prins, W. P. M. van Swaaij // Chem. Eng. Sci. - 1994. - P. 5109-5126.

103. Wagenaar, B.M. Rotating Cone. Bio-Oil Production and Applications, Prog. Thermochem / B. M. Wagenaar, R. H. Venderbosch, J. Carrasco, R. Strenziok // Biomass Convers. - 2008. - P. 1268-1301.

104. Werther, J. Sewage sludge combustion / J. Werther, T. Ogada // Prog. Energy Combust. Sci. - 1999. - P. 55-116.

105. Wu, M. H. Characteristics of pervious concrete using incineration bottom

ash in place of sandstone graded material / M. H. Wu, C. L. Lin, W. C. Huang // Constr. Build. Mater. - 2016. - P. 618-624.

106. Yang, J. Modelling, scale-up, and demonstration of a vacuum pyrolysis reactor / J. Yang, D. Blanchette, B. de Caumia, C. Roy // Progress in Thermochemical Biomass Conversion. Blackwell Science. Oxford, UK. Part 3. - 2001. - P. 1296-1311.

107. Yeledhalli, N.A. Trace element mobility in cool fly ash and sewage sludge amended soils / N. A. Yeledhalli, S. S. Prakash, M. V. Ravi // Environment and Ecology. 25s Special 4. - 2007. - P. 990-993.

108. Zhang, L. Overview of recent advances in thermo-chemical conversion of biomass. / L. Zhang, C. C. Xu, P. Champagne // Energy Convers. Manag. - 2010. -P. 969-982.

109. Zhou, J. Development and application of a continuous fast microwave pyrolysis system for sewage sludge utilization / J. Zhou, S. Liu, N. Zhou, L. Fan, Y. Zhang, P. Peng, E. Anderson, K. Ding, Y. Wang, Y. Liu // Bioresour. Technol. -2018. - P. 295-301.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Результаты элементного анализа минеральной части иловых осадков

сточных вод ЦБК

Результаты рентгенофлуоресцентного анализа

Пробоподготовка и измерения велись в соответствии с указаниями к руководству пользователя спектрометра и в соответствии с метрологическими и техническими характеристиками, указанными в Приложении к свидетельству №46767 об утверждении типа средств измерения.

По результатам элементного анализа представленных образцов с помощью рентгенофлуоресцентного анализатора Bruker S8 Tiger выявлено следующее содержание:

Элемент Содержание, %

Mg (%) 0,078

Al (%) 0,1802

Si (%) 0,3889

P (%) 0,2386

S (%) 1,4729

Cl (%) 0,7272

K (%) 0,2485

Ca (%) 2,8042

Ti (%) 0,0258

V (%) 0,0023

Cr (%) 0,0152

Mn (%) 0,0566

Fe (%) 1,1299

Ni (%) 0,0056

Cu (%) 0,0102

Zn (%) 0,1799

Br (%) 0,0084

Sr (%) 0,0521

Mo (%) 0,0157

Ba (%) 0,0551

Результаты ИК-спектроскопии иловых осадков ЦБК

28 Jun 2018

Acquisition Time (sec) 0.0007 Comment Import from ASCII. Date 22 Jun 2018 15:50:00

File Name F:V I ICO:0 .SPA Frequency (MHz) 100.00 Nucleus 1H Oriqinai Points Count 220

Points Count 220 Sweep Width (Hz) 337970.59 Temperature (degree C) 0.000

I H

I

r V

I W

I !

M I I I I ! I I II I I I I I II I I I I I I I I M I I I I I I I I I

4000 3800 3600 3400

I I I I I N \ I I I I I N H I I II I I I I I I I M I I I I I I I f I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I N II I I I I

3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000

Chemical Shift (ppm)

I I I I I I I M I I J M I I I I I I I I I

1800 1600 1400

> I M | I I I I | I M I | I I I I | I H 1200 1000

TTJTT 600

Результаты термического анализа исходного илового осадка ЦБК

тг/%

100

ДСК /(мВт/мг)

ДТГ /(%/мин)

-0

Главное 2018-06-01 13:24

300 400

Температура /°С

-2

-4

-6

-8

--10

-12

-14

--16

SZ_2.ngb-taa

Результаты термического анализа иловых осадков ЦБК при скорости

нагрева 5, 10, 15 К/мин.

