Научные основы вторичного использования осадков сточных вод



Ключевые слова: экология, водо-сберегающий технология, водные источники, очистка воды, органоминеральный удобрения.

Сегодня очистка и повторное использование твердых отходов и сбросных вод, загрязняющих окружающую среду, охрана водных ресурсов, предотвращение попадания загрязненных вод в существующие водные источники, обезвреживание и вторичное использование городских сточных (канализационных) вод, поиск и разработка новых экологически безопасных для окружающей среды и безвредных для здоровья людей, а также экологически выгодных методов очистки питьевых и сбросных вод являются актуальными вопросами современности для каждой страны в мире.

Важны также вопросы рационального использования водных ресурсов, применения водо-сберегающих технологии и технологий оборотного использования воды в промышленности.

Все эти перечисленные вопросы являются еще более актуальными для многих стран (особенно для стран аридной зоны), где имеется дефицит кондиционной воды [9].

В результате жизнедеятельности человечества, то есть удовлетворение бытовых нужд людей, применения различных технологий в разных отраслях народного хозяйства, проведения сельскохозяйственных работ образуется большое количество отходов сточных и сбросных вод. В связи с глобальным изменением климата планеты проведение разъяснительных работ, особенно в странах с засушливым климатом, в вопросах охраны и рационального использования водных источников, бережного сохранения пресноводных линз в какой-то степени оказывает положительное влияние [2]. В последние годы повышение годовой температуры воздуха и по сезонам, увеличение осадков в зимнее время и уменьшение количества осадков в весенние месяцы, высокая ненормированностъ осадков, когда ливни сочетаются с засухой, оказывают свое негативное влияние на состояние почвы, то есть сильные ливни весенние месяцы не могут хорошо увлажнить почву, так как вода не может равномерно впитаться, а в дни когда температура воздуха повышается происходит быстрое испарение почвенной воды.

Исходя из вышесказанного, а также учитывая и оценивая специфику технологий очистки сточных канализационных вод, сбора, переработки и повторного использования образующихся осадков и в частности иловых осадков, возможность уменьшения их вредного влияния на окружающую среду в этой научной статье, на основе научных изысканий иловых отложений сточных вод города Туркменбаши, показана многосторонность свойств и сложность химического состава этого объекта исследований. На основании полученных данных производится выбор способа переработки этих иловых отложений, которые предварительно необходимо собрать и разделить. Кроме того переработка иловых отложений может включать в себя их хранение в специальных условиях, захоронение и обезвреживание.

Разнообразие морфологического состава и химических свойств осадков сточных требует выбора способов их переработки на основании проведения ранее перечисленных работ: сбор, разделение, хранение в специальных условиях, захоронение, обезвреживание, а также других работ. Образующиеся вторичные осадки подразделяются на следующие основные камегории: органические осадки минерального строения и активный ил [4].

До обезвоживания органические осадки приводят к норме брожением или стабилизацией, а также термореагентным воздействием. Технологическая схема подготовки, обработки и последующего обезвоживания органических осадков и активного ила обычно включает следующие этапы: предварительное прессование, обезвоживание, термическая сушка (сжигание). Для уменьшения влажности осадка, в том числе и активный ил прессуют. На этапе предварительного прессования активного ила большое распространение получили методы осаждения и флотации. Особенности флотационного концентрирования суспензии активного ила заключаются в следующем: простота аппаратурного обустройства метода; малая продолжительность процесса; удовлетворительные показатели и результаты концентрирования суспензии активного ила (ст. концентрирования 3,0–5,0).

Как уже отмечалось, одним из эффективных методов прессования активного ила является флотация. Для увеличения выхода разделяемой биомассы активного ила в исходную суспензию активного ила необходимо добавить минеральный коагулянт. Для обезвоживания активного ила осадков сточных вод успешно может быть применено осаждение осадков в центре фугах поперечного смешивание. Низкий расход энергии, малая масса аппарата и высокая производительность являются особенностью этих центре фуг [3]. Кроме этого, для обезвоживания органических осадков и активного ила могут быть использованы и других методы сушки.

