Проблемы утилизации иловых осадков очистных сооружений

УДК 544.723

И. А. Насыров, Г. В. Маврин, И. Г. Шайхиев

ПРОБЛЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ ИЛОВЫХ ОСАДКОВ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Ключевые слова: иловые осадки, иловые карты, очистные сооружения, загрязнение, утилизация.

Рассмотрена особенность утилизации иловых осадков, изучен состав, проведены измерения загрязненности иловых осадков тяжелыми металлами и нефтепродуктами.

Keywords: sludge, silt card, sewage treatment, pollution, recycling.

Consider the features of sludge, studied composition, measured the contamination of sludge with heavy metals and oil products.

Актуальным вопросом в настоящее время является охрана окружающей среды от загрязнений, увеличение мощности систем оборотного и повторного использования вод, разработка ресурсосберегающих и безотходных технологий [1].

Процессы самоочищения природы из-за больших концентраций ксенобиотиков и высокой их устойчивости к разложению идут очень медленно. Поэтому актуальной экологической задачей является восстановление окружающей среды: рациональная переработка промышленных и сельскохозяйственных отходов; санация и восстановление плодородия земель, загрязненных токсичными химическими веществами; утилизация осадков сточных вод очистных сооружений; очистка водных источников и т. д. Одной из многочисленных экологических проблем современной цивилизации является утилизация отходов производства и потребления, в том числе отходов канализационных очистных сооружений.

В результате хозяйственно-бытовой и производственной деятельности человека образуются жидкие отходы в виде сточных вод, которые, преимущественно, сбрасываются в канализацию. В процессе прохождения сточными водами стадий очистки на очистных сооружениях образуется иловый осадок, в большинстве своем, не поддающийся какой-либо переработке, кроме как обезвоживанию на иловых полях в естественных условиях. Этот процесс долгосрочен и занимает огромные площади под иловые карты. Кроме того, складирование иловых осадков приводит к распространению неблагоприятного газовоздушного фона, загрязнения почв и подземных вод токсичными компонентами, входящими в состав осадков [2].

Отметим, что за год в России образуется порядка 2 млн. тонн осадков по сухому весу (при исходной влажности 98 % их масса составляет порядка 100 млн. тонн) [4].

Осадки городских очистных сооружений представляют собой органические (до 80 %) и минеральные (около 20 %) примеси, выделенные из воды в результате механической, биологической и физико-химической очистки [5]. В их состав входят вещества, обладающие общетоксическим, токсикогенети-ческим, эмбриотоксическим, канцерогенным и другими негативными свойствами. В них могут содержаться тяжелые металлы, патогенные организмы, избыточное количество нитратов, токсические вещества, пестициды, полихлорированные бифенилы,

алифатические соединения, эфиры, моно- и полициклические ароматические вещества, фенолы, нит-розамины. Выделяемые осадками сточных вод вредные газы могут превышать предельно допустимые концентрации в несколько раз, дурно пахнут.

Распространенные способы обработки осадков в метантенках или выброс их на иловые площадки являются несовершенными, малопроизводительными и требуют отчуждения значительных земельных участков вблизи источников загрязнения [3]. Территории, предусмотренные для хранения иловых осадков, в большинстве случаев переполнены и уже не справляются с непрерывными иловыми потоками. Кроме того, хранилища для иловых осадков представляют угрозу для объектов окружающей среды из-за высокого содержания опасных вирусов, бактерий, вредных газов, опасных химических соединений. Помимо этого, в процессе сбраживания в естественных условиях образуются неприятные запахи, что доставляет большие неудобства населению.

Благодаря наличию высокой концентрации фосфора и азота, осадок сточных вод является хорошим удобрением. Но, в то же время, он может представлять собой источник загрязнения, так как, кроме различных органических веществ, в нем могут содержаться тяжелые металлы, которые загрязняют окружающую среду. Данное обстоятельство - одна из причин того, почему в последние годы все большее распространение получает сжигание осадка. Названный процесс также дает возможность получить положительный баланс энергии и эффективно использовать теплотворную способность осадка [4]. Основным фактором, побуждающим к использованию данного метода, является тот факт, что количество образующегося на городских очистных сооружениях осадка несоизмеримо велико по сравнению со свободными площадями, на которых осадок может подвергаться утилизации или другой обработке (например, компостированию).

