Автор: Е. А. Бондарчук, Е. В. Кочина
Источник: Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов / Материалы ХII Международной конференции аспирантов и студентов / ДонНТУ. – Донецк, ГОУ ВПО ДонНТУ
– 2018, С. 78-80.
Е. А. Бондарчук, Е. В. Кочина – Анализ возможных направлений утилизации осадков бытовых сточных вод. В докладе проанализирован физико-химический состав осадков бытовых сточных вод, возможность использования их в качестве удобрения для рекультивации породных отвалов.
Ключевые слова: ОСАДОК БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД, ТЕРРИКОН, РЕКУЛЬТИВАЦИЯ
The report analyzes the physicochemical composition of the sediments of domestic wastewater, the possibility of using them as fertilizer for the reclamation of rock dumps.
Keywords: SEWAGE SLUDGE, SLAGHEAP, ECULTIVATION.
Одной из острейших экологических проблем Донбасса является накопление и ежегодное образование значительных объемов промышленных и твердых бытовых отходов. Одним из таких отходов являются осадки сточных вод (ОСВ) городских канализационных очистных сооружений, объём образования которых, напрямую зависит от количества бытовых сточных вод. Известно, что только в 2016 году в г. Донецке было образовано 38868 тыс.м3 таких вод. Поэтому поиск путей утилизации осадков сточных вод представляет весьма актуальную задачу.
Целью работы является анализ существующих и возможных направлений утилизации осадков сточных вод. В соответствии с целью основными задачами являлись: изучение технологической схемы очистки сточных вод, анализ физико-химических свойств осадков сточных вод, анализ обращения с отходами канализационных очистных сооружениях и обзор возможных способов их утилизации.
Канализационные очистные сооружения (КОС) используют для защиты природных водных объектов от загрязнения сточными водами (СВ) хозяйственно-бытового, промышленного и смешанного происхождения. На стадиях механической и биологической очистки городских сточных вод образуется значительное количество твердых отходов – осадков сточных вод (ОСВ), представляющих собой отбросы, задерживаемые решетками, осадок с песколовок, осадок, выпадающий в первичных отстойниках, отработанный активный ил [1].
Очистка сточных вод начинается с их поступления в приемную камеру, затем в здание решеток-дробилок. Крупные загрязнения из решеток удаляются на полигон ТБО. Далее сточные воды поступают в горизонтальные песколовки для улавливания тяжелых механических примесей. Осевшие в песколовках примеси удаляются на песковые площадки. Из песколовок сточные воды поступают в первичные радиальные отстойники, где задерживается основная масса грубодисперсных веществ. Сырой осадок через насосную станцию направляется на аэробный стабилизатор, а собранный в бочки всплывающий материал (ил-сырец), направляется на регенерацию или сжигание [2]. Осветленная сточная вода из первичных отстойников поступает в блок биохимической очистки (БХО). Процесс БХО сопровождается образованием большого количества отработанного активного ила, представляющего собой отмерший или избыточный активный ил. Часть избыточного активного ила через насосную станцию вновь направляется в аэротенки (возвратный активный ил), а остальной ил закачивается в аэробный стабилизатор.
Смесь сырого осадка с отработанным активным илом проходит аэробную стабилизацию в сооружении, обеспечивает их обезвоживание до 80 % влажности, предотвращая процесс загнивания осадков. Далее ОСВ поступают на обезвоживание в естественных условиях на специально подготовленные участки земли, оборудованные искусственным дренажем – иловые площадки и иловые пруды, которые являются местами удаления и длительного хранения данного вида отходов.
Осадок из первичных отстойников (сырой осадок) представляют собой студенистую суспензию серого цвета с кисловатым запахом и крайне неоднороден по фракционному составу. Содержание в нем частиц крупностью более 7-10 мм составляет 5-20 %, крупностью 1-7 мм – 9-33 %, крупностью менее 1 мм – 50-88 % массы сухого вещества. Вследствие большого количества органических веществ (до 75-80 %) они быстро загнивают и приобретают тёмно-серый или чёрный цвет и издают неприятный кислый запах, имеют слабокислую реакцию среды. Осадки могут содержать соединения железа, алюминия, кремния, кальция, магния, калия и другие соединения, в зависимости от наличия в хозяйственно-бытовых сточных водах примесей производственных стоков. Осадок имеет влажность 92-96 %, в значительной степени насыщен микроорганизмами (в том числе патогенными), содержит яйца гельминтов. Доля сырого осадка из первичных отстойников достигает 48,5 % от всех отходов сточных вод.
Активный ил из аэротенков представляет собой суспензию, содержащую хлопья, включающие аэробные бактерии и простейшие микроорганизмы с мелкими загрязнениями из сточных вод. По фракционному составу значительно однороднее осадка первичных отстойников; 98 % (по массе) частиц ила имеют размер менее 1 мм. Влажность активного ила в зависимости от принятой схемы обработки в аэротенках 99,2-99,7 %, биофильтрах – 96-96,5 %. Избыточный активный ил состоит в основном из органического вещества. В органическом веществе осадка первичных отстойников преобладают жироподобные вещества и углеводы – 65-75 %, в активном иле значительную часть органического вещества составляют белки (70-75 % массы сухого вещества). Доля отработанного активного ила достигает 47,5 % от всех ОСВ.