Изменение массы: -8.01 % У*

Изменение массы: -19.30 %

Изменение массы: -22.95 %

Изменение массы: -12.00 %

Изменение массы: -4.37 %

Изменение массы: -1.45 °/6

/% Комплексный пик:

Площадь: -109.4 Дж/г Пик: Конец:

130.5 °С 197.8 °С

Комплексный пик: Комплексный пик: Площадь: 13.26 Дж/г Площадь: -5.836 Дж/г

Пик: 368.8 "С Пик: 704.4 "С

Начало: 266.7 °С Начало: 695.0 °С

Конец: 391.2 "С Конец: 732.7 "С.

у

Пик: 125.9 °С

V

ДСК /(мВт/мг)

ДТГ /(%/мин)

Пик: 293.

Пик: 351.2 °С

тг

100 -90 ■ 80 -70 -60 ■ 50 -40 -

100

200

Главное 2020-10-01 ОВ;52 Пользователь

300 400 500 600 Температура Г С

700

800

900

Кю-15.пдЫаа

Создано программным обеспечением ЫЕТ2$СН Рго(еив

Результаты анализа ГХ-МС верхней фазы жидких продуктов пиролиза

иловых осадков сточных вод ЦБК

Peak# R.Timc Area% Height% A/II

1 1.519 0.17 0.47 1.11

2 1.568 1.91 3.77 1.57

J 1.651 0.15 0.26 1.78

4 1.686 1.69 3.06 1.72

5 1.767 1.02 1.28 2.46

6 1.843 0.05 0.07 2.20

7 1.894 0.04 0.09 1.35

8 1.924 0.09 0.19 1.50

9 1.983 0.26 0.39 2.05

10 2.988 1.38 1.21 3.55

11 2.149 1.92 2.13 2.79

12 2.223 0.27 0.43 1.96

13 2.303 0.61 0.87 2.19

14 2.380 0.44 0.78 1.75

15 2.436 0.29 0.61 1.51

16 2.467 0.74 0.86 2.66

17 2.570 0.07 0.12 1.77

1» 2.615 0.07 0.12 1.75

19 2.651 0.12 0.17 2.25

20 2.695 0.16 0.25 2.00

21 2.732 0.16 0.33 1.54

22 2.761 0.19 0.34 1.75

23 2.798 0.19 0.36 1.70

24 2.885 0.05 0.06 2.41

25 2.933 0.19 0.33 1.80

26 2.998 0.20 0.32 2.02

27 3.043 0.36 0.30 3.69

2» 3.148 0.09 0.11 2.54

29 3.189 0.08 0.12 2.09

3D 3.258 0.21 0.26 2.48

31 3.301 0.37 0.32 3.61

32 3.369 tun 0.44 2.08

33 3.470 0.12 0.17 2.26

34 3.513 0.09 0.13 2.13

35 3.581 0.20 0.29 2.15

36 3.655 0.07 0.11 2.19

37 3.709 0.43 0.61 2.21

38 3.759 0.50 0.64 2.44

39 3.835 0.08 0.10 2.65

40 3.928 0.01 0.03 1.37

41 3.975 0.13 0.19 2.11

42 4.035 1.24 1.62 2.38

43 4.110 0.22 0.27 2.50

44 4.175 0.23 0.32 2.21

45 4.241 0J2 0.42 2.38

46 4.308 0.36 0.34 3.35

47 4.386 0.15 0.24 1.84

48 4.426 0.13 0.21 1.91

49 4.507 0.28 0.23 3.72

50 4.643 0.77 0.84 2.82

51 4.699 0.82 1.04 2.46

52 4.790 0.00 0.01 0.73

53 4.830 0.10 0.14 2.26

54 4.880 0.22 0.31 2.17

55 4.925 0.06 0.11 1.61

56 4.965 0.15 0.16 2.93

57 5.025 0.05 0.08 1.97

58 5.060 0.04 0.08 1.64

59 5.156 0.77 0.81 2.92

60 5.253 0.24 0.24 3.21

61 5.305 0.17 0.17 3.00

62 5.381 0.38 0.45 2.64

Peak Report TIC

Name Toluene

Oxazole, 4,5-d ihvd ro- 2,4,4-1 ri methyl -Pyridine, 2-methyl-

Butanoic acid, 3-methyl-

2-Furanmethanol

F.thylbenzene

o-Xvlene

1-Nonene

Styrene

p-Xylene

2-Cyclopenten-I-one, 2-melhyI-Ethanone, l {2 ruranyl)