Вокруг городов и крупных поселений России, за исключением мегалополисов, скопилось огромное количество некондиционных осадков - отходов производства после биологической очистки канализационных сточных вод. Возле мегалополисов такие осадки (их первоначальная влажность составляет 98-99 %) сушат и сжигают в специальных весьма энергоемких и экологически небезупречных печах, затем депонируют. В ряде городов, обезвоженные сырые осадки собирают и сбрасывают на городские

полигоны, усугубляя и без этого напряженную экологическую обстановку.

В рамках данной работы по изучению иловых осадков определено, что в иловых осадках содержится значительное количество органического вещества, то есть жиров, белков, углеводов и т.д. Проведенными анализами сухого вещества иловых осадков очистных сооружений г. Набережные Челны, определено среднее содержание минеральной части, которое составило 34,5 %. Соответственно, содержание органической составляющей осадка -65,5 %.

Водная фаза иловых осадков характеризуется нейтральной средой, при этом повышенное содержание растворенных солей определяется значением минерализации в пределах 1,7 ^ 2,5 г/дм3. Показатели образцов водной фазы, отобранные из трех различных иловых площадок очистных сооружений ООО «Челныводоканал», приведены в таблице 1.

Как следует из данных, приведенных в таблице 1, во всех иловых картах наблюдается превышение ПДКр.х. по фторид-ионам более чем в 7 раз; на двух иловых площадках (№2 1 и 2) наблюдается превышение по нитрат-ионам более чем в 13 раз, по ионам кальция - в 2 раза. Оценка коэффициента превышения концентраций рассчитывалась относительно ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения, так как существует риск попадания иловых вод в поверхностные и грунтовые водные объекты, которые в Республике Татарстан отнесены к объектам рыбохозяйственного значения.

Полученные значения БПК5, отражающие суммарное содержание в воде органических веществ, позволяют судить о том, что данные воды относятся к категории очень грязных вод.

В современных условиях охрана почв от загрязнений является важной задачей, так как любые вредные соединения, находящиеся в почве, рано или поздно попадают в организм человека [6].

Одними из главных и масштабных по объемам загрязнителей окружающей среды вредными и опасными веществами, в частности, тяжелыми металлами, являются иловые площадки

Эксплуатация иловых карт подразумевает следующие особенности:

1. Вымывание загрязнений в открытые водоемы и грунтовые воды;

2. Попадание загрязнений по пищевым цепям в организм человека;

3. Многие соединения имеют способность аккумулироваться в тканях, и, прежде всего в костях.

Среди загрязнителей окружающей среды тяжелые металлы и их соединения образуют значительную группу токсикантов [6].

Наибольший интерес представляют те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах используют в производственной деятельности человека и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк.

Проведенные измерения массового содержания тяжёлых металлов, как в водной фазе иловых осадков (водорастворимая форма), так и в сухом остатке (валовое содержание), показывают, что концентрация тяжелых металлов в сухом осадке значительно выше, чем в водной фазе иловых осадков (табл. 2).

Таблица 2 - Содержание тяжелых металлов в иловых осадках

№ С (водорастворимая форма), мг/дм3 С (сухой остаток), мг/кг

Fe Zn Pb Cr Fe Zn Pb Cr

1 0,26 2,6 0,001 0,01 0,66 101 49 12

2 0,17 0,3 0,002 0,01 0,67 59 20 7,3

3 0,16 2,2 0,001 0,01 - - - -

ПД Кпо чвы 0,1 0,01 0,01 0,07 не нор м. 23 30 6

Результаты определения токсичности иловых осадков с использованием стандартных тест-объектов Daphnia magna показали, что иловые осадки оказывают острое токсическое действие и относятся к 4 кассу опасности [7].

Также иловые осадки были исследованы на содержание в них нефтепродуктов. Учитывая то, что ПДК по содержанию нефтепродуктов в почве в Татарстане составляет 1,5 г/кг, можно сделать вывод о том, что в иловых осадках наблюдается многократное превышение по данному показателю (табл. 3).

