|
Авторы Гироль Н.Н., Гироль А.Н., Якимчук Б.Н., Национальный университет водного хозяйства и природопользования, Ровно, Бойчук С.Д., Мякишев В.А., Национальная академия природоохранного и курортного строительства, Симферополь Проблемы утилизации отходов жизнедеятельности человека с каждым годом приобретают особую остроту. Значительные территории, отводимые под складирование бытового мусора и промышленных отходов, являются серьезной опасностью техногенного характера, способной привести к масштабным катастрофам.
Осознание этой проблемы широкой общественностью благоприятно сказывается на развитии технологий переработки или утилизации отходов [2, 4]. Среди технологий утилизации отходов широкое распространение получила технология их сжигания. При сжигании во многих случаях происходит концентрирование содержащихся в отходах или образующихся при сжигании вредных примесей. Получение, хотя и в значительно меньшем количестве, но экологически опасных продуктов сжигания, требует разработки технологий их утилизации [3, 7]. В ряду этих проблем с каждым годом особого звучания практически на всей территории стран СНГ приобретает проблема утилизации технологических стоков станций очистки питьевых вод. В действующих в период разработки таких станций нормативах (СНиП 11-31-74, СНиП 2.04.02-84) не уделялось должного внимания этим проблемам. Поэтому на большинстве станций очистки питьевых вод отсутствуют решения обработки технологических стоков или предусмотрены чрезмерно упрощенные решения очистки. При этом, как правило, не предусматривались экологически безопасные технологии утилизации образующихся осадков. Между тем, в таких осадках содержатся высокие концентрации примесей, характерных конкретному источнику водоснабжения (SiO2, Fe2O3, СаО, MgO, БПК, ХПК, N, цветность и пр.) и технологиям очистки воды. Применение иного реагента в схемах очистки воды ее обеззараживания, кондиционирования обуславливает присутствие в осадках различных примесей (Al2O3, Fe2O3, хлорорганика, алюминаты, продукты озонолиза и пр.) [9]. Сосредоточивание большого количества упомянутых продуктов на иловых (технологических) площадках станций очистки питьевых вод отрицательно сказывается на техногенной нагрузке региона их размещения. Загрязнения из этих площадок с поверхностными водами попадают не только в поверхностные водоисточники, но и проникают в подземные, расположенные даже на значительных глубинах [8]. Население Украины потребляет воду из поверхностных источников ~14 км3/год и 2,5 км3/год — из подземных [1]. Исходя из усредненного показателя содержания взвешенных веществ в воде поверхностных источников 25 мг/л, дозы коагулянта 12 мг/л, общая величина осадка, локализованная на станциях очистки питьевой воды, составляет более 450 тыс. т/год. На станциях обезжелезивания воды при начальном содержании Fe+2 — 2 мг/л, количество задержанных окислов железа достигает более 4 тыс. т/год. При учете задержания на станциях очистки питьевой воды других примесей общая их масса существенно возрастает. Проведенные нами исследования содержания примесей в осадке станций очистки питьевой воды Симферопольского гидроузла свидетельствуют, что в промывных водах концентрация различных примесей существенно отличается от ПДК характерных для р. Салгир, в которую они могут сбрасываться. Отличаются упомянутые показатели и от требований ПДК, предъявляемых технологическим регламентом станции очистки питьевой воды (табл. 1). Причем отклонение многих параметров промывных вод от ПДК предъявляемых как фильтровальной станцией, так и рекой, весьма существенно. Существующие на Симферопольском гидроузле технические решения улучшения качества