Удк 628. 47 Дрозд Г. Я. д т. н., проф каф. Гсх донгту icon

Удк 628. 47 Дрозд Г. Я. д т. н., проф каф. Гсх донгту




Скачати 201.71 Kb.
НазваУдк 628. 47 Дрозд Г. Я. д т. н., проф каф. Гсх донгту
Дата05.09.2012
Розмір201.71 Kb.
ТипДокументи

УДК 628.47


    Дрозд Г.Я. - д.т.н., проф. каф. ГСХ ДонГТУ,

    Соколенко В.М. - к.т.н., доц. каф. ГСХ ДонГТУ



УТИЛИЗАЦИЯ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ОСАДКОВ КАК ФАКТОР УЛУЧШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ


    АННОТАЦИЯ: В статье дан анализ проблемы накопленных осадков сточных вод (ОСВ) и выносится на обсуждение вопрос об их размещении в окружающей среде путем вовлечения в хозяйственный оборот.

    Общая проблема городов, населенных пунктов и промышленных предприятий Украины – накопленные объемы осадков сточных вод . Для страны годовой прирост объемов осадков составляет около 40 млн.т, для размещения которых требуется 120 га/год природных земель[1].

    Наличие в составе ОСВ органической и минеральной составляющей, бактериальных загрязнений и токсичных веществ (тяжелые металлы), обуславливает ограниченное их использование и неэффективность существующих методов утилизации. Эти концентрированные отходы в жидком или обезвоженном виде хранятся под открытым небом, сбрасываются в карьеры , овраги и загрязняют окружающую среду. Переполненные иловые площадки и пруды, являются источниками загрязнения атмосферы и гидросферы, создают экологическую и социальную напряженность на прилегающих территориях. Поэтому, проблема утилизации ОСВ в Украине является крайне актуальной.

    Эта проблема отражена в ряде Законов Украины, обязывающих производителей отходов избавляться от них. При этом игнорируется сам факт отсутствия технологий по их утилизации [2,3].

    Технологическая политика в области утилизации осадков городских сточных вод в настоящее время приобретает все большее значение для государств, которые намерены присоединиться к Европейскому Союзу. Нормативные документы ЕС в области утилизации осадков намного жестче, чем в странах СНГ [4]. В мировой практике используются следующие основные методы утилизации ОСВ: сжигание, сброс в океан, на контролируемые свалки, применение в сельском хозяйстве (табл.1) [4].

    ^ Таблица 1. Способы утилизации осадков сточных вод в странах ЕС

      Способы утилизации

      Объем в 1998 г., %

      Объем в 2005 г., %

      Складирование

      48

      10

      Использование в сельском хозяйстве

      32

      45

      Сжигание

      13

      38

      Компостирование

      2

      7

      Сброс в море

      5

      0



    Как следует из таблицы, в Европейской практике наблюдается тенденция к ликвидации складирования осадков и увеличению доли их сельскохозяйственного использования.

    Для сравнения, в Украине используется практически один способ утилизации осадков – складирование (>95%) и менее 5% – в сельском хозяйстве.

    Директивные документы ЕС регламентируют применение ОСВ в зависимости от способа их переработки (обычной или углубленной) в следующих областях:

    пастбища, кормовые культуры, с/х поля, выращивание фруктов и овощей, сады, виноградники, парки, зоны отдыха, леса, восстанавливаемые территории. В ближайшее время Европейский Союз намерен внести изменения в директиву 86/278/ЕС по охране окружающей среды, особенно почв, при использовании ОСВ в сельском хозяйстве. Единственно возможным способом переработки ОСВ остается термическая утилизация. Однако уже сейчас в директиве 2000/76/ЕС указаны очень жесткие нормативы по эмиссии вредных веществ в дымовых газах. В настоящее время вследствие очень высоких экономических затрат на сжигание ОСВ и особенно на очистку газовых выбросов, в Украине невозможно использовать современные термические способы утилизации ОСВ [4].

    Исходя из того, что основная опасность при складировании осадков заключается в миграции из них тяжелых металлов (ТМ) в почву и водоемы, представляет интерес проанализировать основные факторы, определяющие этот процесс.

    В санитарно-гигиеническом отношении опасность представляет не столько концентрация тяжелых металлов, сколько значение растворимости их солей, которая зависит от температуры, рН среды и массообменных процессов.