Phenol

1-Decene

Benzene, 1,3,5-liimethyI-

Benzene, l-methyl-2-{l-methylethyl)-1,2-Cyclopentanedione, 3-methyl-

Phenol, 2-methyl-

Peak# R-linie Area0/« Height% All

63 5.481 1,89 1.73 3.39

64 5.608 0.31 0.37 2.65

65 5.672 1.55 2.31 2.08

66 5.786 0.58 0.45 4.06

67 5.876 0.19 0.25 2.41

68 5.945 0.37 0.42 2.74

69 6.031 0.20 0.31 1.95

70 6.061 0.39 0.42 2.89

71 6.128 0.43 0.42 3.20

72 6.196 0.20 0.23 2.69

73 6.288 0.48 0.24 6.11

74 6.390 0.12 0.17 2.25

75 6.448 0.29 0.31 2.88

76 6.492 0.13 0.16 2.52

77 6.551 0,25 0.37 2.10

78 6.593 0.80 0.67 3.69

79 6.683 0.32 0.43 2.27

80 6.757 0.22 0.16 4.25

SI 6.841 0.15 0.23 2.11

82 6.881 0.40 0.62 2.00

S3 6.910 0.43 0.48 2.75

84 7.036 0.57 0.44 4.05

85 7.100 0.24 0.37 2.05

86 7.136 0.42 0.55 2.38

87 7.175 0.20 0.37 1.71

88 7.244 1.10 1.66 2.05

89 7.293 0.53 0.62 2.66

90 7.390 0.22 0.21 3.35

91 7.479 0.75 0.71 3.32

92 7.563 0.42 0.33 3.99

93 7.677 0.57 0.41 4.30

94 7.731 0.28 0.38 2.31

95 7.770 0.16 0.28 1.76

96 7.802 0.41 0.30 4.14

97 7.916 0.26 0.33 2.42

98 7.945 0.14 0.27 1.62

99 7.982 0.25 0.26 2.96

100 8.067 0.23 0.19 3.86

101 8.105 0.09 0.17 1.60

102 8.185 0.27 0.33 2.52

103 8.222 0.35 0.38 2.93

104 8.289 0.57 0.37 4.86

105 8.390 0.27 0.26 3.28

106 8.486 1.23 1.43 2.66

107 8.610 0.44 0.37 3.67

108 8.720 0.95 0.86 3.44

109 8.815 0.39 0.28 4.37

110 8.864 0.29 0.31 2.93

111 8.925 0.33 0.44 2.35

112 8.978 0.82 1.01 2.53

113 9.044 0.33 0.30 3.47

114 9.100 0.11 0.23 1.44

115 9.162 0.47 0.26 5.73

116 9.273 0.31 0.22 4.48

117 9.315 0.12 0.21 1.76

118 9.384 0.68 0.34 6.28

119 9.489 0.75 0.73 3.18

120 9.565 0.69 0.56 3.81

121 9.689 0.76 0.59 3.99

122 9.771 0.45 0.30 4.62

123 9.861 0.44 0.33 4.16

124 9.958 0.69 0.63 3.42

125 10.054 0.77 0.71 3.35

126 10.124 0.22 0.29 2.28

127 10.167 0.29 0.32 2.78

128 10.231 0.52 0.53 3.06

129 10.275 0.19 0.30 1.97

130 10.318 0.25 0.28 2.77

131 10.400 0.55 0.42 4.05

132 10.460 0.43 0.28 4.73

133 10.542 0.35 0.28 3.90

134 10.619 0.29 0.31 2.91

135 10.665 0.29 0.25 3.52

136 10.762 1.28 1.54 2.59

137 10.852 0.72 0.39 5.74

138 10.929 0.46 0.42 3.38

139 11.004 0.39 0.38 3.23

140 11.147 0.65 0.35 5.77

141 11.249 1.50 1.03 4.54

142 11.305 1.76 1.42 3.86

143 11.396 0.S0 0.54 2.87

144 11.466 0.36 0.38 2.97

145 11.509 0.28 0.36 2.38

146 11.573 0.34 0.29 3.62

147 11.630 0.32 0.37 2.72

148 11.678 0.22 0.35 1.92

Name

Phennl, 4-melbyl-

Phemi], 2-melhoxy-Undecane

Benzene, pentyl-

Pbenol, 4-ethyl-Phenol, 3,5-dimethyl-

Naphthalene

2-Mcthoxy-S-methyjphenol Dodecane

],4:J,6-Diarihy(lro-.alplia.-rt-gliKopyi-atiosc

Phcnnl, 2-ethyl-4-methyl-

Phenol, 4 ethyl 2 methoxy 1-Tetradcccne