Осадок с отработанным активным илом после стабилизации имеет более однородную структуру и представляет собой суспензию чёрного или тёмно-серого цвета. Влажность осадка, в среднем составляет 97 %. Твёрдая фаза осадка состоит в основном из органических веществ, быстро загнивающих и выделяющих неприятный запах; элементный состав сухого вещества ОСВ колеблется в широких пределах. Сухое вещество сырых осадков имеет следующий состав (% массы сухого вещества осадка): С – 35,4-87,8; Н – 4,5-8,7; S – 0,2-2,7; N – 1,8-8,0; О – 7,6-35,4; сухое вещество активного ила содержит, %: С – 44,0-75,8; Н – 5,0-8,2; S – 0,9-2,7; N – 3,3-9,8; О – 12,5-43,2 [2].
Известно, что ОСВ содержат значительное количество основных элементов питания растений – азота, фосфора, калия, кальция, магния. Наряду с органическим веществом и микроэлементами они определяют удобрительную ценность различных видов осадков. По этим показателям ОСВ, обработанные соответствующим образом, часто не уступают традиционным органическим удобрениям. Содержание общего азота в различных видах осадков варьирует от 0,6 до 7,3 % от сухого вещества. Наибольшее его количество (1,4-7,3 %) отмечено в активном иле. В сыром осадке содержание азота составляет 1,5-4,2 %, в сброженном – 0,9-5,2 %.
Содержание валового фосфора в ОСВ в зависимости от вида и места их происхождения колеблется от 0,3 до 8,0 % от сухого вещества. Наиболее богат фосфором активный ил – 0,6-8,0 % от сухого вещества. В свежем осадке содержится 0,6-5,2 %, в сброженном – 0,9-6,6 % P2O5. Калия ОСВ содержат 0,2-0,6 % от сухого вещества. Содержание кальция в ОСВ – 2,4-3 % от сухого вещества, магния – 0,1-1,7 %.
Иловые площадки, оказывают негативное влияние на состояние окружающей среды: являются загрязнителями грунтовых вод, поверхностных водных объектов, грунта и воздуха, занимают большие площади природных земель. Кроме того, осадок имеет огромную бактериальную загрязнённость (яйца гельминтов), что вызывает опасность возникновения инфекций. Однако, после сбраживания осадков в аэробном стабилизаторе, а также по истечении двух-трех годичного пребывания осадков на иловых площадках степень их бактериального загрязнения существенно снижается.
Одним из перспективных направлений использования ОСВ является применение их в качестве удобрений. При использовании ОСВ в качестве удобрения в почве увеличивается содержание органического вещества, азота, фосфора, калия, кальция, магния, железа, снижается кислотность почвы. Под действием осадка увеличивается влагоемкость и оструктуренность почв, что особенно ценно для почв легкого механического состава, пылеватых, снижается эрозия и улучшаются тепловые и водно-воздушные характеристики почвы. Повышается активность и численность микроорганизмов.
Для повышения безопасности и эффективности использования ОСВ в качестве удобрений в последнее время большое внимание уделяется вермикомпостированию. Это один из способов обработки, обеззараживания и утилизации осадков сточных вод, представляющий процесс переработки осадка дождевыми червями, при котором органические соединения, содержащиеся в осадке, трансформируются в ценный товарный продукт – вермикомпост (биогумус).
Осадки сточных вод могут использоваться при производстве асфальтобетона, где специально подготовленный отход применяется в качестве наполнителя; как сырьевой элемент для выработки тепла при сжигании.
Осадки сточных вод, характеризующиеся повышенным содержанием тяжёлых металлов, эффективно используют в качестве удобрений на участках лесоразведения и озеленения городов. Такие растения не применяются в пищу, поэтому содержание металлов не несёт угрозы, редкие элементы влияют на улучшение свойств почв. ОСВ содержат ценные биогенные вещества (азот, фосфор, калий, микроэлементы) и могут быть использованы в качестве удобрения при биологической рекультивации ландшафтов.
Значительная честь земель на территории ДНР занята отвалами горных пород (терриконов), оказывающими негативное воздействие на все компоненты окружающей среды: загрязнение атмосферы в результате выветривания тонкодисперсной угольно-породной пыли; вымывание сульфидов, сульфатов, токсичных микроэлементов и поступление их в водные объекты. Грунт терриконов характеризуется низким содержанием жизненно необходимых для растений азота, фосфора, органического углерода и других элементов, низкой влагоёмкостью и оструктуренностью, что создаёт дополнительные трудности при озеленении породных отвалов. В связи с этим, применение осадков сточных вод, содержащих ценные биогенные элементы для биологической рекультивации терриконов, представляют актуальную задачу, требующую дальнейшего изучения.
1. Дрозд, Г. Я. Технико-экологические записки по проблеме утилизации осадков городских и промышленных сточных вод / Г. Я. Дрозд, Н. И. Зотов – Донецк: ИЭП НАН Украины, 2001. – 340 с.
2. Мишуков, Б. Г. Очистка городских сточных вод / Б. Г. Мишуков, С. Ю. Игнатчик. – СПб: СПб ГАСУ, 2014. – 196 с.