    Поэтому с точки зрения экологической безопасности возможны следующие подходы к ограничению миграции токсичных веществ из осадков в окружающую среду (табл. 2):

    ^ Таблица 2. Способы ограничения миграции ТМ из ОСВ

    • пассивация тяжелых металлов – повышение щелочности осадков для снижения растворимости металлов;



    • изоляция частиц осадка водонепроницаемыми пленками;



    • максимальное уплотнение осадков для снижения выщелачивания токсичных веществ, уменьшение фильтрационных и диффузионных процессов;



    • увеличение химической стойкости путем спекания и остекловывания частиц осадка;



    • предотвращение увлажнения;



    • комплексные мероприятия по изоляции осадков от окружающей среды.



    По нашим данным [2], в Украине только 1/3 объемов накопленных осадков согласно международных требований (табл.3,4) может иметь сельскохозяйственное использование.

    Регламентация требований к содержанию тяжелых металлов в ОСВ национальными стандартами зарубежных стран дает зеленый свет для использования ими более 55% осадков в сельском хозяйстве (табл.3). Отсутствие таких нормативных документов в Украине обуславливает нашу отсталость в утилизации ОСВ в сельскохозяйственной сфере хозяйствования.

    Таблица 3. Требования к содержанию тяжелых металлов в осадках сточных вод, используемых для удобрений (мг/кг сухого вещества) в некоторых странах



      Страна

      Co

      Ni

      Sr

      Cu

      Zn

      Pb

      Cr+3

      Cd

      Hg

      Fe

      Mn

      Украина (ТУ 204 Укр. 76-93)

      100

      200

      300

      1500

      2500

      750

      750

      30

      15

      25000

      2000

      Россия (ГОСТ Р 17.4.3.07-2001)

      -

      200-400

      -

      750-1500

      1750-3500

      250-500

      500-1000

      15-30

      7,5-15

      -

      -

      США



      150



      750

      1500

      500

      500

      50







      Франция

      20

      100



      1500

      300

      300

      200

      15

      8





      Германия



      200



      1200

      3000

      1200

      1200

      20

      20





      Австрия



      100



      500

      2000

      100





      10





      Нидерланды



      50



      500

      2000

      500

      500

      10

      10





      Швейцария

      100

      200



      100

      3000

      1000

      1000

      30

      10





      Финляндия

      100

      500



      3000

      5000

      1200

      1000

      30





      3000

      Директива ЕС № 86/278



      300-400



      1000-1750

      250-4000

      750-1200



      20-40

      16-25







    ^ Таблица 4. Химический состав осадков сточных вод г.Луганска

      Характеристика органической и минеральной составляющей осадков, %

      Вид осадка

      Органич. вещества

      SiO2

      Al2O3

      Fe2O3

      TiO2

      CaO

      MgO

      P2O5

      K2O

      Na2O

      SO3

      Осадок 1991г.

      33,4

      26,56

      9,45

      6,56

      0,23

      12,69

      2,72

      3,44

      0,79

      0,51

      3,22

      Осадок 2003г.

      61,1

      14,0

      4,41

      3,47

      0,25

      9,18

      0,39

      3,44

      0,52

      0,58

      3,24

      Содержание тяжелых металлов в осадке сточных вод, мг/кг

      Вид осадка

      Zn

      Cu

      Cr

      Cd

      Ni

      Co

      Mn

      Pb

      Осадок 1991г.

      7149

      1301

      1834

      1250

      7164

      125

      554

      274

      Осадок 2003г.

      611

      277

      214

      57

      391

      7,7

      358

      111



    Остальные ОСВ для своей утилизации требуют определенного подхода. Исходя из химических и физико-механических свойств депонированных ОСВ и данных лабораторных исследований (рис.1-3) установлено, что они могут служить сырьевой базой для производства ряда строительных материалов [5].





    Рис. 1. Осадок естественной влажности



Рис. 2. ОСВ с различным

зерновым составом



Рис. 3. Гранулометрический состав сухих осадков КОС г. Луганска

1990 и 2003 г.г. образования



    Накопленные ОСВ представляют собой крупнотоннажный отход, поэтому разработанные технологии сориентированы на их утилизацию в крупнотоннажную строительную продукцию.

