Сейчас биосфера испытывает огромную антропогенную нагрузку. Особенно это чувствуется в крупных мегаполисах, где уровень загрязнения приближается к критическим значениям. Одним из следствий загрязнения является нарушение качества гидросферы. В связи с этим возникает необходимость в создании новых очистных сооружений и проведения модернизационных работ на уже имеющихся.
В результате проведения процесса очистки сточных вод образуются осадки и накапливаются отходы различного состава. Для ученых всего мира, в том числе и России, в условиях постоянного укрупнения городов проблема грамотной утилизации отходов производства очистных сооружений становится наиглавнейшей [1]. Однако в России, исследований, проводимых в этой области, не достаточно.
В настоящее время в основном функционирует такая система отведения, при которой происходит общий сплав всех городских сточных вод. Такой сплав представлен сточными водами от жизнедеятельности горожан, от работы различных промышленных предприятий, от объектов социального и культурного назначения, дождевыми и талыми водами. Существование такой «общей» водоотводящей системы во многом делает специфичным полученный состав и свойства стока. В результате становится необходимым применение специальных технических решений для проведения качественной очистки поступающей воды [2].
В основном, в состав осадков от очистных сооружений входят тяжелые металлы, что делает невозможным дальнейшее использование их в качестве удобрения для сельского хозяйства. Использование наиболее традиционного метода размещения осадка на специальных иловых площадках ограничено в связи с высоким уровнем грунтовых вод, отсутствия площадок для размещения и климатических условий. Сложившаяся ситуация заставила обратиться к опыту наиболее развитых стран мира [3].
Целью эксплуатации очистных сооружений канализации является обеспечение приема сточных вод фактического состава и достижение качества очищенных сточных вод, соответствующего технологическим нормам, путем обеспечения оптимальных режимов работы сооружений. Оптимальность выбранных режимов обосновывается расчетами и подтверждается стабильностью результатов работы сооружений. Особенностью управления работой очистных сооружений, в состав которых входят сооружения биологической очистки (аэротенки), является приоритетность обеспечения постоянно высокого качества активного ила, гарантирующего требуемую эффективность биологического окисления загрязняющих веществ.
Любые городские очистные сооружения канализации призваны решать следующие проблемы:
– разделить сточные воды города на очищенные стоки и осадок — концентрированные загрязнения всего города;
– вернуть в природную среду очищенные стоки;
– экологически безвредным способом утилизировать осадки сточных вод.
Весь осадок отправляется на илошламонакопители, но временем происходит их переполнение. Действующие илошламонакопители оказывают следующее влияние на окружающую среду:
– в атмосферу выбрасываются газы вредные для окружающей среды (метан, сероводород, углекислый газ и другие газы);
– перелётные птицы разносят возбудителей заболеваний по путям миграции;
– ветер, разнося испарения с поверхности накопителей, разносит и микроорганизмы, в том числе болезнетворные;
– жидкость, просачиваясь в грунт, загрязняет подземные воды.
Для выхода из сложившейся ситуации необходимо выбрать технологию утилизации осадков, построить необходимые для выбранной технологии сооружения и перерабатывать осадки в соответствии с выбранной технологией, продукты переработки использовать, илошламонакопители рекультивировать.
Выбранная технология утилизации осадков сточных вод должна оказывать допустимое воздействие на окружающую среду [4]. Из всех возможных вариантов технологий с допустимым воздействием на окружающую среду необходимо выбрать вариант, с наилучшими экономическими показателями. Наиболее актуальным в этом плане является термокаталитическое окисление осадков сточных вод в псевдоожиженном слое катализатора.
Данная технология пришла в энергетику из химической промышленности в 70-е года прошлого века. Помимо повышения КПД котлов из-за более глубокого «дожигания» топлива эта технология позволяла добиваться снижения вредных выбросов.