промывных вод, базирующиеся на технологии двухчасового отстаивания, не позволяют обеспечить необходимое снижение не только таких примесей, как дибромхлорметан, бромдихлорметан, четыреххлористый углерод, но даже и таких, как взвешенные вещества и алюминий. Кроме того, локализация на упомянутом гидроузле значительных объемов технологических стоков и осадков требует отвода значительной площади земли, что в условиях Крыма, с экономической точки зрения, крайне не выгодно. Применение различных реагентов для интенсификации процесса отстаивания: таких, как сернокислый алюминий, хлорное железо, «Полвак», «Магнафлок» позволяет существенно повысить эффективность этого процесса. Эффективность извлечения многих примесей (взвешенные вещества, алюминий) при прочих равных условиях возрастает в 2-3 раза. Необходимая эффективность очистки промывных стоков достигается регулированием дозы используемого реагента. Выбор реагента производят на основе технико-экономических расчетов. При этом следует принимать во внимание, что с ростом дозы реагента увеличивается его присутствие в осадке. Существенное снижение примесей в промывной воде делает возможным подготовленную таким образом воду, перед ее возвратом в смеситель сооружений очистки питьевой воды, предварительно доочищать фильтрованием [10]. Исследования процесса очистки промывной воды, обработанной реагентом «ПОЛИДАДМАК», свидетельствуют о заметном снижении в ней таких примесей, как бромдихлорметан, дибромхлорметан, алюминий и пр. Величина такого снижения достигает 40-90%. Рационально подобранные реагенты позволяют обеспечить эффективную подготовку промывной воды, что способствует созданию условий прекращения ее сброса в водоисточник, и позволяет направить в смеситель станции очистки питьевой воды. Такое решение наряду с экологической эффективностью имеет экономическую целесообразность. При величине суточного сброса промывной воды на Симферопольском гидроузле («Петровские скалы») 3000-4000 м3, суммарной платы за 1 м3 полученной и сброшенной воды ~ 0,2 $ суточные потери в денежном выражении составляют ~ 600-800 $ (при этом не учтена величина экологического убытка от отвода за пределы станции очистки питьевой воды недостаточно чистых промывных вод). Из приведенного очевидна необходимость поиска технических решений обеспечивающих эффективную очистку промывных вод. Очищенные промывные воды целесообразно возвращать в смеситель станции очистки питьевой воды, а образовавшийся осадок утилизировать до безвредного состояния для окружающей среды. На станции очистки питьевой воды «Петровские скалы» ежегодно накапливается около 500 т осадка (рис. 1). При прокаливании сухого осадка он теряет более 70% своей массы, что свидетельствует о возможности его сжигания. 
Наличие в осадке разнообразных вредных примесей подтверждает такое решение. Потому в схему утилизации осадка положена технология его сжигания. Применение других технологий утилизации осадка — укладка в дорожное полотно, использование как составляющей бетона, применение при изготовлении цемента с учетом технико-экономических значений показателей этих технологий требует дополнительного обоснования [8, 10-5, 4]. В ряде случаев такие методы утилизации осадков сопровождаются ухудшением конечной продукции и небезупречны в экологическом плане. С целью решения проблемы нами предложена схема обработки технологических стоков и утилизации осадка (рис. 2). Основной особенностью такой схемы является очистка технологических стоков на разработанных нами конструкциях фильтров с плавающей загрузкой (ФПЗ), способных работать с промывной водой, которая содержит высокую концентрацию механических примесей. 