    Исходя из минимизации миграции вредных веществ в окружающую среду и положения о максимальном уплотнении массы осадка с одновременной изоляцией частиц водонепроницаемыми пленками, в качестве которых можно использовать органические вяжущие, в частности, битум, то этим требованиям наиболее полно удовлетворяет асфальтобетон. Этот же материал определяет и наиболее рациональную область его использования – дорожную одежду.

    Проведенными исследованиями установлено, что асфальтобетон состава: Щебень = 25÷30%; Песок = 63÷68%; наполнитель – ОСВ = 7÷9%; вяжущее – битум БНД 60/90 -удовлетворяет требованиям ДСТУ Б В.2.7-119-2003 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон дорожный и аэродромный. Технические условия» и имеет следующие характеристики:



      Характеристики

      Требования ДСТУ Б В.2.7-119-2003



      объемный вес, т/м3 – 2,27;

      водонасыщение, % – 2,98;

      набухание, % – 0,7;

      сопротивление сжатию, МПа:

      R20° = 2,6

      R50° = 1,2

      Rвод = 2,3



      2,2÷2,4

      2,5÷6,0

      < 1,5

      > 2,0

      > 1,1





    Коэффициент диффузии ионов тяжелых металлов из асфальтобетона находится в диапазоне (2,5÷2,8)·10-14 м2/с.

    Экспериментальная апробация проведена на участке строящейся дороги (обход) г. Луганска и при устройстве дорожного покрытия гаража для дорожной техники в 2005-06 гг.

    Технология приготовления асфальтобетонной смеси с наполнителем из ОСВ и производство укладки дорожной одежды – традиционные (рис.4, а-з).




      а)



      б)



      в)



      г)



      д)



      е)



      ж)



      з)




    Рис. 4. Основные этапы утилизации ОСВ в дорожное строительство:

    а) разработка буртов осадка; б) погрузка осадка и доставка к месту просева и сушки; в) асфальтобетонная смесь после АБЗ доставляется на дорогу; г) разравнивание смеси автогрейдером; д) подготовка подстилающего слоя; е) укатка подстилающего слоя; ж) так выглядит подготовленное основание; з) фрагмент дорожного покрытия из асфальтобетона с осадком.

    Способ утилизации защищен патентами [6,7]. Его экономическая эффективность заключается в снижении стоимости 1м3 асфальтобетона на 4-6% за счет замены минерального порошка на ОСВ. Экологическая эффективность – утилизация в 1м3 асфальтобетона 200кг сухого осадка и снижение платы за размещение отходов. Наблюдение в течение 4 лет за экспериментальными участками подтвердило высокое качество покрытия

    Другая область применения осадков – использование их при производстве строительной керамики. Это модификация существующего способа сжигания, в котором устраняется проблема дальнейшей утилизации золы, путем ее спекании и формовки строительного камня.

    В лабораторных условиях эксперименты проводились на 2х сырьевых компонентах: глине Алчевского карьера и отходах углеобогащения. Выгорающими добавками служил в обоих случаях осадок канализационных очистных сооружений г.Луганска.

    Образцы формовали одинаковой пластичности. Сушку производили по режиму:

    – подъем температуры до 90° – 4 часа

    – сушка при температуре 90° – 2 часа

    – снижение температуры до 30° – 2 часа

    Образцы обжигали при температуре 950°С по режиму 1,5+2+3 часа

    ^ Таблица 5. Основные свойства керамического черепка



      Содержание осадка, %

      Средняя плотность, ρср, т/м3

      Пористость, По, %

      Теплопровод-ность, λ, Вт/м·К

      Предел прочности при сжатии, Rсж, Мпа

      1

      Без добавки

      2,08

      16,4

      0,99

      12,2

      2

      10

      2,0

      20,0

      0,94

      13,3

      3

      20

      1,82

      27,2

      0,84

      12,0

      4

      30

      1,70

      29,2

      0,80

      10,2

      5

      40

      1,61

      31,6

      0,78

      9,75

      6

      50

      1,56

      37,6

      0,70

      9,4

      7

      60

      1,50

      40,0

      0,67

      9,25

      8

      70

      1,41

      43,5

      0,62

      9,0

      9

      80

      1,28

      48,8

      0,55

      8,75



    Опытно-промышленная партия керамического кирпича выпущена на Луганском кирпичном заводе. Сырьевая масса – отходы углеобогащения Луганской ЦОФ – 70% и ОСВ – 30% (рис. 5, а-з).


