ТЕХНОЛОГИЯ NEROORIGINAL ДЛЯ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ГОРОДОВ И ДАЛЬНЕЙШЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОСАЖДЕННЫХ ИЛОВ, ПУТЕМ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛОВ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЮ СТОЧНЫХ ВОД И ИЛОВ ОТ ФЕНОЛОВ, ФОРМАЛЬДЕГИДОВ И ИХ ПРОИЗВОДНЫХ В БЕЗВРЕДНЫЕ НЕЛЕТУЧИЕ СОПОЛИМЕРЫ

Широкое распространение наиболее экономичного биологического метода очистки сточных вод от органических и неорганических антропогенных токсикантов (нефтепродуктов, пестицидов, ПАВ, тяжелых металлов, продуктов детоксикации химического оружия) в современных условиях привело к возникновению новой экологической проблемы – необходимости поиска методов обезвреживания избыточных илов и осадков от тяжелых металлов (меди, свинца, хрома, мышьяка, ртути, цинка и т. д.), высокие концентрации которых не позволяют применять илы и осадки в сельском хозяйстве, а также от активной подвижной формы фенолов и формальдегидов. Опасность загрязнения питьевой воды фенолом проявляется в том, что при очистке вод использовался хлор, который, взаимодействуя с фенолом, образовывал хлорпроизводные (смесь хлорфенолов) — более токсичные вещества (некоторые в 100—250 раз превышают токсичность самого фенола)

Основной метод обезвреживания илов и осадков во всем мире до сих пор – захоронение в шламонакопителях. Только в России площадь действующих полигонов превышает 15 тыс. га, в том числе закрытых полигонов – более 40 тыс. га. За год в среднем на городских очистных сооружениях Санкт-Петербурга образуется около 450 тыс. тонн осадков, для захоронения которых требуются площади порядка 8 – 10 га. Полигоны должны быть расположены на расстоянии 50 – 60 км от очистных сооружений, пригодных земель для размещения полигонов на таком расстоянии от Санкт-Петербурга уже нет, ближайшие расположены в 250 – 300 км.

Известные методы обезвреживания избыточного активного ила, содержащего тяжелые металлы и фенолы (термическая и/или термохимическая обработка), несмотря на внешнюю привлекательность, экологически не безопасны, поскольку в той или иной мере происходит загрязнение атмосферы, требуются сложные системы очистки газовых выбросов от загрязняющих веществ, очистки вторичных сточных вод. Данные методы не предусматривают использования полезных органических веществ илов для восполнения почвенного гумуса, потери которого в верхнем горизонте почв за последние 100 лет достигли в разных регионах от 25 до 56 %. Другие методы обезвреживания избыточного активного ила от тяжелых металлов до настоящего времени не нашли применения в практике работы очистных сооружений. В соответствии с поставленной целью были :

исследованы закономерности накопления тяжелых металлов составляющими активного ила: биологической, органической и неорганической и выявлены формы связывания металлов активным илом в процессе биологической очистки сточных вод;

установлены механизмы накопления тяжелых металлов составляющими активного ила и обратного ему процесса – извлечения тяжелых металлов из составляющих активного ила;

установлена возможность использования для обезвреживания избыточного активного ила от тяжелых металлов малорастворимых солей кальция (магния), как х.ч., так и природного или техногенного происхождения;

обоснован и разработан метод извлечения тяжелых металлов из реальных промышленных илов, основанный на принципе изменения направленности процессов, протекающих в системе ил – кальциевый материал, без использования высоких температур, кислотной или щелочной обработки;

установлены основные формы связывания металлов аэробно стабилизированным осадком и механизмы извлечения тяжелых металлов из аэробно стабилизированного осадка;

определены кажущиеся константы устойчивости комплексов тяжелых металлов с гуминовыми кислотами, выделенными из ила;

разработаны подходы к получению прогностических моделей процесса извлечения тяжелых металлов из илов и осадков различными индивидуальными или смесовыми кальциевыми материалами.

Внедрение разработанной технологии позволит существенно снизить загрязнение окружающей среды в местах размещения осадков сточных вод и создаст предпосылки для использования избыточного активного ила после предварительного его компостирования методом аэробной стабилизации в качестве сельскохозяйственного удобрения. На получаемый продукт после компостирования избыточного активного ила – биокомпост разработаны технологическая инструкция и технические условия.



Активный ил биологических очистных сооружений включает три составляющие:

биологическую, органическую и неорганическую, каждая из которых способна связывать ионы тяжелых металлов из водных сред. Основная доля металлов в исходном иле находится в органической составляющей условно твердой фазы ила. Высокое содержание N и атомные соотношения H/C, O/C, N/C свидетельствуют о наличии в иле алифатических и аминсодержащих функциональных групп. Основными компонентами илов являются: поли- и моносахариды – 26 %, аминокислоты и белковоподобные вещества – 28 %, липиды – 17 %, неорганические соединения – 28 – 30 %. Установлено, что основную роль в связывании металлов играют белковые молекулы и гуминоподобные вещества, а также минеральные компоненты илов – силикаты и алюмосиликаты. Тяжелые металлы присутствуют в твердой фазе илов в ионной форме, в форме растворимых и нерастворимых комплексных соединений с неорганическими и органическими лигандами, в сорбированной по ионному механизму на глинистых минералах и гумусовых веществах форме. Тяжелые металлы связаны по механизму комплексообразования с функциональными группами гумусовых кислот и других органических компонентов илов, входят в состав растительных тканей, а также в состав микроорганизмов. Тяжелые металлы являются непременной составляющей минеральных фаз илов: глинистых минералов, оксидов и гидроксидов железа и алюминия, карбонатов кальция и магния.