Такие сооружения не требуют использование насосов и емкостей, которые хранят промывную воду для их промывки. Возможность протекания в одном корпусе процессов отстаивания и фильтрования позволяет отказаться от дорогих сооружений отстаивания и способствует сокращению габаритов станции очистки промывных стоков. Перед подачей на ФПЗ промывные воды поддаются обработке реагентом. Вид и доза реагента зависят от качества промывных вод. Технологические и конструктивные параметры фильтра — от качества сформированных в промывной воде агрегатов после обработки ее реагентом. Частично очищенная вода отвечает требованиям технологического регламента станции очистки питьевых вод и может подаваться в ее смеситель. Локализованный в пруде-накопителе и в улавливателе песка осадок отводится на площадку его подсушивания. Зольная вода из установки сжигания отводится на площадки подсушивания осадка. Для предотвращения инфильтрации через смоченную поверхность площадок подсушивания она покрывается гидроизоляционным покрытием. Процесс подсушивания осадка в условиях п-ова Крым, который характеризуется высокими среднегодовыми температурами, может успешно протекать в естественных условиях. Применение технологии естественного подсушивания осадка положительно отражается на технико-экономических показателях предложенной схемы очистки технологических сточных вод. Физико-химические свойства осадка грязных промывных вод очистительной станции зависят от концентрации и вида примесей исходной воды водоема, технологии реагентной обработки воды на очистительной станции, содержания загрязнений в промывной воде и осадке. По результатам нейтронно-активационного анализа воды Симферопольского водохранилища, содержание веществ группы токсичных металлов и неметаллов составляет: Максимальное содержание взвешенных веществ в воде водохранилища приходится на период наводнений в р. Салгир и составляет 67 мг/л. Окисление исходной воды весной снижается до 3,7, а в осенне-зимний период повышается до 7,6 мг О2/л из-за отсутствия канализации в густонаселенном водосборном бассейне водоема. В промывных водах после промывки быстрых фильтров очистительной станции содержится 3,8...11,4% Аl2O3 и 21...33% SiO2. Снижение массы осадка при его прожаривании достигают 69...79%, что свидетельствует о содержании в промывной воде значительного количества примесей органического происхождения и связанной воды. Сжигание осадка технологических стоков станций очистки воды для питьевых целей в присутствии минералов, которые расплавляются легко, позволяет получить щебень, который можно использовать в качестве крупного заполнителя при производстве бетонов или в качестве других строительных материалов. Оплавленная поверхность щебня предотвращает вынос минеральных примесей выжженного осадка. Такое решение позволяет обеспечить экологически безвредную и эффективную работу станции очистки питьевой воды, которая имеет особенное значение для условий п-ова Крым. Нами разработано и проверено в производственных условиях технологию сжигания со следующим спеканием осадка и получением из него щебня или кирпича. Испытание гравия из осадка технологических стоков по методике определения прочности керамзита показало, что гравий после выжигания при температуре 1120 °С не разрушался при удельной нагрузке 33 кг/см2. Образцы гравия из осадка, выжженные при температуре 600 °С, в соответствии с ГОСТ 9757-90 «Гравій, щебені й пісок — штучні пористі. Технічні умови» соответствуют марке «150». Образцы гравия осадка, выжженные при температуре 1120 °С, соответствуют марке «550» (рис. 3,В). 
Согласно требованиям ГОСТа 9759-71 к керамзитовому гравию, полученные нами в опытах образцы гравия после выжигания осадка при температуре 1120 °С и 600 °С относятся к классу «Б». Образцы гравия, полученного при формировании из смеси осадка, глины и песка при разных температурах выжигания, преимущественно не отвечают требованиям стандарта по прочности для керамзитового гравия. Коэффициент формы зерна Кф гранул керамического гравия равняется 1,1...1,4. Использование осадка в качестве сырья для кирпичного завода позволили получить кирпич М100. В качестве дополнительного материала (наполнителя) для получения формировочной смеси принят глинистый сланец карьера Мариинский (керамическая глина), что используют на Симферопольском кирпичном заводе при изготовлении кирпича. Наилучшие показатели прочности и химической стойкости в водных вытяжках образцов керамического гравия, формировочная смесь которого состоит из осадка технологических стоков очистительной станции. Удовлетворительные показатели химической стойкости керамического гравия получены также из формировочной смеси, которая состоит из осадка технологических стоков очистительной станции (по сухому веществу) — 50%, с добавкой керамической глины (по сухому веществу) — 50% и воды. Образцы полученного из осадка технологических стоков очистительной станции и выжженного при разных температурах гравия показаны на рис. 3. Выжигание образцов для получения керамического гравия проводили в течение 20...60 мин., в предварительно разогретой до необходимой температуры печи: 1-я группа образцов — выжигание при 600 °С в течение 20 мин.; 2-я группа образцов — выжигание при 900 °С в течение 60 мин.; 3-я группа образцов — выжигание при 1120 °С в течение 60 мин.