      а)



      б)



      в)



      г)



      д)



      е)



      ж)



      з)




    Рис. 5. Основные этапы утилизации ОСВ в керамические изделия:

    а) разработка лежалых осадков на площадке складирования; б) подача осадка в бункер смесителя; в) прессование и резка сырца; г) сушка сырца; д) загрузка высушенного сырца в печь; е) выгрузка обожженного кирпича; ж), з) экспериментальная партия кирпича с добавкой ОСВ.

    Характеристика полученного кирпича:

    Rпр = 120÷175 кг/см2 ; морозостойкость 15-25 циклов, что соответствует требованиям стандарта ДСТУ Б В.2.7-42-97.

    Тяжелые металлы в процессе высокотемпературного обжига остекловываются, что делает кирпич экологически чистым и безопасным материалом.

    Регулируя количество добавки ОСВ и качество сырьевой смеси можно получать различные виды строительной керамики с заданными полезными свойствами [8]. Перспективным является получение керамзита, необходимого как в строительстве, так и в самих технологиях очистки воды и газа. Необходимо отметить , что при введении в керамическую массу выгоращей добавки ОСВ происходит снижение температуры обжига кирпича на 50-100 °С. Получаемый кирпич на 5-10% дешевле традиционного. В экологическом отношении технология позволяет утилизировать 30-40, а теоретически до 80% ОСВ.

    Еще одно крупнотоннажное направление утилизации ОСВ –получение биогумуса с помощью вермикультуры. Отработанная нами технология утилизации отходов животноводства с помощью компостного червя «Старатель» в настоящее время адаптируется к субстратам на основе ОСВ различных канализационных очистных станций (рис.7).



    Успешное решение проблемы утилизации осадков сточных вод важно не только с экологической точки зрения, но оно определяет и уровень цивилизованности государства.



    Уровень технологии предприятий по очистке сточных вод может быть оценен по значению коэффициента безотходности – КБ:

    ,

    где – коэффициенты использования твердой жидкости и газовой фазы осадков.

    Из регионального опыта:



    Исходя из того, что безотходным технологиям соответствует КБ ≥95%;

    КБ = 75-94% – малоотходные;

    КБ < 75% – многоотходные технологии,

    то при увеличении до 100 отечественные многоотходные технологии будут переведены в разряд малоотходных.

    Однако это возможно только при согласованных действиях всех заинтересованных участников: производителей отходов, производителей стройматериалов, при содействии санитарных, экологических организаций и органов местного самоуправления.

    ^ Выводы исследования и перспективы дальнейших исследований в данном направлении

    Предложенные способы утилизации ОСВ позволяют получить следующие эффекты:

  1. совершенствование технологии очистки воды и обработки осадка предприятиями водоканала;

  2. уменьшение количества осадков, возвращение в хозяйственное пользование занимаемых ими земельных участков и улучшение качества окружающей среды;

  3. расширение сырьевой базы для производства строительных материалов;

  4. использование местных строительных материалов на основе отходов водоочистки в соответствии с нормативными требованиям;

  5. экологическая эффективность заключается в уменьшении

    себестоимости строительных материалов за счет замены дефицитных компонентов и снижении энергозатрат, образовании потребительской стоимости сырья для производства строительных материалов. Также для производителей отходов снижаются платежи за размещение отходов на занимаемых ими территориях;

  1. улучшается экологическая и социальная обстановка на прилегающих территориях;

  2. технология предусматривает создание новых рабочих мест.



    Литература



  1. Сучкова Н.Г. Анализ состояния проблемы рекультивации иловых площадок очистных сооружений городов и перспективы для Харьковского региона // Сб.докладов ЭТЭВК- 2007, Ялта, 2007, С. 279-284.

  2. Дрозд Г.Я., Зотов Н.И., Маслак В.Н. Технико-экологические записки по проблеме утилизации осадков городских и промышленных сточных вод. – Донецк: ИЭП НАН Украины, 2001. – 340с.

  3. Закон Украины «Про вiдходи», №187/98 – ВР вiд 5.03.1998р.

  4. Т. Паёнк Законодательство Европейского Союза в области утилизации осадков // Водоснабжение и санитарная техника, 2003, №1. – С.37-41.