Анализ химического состава аэробно стабилизированных осадков и осадков иловых площадок показал, что в целом они идентичны химическому составу избыточных илов, различаются лишь доли отдельных компонентов. Это является основанием предположить, что и механизмы связывания металлов составляющими аэробно стабилизированного осадка будут аналогичны рассмотренным механизмам связывания металлов составляющими избыточного активного ила.

Основные закономерности извлечения тяжелых металлов из водных сред свидетельствуют о возможности изменения направленности процесса путем обработки гуминовым препаратом NEROORIGINAL . Извлечение тяжелых металлов из избыточных илов при введении в систему кальцийсодержащих материалов протекает за счет: 1) ионного обмена из соединений, в которых металлы связаны с органическими веществами и другими компонентами илов по механизму ионного обмена; 2) реакций замещения из соединений, в которых металлы связаны с компонентами илов по механизму комплексообразования; 3) процесса пептизации, при котором металлы, связанные с белковоподобными веществами, переходят в водную фазу ила; 4) нарушения адсорбционного равновесия между комплексом металла и компонентами минеральной составляющей условно твердой фазы активного ила. Извлечение тяжелых металлов из аэробно стабилизированных осадков протекает в меньшей степени, что обусловлено уменьшением в осадках доли металлов, связанных с органическими веществами и другими компонентами осадков по механизму ионного обмена и увеличением доли металлов, образующих устойчивые соединения и входящих в структуру силикатов и алюмосиликатов.

Полнота и скорость процесса извлечения тяжелых металлов из активного ила определяется физико-химическими условиями (рН, Т, С), продолжительностью, количеством введенного гуминового препарата NEROORIGINAL. Установлено, что достаточной продолжительностью для обеспечения требуемой степени извлечения при воздушном перемешивании системы ил – NEROORIGINAL является 1 час. Остаточные концентрации тяжелых металлов в обработанном осадке зависят от исходного содержания металлов в общей массе осадка, от формы их соединений в осадке, от дозы реагента, от физико-химических условий проведения процесса.

Обезвреживание фенолов и формальдегидов в илах при введении в систему препарата NEROORIGINAL протекает за счет: сшивки фенол-формальдегидных производных с образованием гуминовых сополимеров.

Преимуществом проведения сополиконденсации с участием ГК по резольному типу является тот факт, что реакция протекает в водной щелочной среде. Это дает возможность работать с полностью растворенной формой ГК и осуществить реакцию в гомогенной среде. Поликонденсацию проводили между ГК и фенолом. Полученные таким образом гуминовые производные должны обладать большей комплексообразующей способностью и, по аналогии каликсаренами, связывать катионы Cs+, Cu+2 и др.

Реакцию проводили по методике [71] описанной для фенола. Было получено четыре препарата модифицированных ГК: без использования мономера и в разных массовых соотношениях исходных ГК : мономер, как 1 г:50 мг, 1 г:100 мг и 1 г:250 мг соответственно. Соотношения варьировали для того, чтобы определить влияние количества вводимого в реакцию мономера на свойства получаемых сополимеров. Кроме того, была получена фенол формальдегидная смола–резол, представляющая собой светлорозовый полимер. На следующем этапе работы стояла задача получения сшитых гуминовых реагентов. Для сшивания фенол-гуминовых резолов был использован термический метод сшивки, который применяют при отвержении резолов.



Предложен метод уплотнения избыточного ила при отстаивании путем предварительного введения препарата NEROORIGINAL при механическом перемешивании, что позволяет снизить влажность при продолжительности отстаивания 60 минут на 13 % и уменьшить объем осадка, передаваемого на фильтр-прессы в 2,7 – 3 раза. Воздушное перемешивание системы ил – NEROORIGINAL интенсифицирует процесс отделения органической составляющей от водной фазы, что проявляется в сокращении требуемой продолжительности отстаивания до 30 минут, увеличении объема выделившейся водной фазы до 55 – 65 %. Объем ила, передаваемого на дальнейшее обезвоживание, сокращается в 2,2 – 2,9 раза. Введением кальциевых материалов можно сократить затраты на обезвоживание осадков и илов.

Введение в систему гуминовых кислот ускоряет процесс электрокоагуляции металлов и увеличивает полноту осаждения. Учитывая малые объемы водных фаз по сравнению с объемом вод, поступающих на биологическую очистку, возможно выделение тяжелых металлов на 90 – 95 % с возвратом водной фазы на вход очистных сооружений, что может оказаться экономически целесообразным.

Разработан метод обезвреживания избыточных илов и аэробно стабилизированных осадков от тяжелых металлов до остаточного уровня их содержания, не превышающего установленные нормативы для осадков, разрешенных для использования в сельском хозяйстве. Процессы осуществляются при нормальных температурах, в открытых емкостях, при небольшой продолжительности, без применения дорогостоящих реагентов. С осуществлением процессов интенсивного смешивания и гомогенизации. Состав Оборудования подбирается из учета имеющегося на объекте оборудования с его частичным использованием и с добавлением недостающих емкостей, насосов, гомогенизаторов-диспергаторов и поточных смесителей. Внедрение данного метода может проводиться на существующих площадях биологических очистных сооружений с максимальным использованием существующего оборудования, не требует больших капиталовложений, но расширяет функции сооружений. Качество обезвреженного аэробно стабилизированного осадка соответствует нормам СанПиН 2.1.7.573-96 и ГОСТ Р 17.4.3.07-2001.

Осажденный ил целесообразно использовать в качестве почвогрунта для озеленения трасс, отвалов авто и ж/д дорог и техплощадок.