Таблица 3 - Содержание нефтепродуктов в иловых осадках

№ пробы Концентрация нефтепродуктов, г/кг

1 11,65

2 27,95

3 67,33

4 11,035

Основная масса осадков складируется на иловых площадках и отвалах, создавая технологические проблемы в процессе очистки стоков. Условия их хранения, как правило, приводят к загрязнению поверхностных и подземных вод, почв, растительно-

Таблица 1 - Показатели водной фазы иловых осадков

№ п/п УЭП, мСм/см Минерализация, мг/дм3 pH БПК5, мг О2/ дм 3 С, мг/дм3

F' NO3 п 2+ Ca

1 4,84 2541 6,92 685 0,36 558 485

2 4,32 2229 6,87 681 0,31 785 371

3 3,33 1705 6,61 698 1,22 75,9 41,7

ПДК р.х. не нормируется не нор-миру-ется 6,58,5 3 0,05 40 180

сти. Поступая в подземные и грунтовые воды, водная вытяжка осадков сточных вод придает им цветность, привкусы, что негативно отражается на качестве таких вод. Эта проблема с каждым годом обостряется и требует безотлагательного решения. В России иловые осадки практически полностью хранятся на территориях очистных сооружений, что превращает их в очаг бактериологической и токсикологической опасности.

Управление осадком сточных вод в настоящее время является одной из наиболее острых экологических проблем. В то же время, использование осадка сточных вод позволит решить существующую в настоящее время необходимость поиска альтернативных источников энергии, которыми может стать осадок сточных вод.

Существует множество методов рекуперации и утилизации осадков биологической очистки сточных вод. В частности, предлагается последние использовать в качестве источника для получения активированных углей [8-10], для получения комплексных сорбционных материалов, предназначенных для удаления ионов тяжелых металлов [11, 12], биоремедиации нефтезагрязненных почв [13, 14] и т. д. Выбор способа рекуперации определяется, как правило, наличием соответствующего оборудования.

Литература

1. Е.А. Седова, Научный поиск. Технические науки : материалы третьей науч. конф. аспирантов и докторантов, Юж.-Урал. гос. ун-т, 2011. Т. 1. С. 74-78.

2. Ю.В. Воронов, С.В. Яковлев, Водоотведение и очистка сточных вод: Учебное пособие, Москва, 2006. 704 с.

3. Е. П. Пахненко Осадки сточных вод и другие нетрадиционные органические удобрения, БИНОМ: Лаборатория знаний, Москва, 2007. 311 с.

4. Обезвреживание осадков сточных вод [Электронный ресурс] URL: http://www.green-pik.ru/sections/96.html &article=17.

5. А.М. Благоразумова, Обработка и обезвоживание осадков городских сточных вод, 2-е изд., испр. и доп., Издательство «Лань», СПб., 2014. 208 с.

6. Ю.А. Щелкова Исследование влияния тяжелых металлов на рост растений и микрофлору почвы. Успехи в химии и химической технологии, Москва, 2011. 75 с.

7. ФР.1.39.2007.03222 Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний.

8. Yu Lan-lan, Zhang Qin, Feng Lan-lan, J. Safety and Environ, 5, 4, 39-42 (2005).

9. M. J. Martin, Carbon, 42, 7, 1389-1394 (2004).

10. М. А. Пирогова, В. А. Левдина, Переработка избыточного ила, Экология, Москва, 2005. 50 с.

11. А.Б. Солодкова, Н.А. Собгайда, И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета, 20, 179-182 (2012).

12. С.В. Свергузова, В.С. Севастьянов, Ж.А. Сапронова, М.Н. Спирин, И. Г. Шайхиев, Вестник Казанского тех-нологическогоуниверситета, 4, 199-202 (2013).

13. Л.В. Рудакова, Е.С. Белик, Вестник Казанского технологического университета, 21, 330-332 (2014).

14. Л.В. Рудакова, Е.С. Белик, Экология и промышленность России, 11, 48-52 (2013).

© И. А. Насыров - м.н.с. кафедрой химии и экологии Набережночелнинского Института Казанского (Приволжского) Федерального университета, E-mail: alsinis@mail.ru; Г. В. Маврин - к.х.н., заведующий кафедрой химии и экологии того же ВУЗа, E-mail: mavrin-g@rambler.ru, И. Г. Шайхиев - д.т.н., заведующий кафедрой инженерной экологии Казанского национального исследовательского технологического университета.

© 1 A. Nasyrov - junior researcher Department of Chemistry and Environment from Institute of Naberezhnye Chelny Kazan (Volga) Federal University, E-mail: alsinis@mail.ru; G. V. Mavrin - Ph.D., head of the department of chemistry and ecology of the same University, E-mail: mavrin-g@rambler.ru, I G. Shaikhiev - Ph.D., Head of the Department of Environmental Engineering, Kazan national research technological university.