  5. Дрозд Г.Я., Матвеева И.В., Погостнова О.А., Бреус Р.В. Использование осадков сточных вод при производстве строительных материалов (новое направление утилизации ОСВ) / Збiрник наукових праць Луганського нацiонального аграрного унiверситету. Серiя «Технiчнi науки» №41 (53).- Луганск, ЛНАУ, 2004.- С.3-13.

  6. Спосіб утилізації осадів міських стічних вод. Дек. патент №26095, кл.

    CO F 1|52, CO 4B 26|26. Бреус Р.В., Дрозд Г.Я.; опубл. Бюл.№14, 2007.

  1. Асфальтобетонна суміш.Дек. патент №17947, кл.CO 4B 26|26.

    Бреус Р.В., Дрозд Г.Я.; Гусенцова Є.С. опубл. Бюл.№10, 2006.

  1. Керамічна маса для виготовлення стінових виробів .Дек. патент №10487, кл. 7 CO 4B 33|00. Погостнова О.А., Дрозд Г.Я.,

    Акулов А.М., Погостнов А.П.. опубл. Бюл.№11, 2005.



Схожі:

Удк 628. 47 Дрозд Г. Я. д т. н., проф каф. Гсх донгту iconДолголаптев В. М. – к т. н., доц каф. Гсх донгту
...
Удк 628. 47 Дрозд Г. Я. д т. н., проф каф. Гсх донгту icon25. состав проблемных комиссий крымского государственного медицинского университета имени с. И. Георгиевского
Председатель: проф. Белоглазов В. А. – зав каф внутренней медицины №2. Зам председателя: проф. Ушаков А. В. – зав каф внутренней...
Удк 628. 47 Дрозд Г. Я. д т. н., проф каф. Гсх донгту iconАннотации удк 628. 1-628. 3 Матлак е. С., Карягин а. В., Романова в. Ю
Матлак е. С., Карягин а. В., Романова в. Ю. О проблеме вовлечения шахтных вод в хозяйственное водоснабжение донбасса
Удк 628. 47 Дрозд Г. Я. д т. н., проф каф. Гсх донгту iconАннотации удк 628. 1-628. 3 Матлак е. С., Карягин а. В., Романова в. Ю
Матлак е. С., Карягин а. В., Романова в. Ю. О проблеме вовлечения шахтных вод в хозяйственное водоснабжение донбасса
Удк 628. 47 Дрозд Г. Я. д т. н., проф каф. Гсх донгту iconПроф., д филос н., зав каф
Проф., д филос н., зав каф философии Ульяновского филиала мгу валентин Александрович Бажанов: 
Удк 628. 47 Дрозд Г. Я. д т. н., проф каф. Гсх донгту iconПерелік публікацій кафедри «Організація перевезень і управління на залізничному транспорті» за 2009 рік
Чернецька Н. Б. д т н проф каф. „Опузт”, Варакута Є. О. к т н доц каф. „Опузт”, Колодяжна Л. Г. к т н доц каф. „Опузт”
Удк 628. 47 Дрозд Г. Я. д т. н., проф каф. Гсх донгту iconПерелік публікацій кафедри «Організація перевезень І управління на залізничному транспорті» за 2009 рік
Чернецька Н. Б. д т н проф каф. „Опузт”, Варакута Є. О. к т н доц каф. „Опузт”, Колодяжна Л. Г. к т н доц каф. „Опузт”
Удк 628. 47 Дрозд Г. Я. д т. н., проф каф. Гсх донгту icon21. состав проблемных комиссий крымского государственного медицинского университета имени с. И. Георгиевского
Председатель: проф. Белоглазов В. А. – зав каф внутренней медицины №2. Зам председателя: проф. Хренов А. А. зав каф внутренней медицины...
Удк 628. 47 Дрозд Г. Я. д т. н., проф каф. Гсх донгту iconПрограма Курсу екоморфологія
Затверджено на засіданні каф біології та екології протокол №1 від 28 серпня зав каф проф. Булах А. А
Удк 628. 47 Дрозд Г. Я. д т. н., проф каф. Гсх донгту iconПрограма Курсу основи педагогічної майстерності
Затверджено на засіданні каф біології та екології протокол №1 від 28 cерпня зав каф проф. Булах А. А
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи