Петрова О.А., д.т.н. Адрышев А.К., к.т.н. Струнникова Н.А.

Восточно-Казахстанский государственный технический университет

им. Д. Серикбаева, Казахстан

УТИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД

Для большинства стран мира очень актуальной является проблема утилизации осадков полученных в процессе очистки на городских очистных сооружениях смеси хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод, загрязненных различными токсичными компонентами, такими как тяжелые металлы. Рост городов и развитие промышленности приводит к постоянному увеличению количества осадков, и тем острее становится проблема их утилизации, так как складирование осадков во все возрастающих количествах на территории очистных сооружений становится невозможным.

Для городов, в которых расположены предприятия металлургической промышленности, сбрасывающие стоки в городскую систему канализации, сточные воды, поступающие на городские очистные сооружения, и их осадки оказываются загрязнены тяжелыми металлами и включают около 15 их наименований (цинк, свинец, медь, кадмий, никель, марганец, хром, мышьяк, селен, сурьма, ртуть), хорошо отражая специфику промышленного производства города [1, 2]. Наличие указанных выше загрязнений затрудняет или делает вообще невозможным утилизацию образующихся осадков.

Существующие на сегодняшний день методы обработки осадков требуют значительных материальных затрат, что при постоянном дефиците средств у коммунальных предприятий, не позволяет решить существующую проблему. В итоге на очистных сооружениях во все возрастающих количествах накапливаются сложные смеси органических и неорганических веществ в сочетании с опасными уровнями вредных компонентов.

Поскольку осадки хозяйственно-бытовых сточных вод являются массой с большим содержанием органических соединений, то основным направлением их утилизации является применение в качестве удобрений. Содержание большого количества органических веществ (40-70 % массы сухого вещества) позволяет использовать осадки в качестве рекультивантов почв, у которых потерян плодородный слой. Но содержащиеся в осадках токсичные компоненты препятствуют их утилизации в сельском хозяйстве и затрудняют применение таких осадков в качестве рекультивантов нарушенных земель.

Использование осадков смеси хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод в качестве удобрений и рекультивантов возможно при улучшении их экологических свойств. С этой целью в ВКГТУ на кафедре «Эргономика, охрана труда и окружающей среды» проводятся исследования по улучшению качества осадков природными сорбентами.

На осадках очистных сооружений г. Усть-Каменогорска с использованием природных бентонитовых глин Таганского месторождения (Восточный Казахстан) был проведен ряд опытов, с целью изучения влияния природных сорбентов на физико-химические свойства осадков. Поскольку необходимой стадией обработки осадков является их механическое обезвоживание, было изучено влияние природных сорбентов на водоотдающие свойства осадков, которые будут тем оптимальнее, чем лучше скоагулированы осадки. Для выяснения возможности утилизации осадков, обработанных сорбентом, в качестве удобрения, оценки его токсичности использовался метод биотестирования растениями, наиболее чувствительными к тяжелым металлам, а так же изучалось влияние сорбента на выщелачивание тяжелых металлов из осадков.

При введении коагулянтов в систему дисперсная фаза – дисперсионная среда наблюдается снижение электрокинетического потенциала и тем самым осадки лучше коагулируются. Бентонитовая глина может выступать в качестве коагулянта, снижая электрокинетический потенциал.

При повышении концентрации сорбента в смеси с осадками электрокинетический потенциал снижался в среднем на 73% от исходных значений необработанных осадков (таблица 1), что говорит о хороших коагулирующих свойствах природного сорбента. Эти данные подтверждались измерением удельного сопротивления фильтрации смесей осадков с сорбентом, значение которого снижалось при повышении концентрации сорбента в среднем для различных смесей до 68% (таблица 1). Таким образом, природные сорбенты с достаточно высокой эффективностью могут быть использованы на стадии подготовки осадков к утилизации при их механическом обезвоживании на фильтрующих аппаратах с целью улучшения влагоотдающих свойств.

Положительное влияние сорбента в смеси с осадками на тест-растения было отмечено по увеличению массы и длинны растений до 51,2 - 52,6% в отдельных случаях и на 13,3 и 15,6 % в среднем для всех смесей (таблица 2), выращиваемых на приготовленных субстратах из осадков и сорбента в различной концентрации.

Сопоставив результаты биотестирования с результатами по выщелачиванию тяжелых металлов, была выявлена зависимость улучшения состояния тест-растений от снижения концентрации металлов в водной вытяжке с повышением концентрации сорбента в смесях. Добавление сорбента способствует снижению концентрации металлов в водной вытяжке в среднем по всем смесям на 59,4 % по свинцу и на 72,6 % по меди (таблица 2). Для отдельных смесей было достигнуто снижение концентрации металлов в водной вытяжке до 81% по свинцу и до 88,9% по меди.

Таблица 1 Изменение электрокинетического потенциала (ζ, В) и удельного сопротивления фильтрации (r, см/г) от концентрации сорбента в смеси

№	Концентрация сорбента, кг/кг сух. массы осадка	Усредненные значения показателей
		ζ, В	r *10^9, см/г
1	0	0,004036	19,102
2	0,100	0,002728	9,312
3	0,150	0,001856	7,920
4	0,200	0,001200	6,124
5	0,250	0,001090	6,614
6	0,300	0,001090	7,468
7	0,350	0,001090	7,964

Таблица 2 Изменение массы и длины тест-растений и содержания свинца и меди в водной вытяжке от концентрации сорбента в смеси

№	Концентрация сорбента, кг/кг сух. массы осадка	Тест-растения		Выщелачивание, мг/л
		Масса, г	Длина, мм	Свинец	Медь
1	0	2,108	63,4	0,320	0,212
2	0,100	2,174	65,8	0,250	0,166
3	0,150	2,302	69,0	0,230	0,137
4	0,200	2,410	72,4	0,210	0,129
5	0,250	2,414	73,2	0,195	0,104
6	0,300	2,472	74,8	0,150	0,092
7	0,350	2,474	75,6	0,130	0,058

Как показали проведенные исследования, природные сорбенты позволяют снизить токсичное влияние, находящихся в них тяжелых металлов, уменьшить их выщелачивание и повысить влагоотдающую способность осадков, что облегчит их обезвоживание. При этом, природные сорбенты являются недорогим природным сырьем, характеризуются доступностью получения и крупными ресурсами в недрах [3]. Все это говорит в пользу применения природных сорбентов для улучшения экологических свойств осадков, содержащих тяжелые металлы, с целью использования их в качестве удобрений и рекультивантов.

Литература:

1. Медведев А.С. Обезвреживание осадков городских станций аэрации.// Экология и промышленность России. 2002. май. С. 31-34.

2. Разработка технологии по утилизации илов очистных сооружений г. Усть-Каменогорска: Отчет о научно-исследовательской работе. Усть-Каменогорск: ВНИИцветмет, 1998. - 28с.

3. Сапаргалиев Е.М. Тагансорбент - уникальный лекарственный препарат на основе бентонитовых глин Восточного Казахстана.// Вестник АН РК. 1997. №1. С. 24-31.