Загрузка твердых частиц в восходящем потоке газа может находиться в трех состояниях:
- В покоящемся — при малой скорости газа, неспособной поднять частицы (такое состояние характерно для слоевых топок);
- В режиме пневмотранспорта — частицы переносятся в камерных топках быстрым потоком газа;
- В псевдоожиженном — газ находится при промежуточной скорости и при прохождении через слой «раздвигает» частицы, но не уносит их за пределы слоя. При этом увеличивается толщина слоя, происходит понижение плотности слоя. Данный режим может существовать в топках кипящего слоя [5].
Кипящий слой бывает высоко- и низкотемпературный. Сейчас чаще всего используется низкотемпературный (800–900 °C) кипящий слой, т. к. в нем угнетается выделение оксидов азота и применяется погружная поверхность с высоким коэффициентом теплоотдачи. При этом нагретые частицы соприкасаются с поверхностью, и тепло передается теплопроводностью, а не конвекцией. Чтобы избежать чрезмерного образования шлаков и для регулирования температуры слоя вводят пар или воду. Хотя данные топки из-за абразивности слоя не склонны к шлакованию. Для повышения теплоотдачи в кипящий слой вводят ряд инертных наполнителей, таких как песок, шлак, известняк, доломит. Некоторые из наполнителей связывают до 90 % оксидов серы в карбонаты. Особенно чувствительны топки к однородности фракционного состава частиц топлива и инертной засыпки. Процесс горения протекает более интенсивно, чем в слоевых (рис. 1).
Рис. 1. Схема установки для сжигания осадков в кипящем слое: 1 — реактор с кипящим слоем, 2 — теплообменник, 3 — мокрый скруббер, 4 — гидроциклон; 5 — дутьевой вентилятор, 6 — загрузочное устройство; 7 — пусковая форсунка
Преимущества технологии «кипящего слоя»:
- Технология позволяет повысить эффективность сжигания низкокачественных или нетрадиционных видов топлива, в том числе углей с высоким содержанием золы, отходов углеобогащения, сланцев, антрацитов, шламов осадков сточных вод и так далее.
- Экологичность метода, заключатся в том, что количество токсичных выбросов оксидов серы в атмосферу снижается больше чем на 90 %.
- Технология обладает высокой эффективностью сжигания и теплообмена.
Разумеется, внедрение сравнительно новой для России технологии предполагает решение новых задач, прежде всего с подготовкой топлива, его фракционному составу. За рубежом требуемый фракционный состав топлива обеспечивают в основном сами поставщики угля, в России это имеет место только при поставках коксующегося угля для металлургической промышленности. Можно предсказать, что внедрение технологии «кипящего слоя» будет пользоваться все большей популярностью и в малой и в большой энергетике по мере роста цен на газ и мазут, ориентации на наращивание экспорта российского газа, повышение роли использования местных энергоисточников (в том числе биотоплива, торфа и т. д.) и ужесточения требований экологов.
Литература:
- Бернадинер М. Н., Шурыгина А. П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. — М.: Химия. — 1990. — 304 с.
- Гоухберг М. С. Проблемы отведения и очистки поверхностного стока в Санкт-Петербурге / М. С. Гоухберг, Г. П. Медведев, М. И. Алексеев // Водоснабжение и санитарная техника. — 1997. — № 1. — С.20–21.
- Вижжурова Т. Е. Мировая проблема переработки, утилизации и уничтожения осадков муниципальных сточных вод // Междунар. научн. конф. «Гидротехническое строительство, вод. Хозяйство на современном этапе»: сб. материалов; Новосибирск, 1999, с. 15–16..
- Латыпова В. З. Некоторые аспекты нормирования качества и утилизации осадков сточных вод / В. З. Латыпова, С. Ю. Селивановская // Экологическая химия. — 1999. — № 8 (2). — С 119–129.
- Симонов А. Д., Н. А. Языков, А. В. Трачук, В. А. Яковлев Сжигание осадков сточных вод коммунального хозяйства в псевдоожиженном слое катализатора 2010 г.