В результате аналитических исследований по определению содержания токсичных элементов в водных вытяжках и удельной радиоактивности, по выводам аккредитованного испытательного центра государственного предприятия «Крымстандартметрология» от 06.02.2006 г. и согласно НРБУ-97 позволяет применение образцов щебня, изготовленного из осадка во всех видах строительства без ограничения. Проведенные исследования подтверждают описанную гипотезу. При сжигании 500 т осадка, который содержит около 80% горючих веществ, ежегодно будет утилизироваться свыше 100 т минеральных примесей, изъятых из промывной воды. То есть, ежегодно может обезвредить 100 т вредных примесей технологических стоков ВОС «Петровские скалы». Выводы
1. На станциях очистки питьевой воды накапливаются значительные массы осадка, который содержит вредные для окружающей среды примеси. Осадок содержит до 80% горючих смесей.
2. В технологической схеме обработки осадка целесообразно применение фильтров с плавающей загрузкой, способных работать с промывной водой, которая содержит высокую концентрацию механических примесей.
3. Безопасная утилизация осадка станций очистки питьевой воды может быть достигнута при их термической обработке с получением в качестве конечного продукта щебня. ■ Литература
1. Національна доповідь про якість питної води та стан питного водопостачання в Україні у 2003 році. — Рівне, 2005. — 143 С.
2. Шевченко Л.Я. Використання термообробки при очистці виробничих стічних вод водопровідних станцій // Зб. наук. праць Рівненського держ. техн. ун-та Мін. осв. України. — Рівне, 1999. — вип. 2 (част. 2). — с. 121-125.
3. Яковлєв В.В. Питне водопостачання міст на основі окремого використання підземних вод (на прикладі м.Харкова) // Автореф. канд. дис. —
Харків, 1999. — 18 С.
4. Балоян Б.М., Чуднова Т.А., Смирнова Л.М. Безотходная технология непрерывной очистки питьевой воды // Материалы конф. ECWATECH-2002.
— М.: 4-7.06.2002, с. 269-271.
5. Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Н.И.Лихачев, И.И. Ларин и др. // Под общ ред. В.Н.Самохина. — 2-е изд., перераб и доп. — М.:Стройиздат, 1981. — С. 639.
6. Журба М.Г., Чекрышов А.В., Говорова Ж.М. Обработка промывныхвод и осадков водопроводных станций: Обзорная информация. — Сер. Инженерное обеспечение объектов строительства.— М.:ВНИИНТПИ,2001. — вып. 1.
7. Borys M., Filipоwicz P. Ocena wykorzystanai mieszanin popiolo-zuzlowych w budownictwie hydrotechnicznym,w:Monografii komitetu inzynierii srodowiska Polskiej akademii nauk.Vol.32. 2 Kongres inzynierii srodowiska.Materially. Tom 1. (Redakcja — Pawlowski L., Dudzinska M.R., Pawlowski А.), Lublin, Wydawnictwo Drukarnia LIBER DUO. 2005. — s. 1063-1070.
8. Pawlowski L. Neutralization of Wastes in a Cement Kiln, in: Thermal Solid Waste Utilization in Regular and Industrial Facilities, (Edited by Pawlowski L.,
Dudzinska M.R., Gonzalez M.A.). Environmental Science Research Vol. 58: 1-10. Plenum Publishing. 4.
9. Milaszewski R. Ekonomiczne aspekty zarzadzania jakoscia wod w Polsce, w: Monografii komitetu inzynierii srodowiska Polskiej akademii nauk.Vol.12.
1 Kongres inzynierii srodowiska. Referaty Problemowe. (Redakcja — Dudzinska M.R., Pawlowski А., Pawlowski L.), Lublin, Wydawnictwo Drukarnia LIBER. 2002, s. 175-189.
10.Lorber K.E. Recovery of Materials and Energy form Waste in Austrian Cement Works, in: Thermal Solid Waste Utilization in Regular and Industrial Facilities, (Edited by Pawlowski L., Dudzinska M.R., Gonzalez M.A.), Environmental Science Research Vol. 58: 19- 27. Plenum Publishing. 4.
|