В нашей стране с теплым климатом и жарким летом для их обезвоживания успешно может быть применена естественная сушка. Ещё более высокие результаты достигаются при использовании гелиевых технологий. Необходимо отметить, что осадки минерального строения с органической примесью в составе легко обезвоживаются.

В результате проведения процессов прессования и обезвоживания образуются сухие осадки (комочки). Они по физико-биологическим свойствам подразделяются на группы: первая и вторая часть сухого осадка. Твердый осадок ила и песчаная почва обычно первый осадок обогащается, после чего доводится до полезной в сельском хозяйстве или отраслях промышленности степени.

К сожалению иногда спрессованные и высушенные осадки сточных вод без дальнейшей обработки и обезвреживания (то есть не утилизируются) оставляют на хранение в естественных условия без создания специальных условия или не проведя их захоронение. При этом они являются вредными выбросами для окружающей среды. Особенно свое вредное воздействие на окружающую среду и водные источники они оказывают при их естественном увлажнении. Кроме того, при их хранении происходит выделение вредных и пахучих газов в атмосферу [6].

В странах с жарким климатом (особенно при высокой влажности воздуха) происходит усиленный выброс зловонных газов в атмосферу, что приводит к несоответствие нормам санитарии, а также к отрицательному влиянию на содержание кислорода в воздухе.

Твёрдый осадок часто после обезвреживания сжигается, а твёрдые хозяйственные отходы остаются структурными материалами. В некоторых странах Европы твёрдый остаток сжигается, что требует лишний расход вспомогательных материалов [5].

В общем, недостаточное количество и низкая теплотворная способность твердого сухого осадка, а также наличие и большие запасы других видов топлива делает невыгодным процесс сжигания твердого осадка в условиях нашей страны. На более перспективно и экологически безопасно дальнейшая переработка или утилизация твердого сухого остатка сточных вод. Но эти процессы являются затратными. Захоронение и сжигание твердых осадков сточных вод как методы их уничтожения и переработки имеют свои недостатки и отрицательные стороны. Захоронение требуют предварительное обезвреживание твердых осадков, а также отвод земельных участков под специализированные места захоронения. Сжигания твердых осадков, как и проведение процесса обезвреживания твердых осадков, а также организация мест захоронения требуют определенные финансовые издержки [7].

Наиболее перспективными являются методы утилизации и вторичного использования осадков сточных вод (в том числе и активного ила), среди которых наиболее распространенными являют методы их обогащения. Одним из способов обогащения активного ила является усовершенствование его химического состава.

С целью обогащения активного ила мы в своих научных исследованиях в результате изменения и усовершенствования его химического состава получили органоминеральное удобрение, путем обогащения активного ила бурым углем, которые богаты таким активным ростовым веществом для растений как гумус. Учитывая то, что в составе илового осадка содержится определенное количество фосфора (в т. ч. активного фосфора), также являющийся полезным и необходимым элементом для растений, можно констатировать большое значение полученного продукта для роста развития растения.

Туркменистан является очень богатой страной на различные виды химических сырьевых материалов, среди которых можно выделить разнообразные неорганические минеральные соединения, силикатные и строительные материалы и подземные нефтегазовые месторождения. Здесь также необходимо отметить, что в нашей стране имеются богатые месторождения бурого угля уникального состава, которые были, как отмечалось выше, использованные в научных изысканиях [8].

В качестве объекта научного интереса и проведения исследовательских работ была выбрана биоочистная станция очистки канализационных и сточных вод города Туркменбаши Балканского велаята, единственное крупное сооружение такого типа в Средней Азии. Это специализированное сооружение, построенное для очистки и повторного использования в качества вторичной воды на хозяйственных объектах коммунальных вод города и сточных вод, поступающих с курортной зоны Аваза и комплекса заводов. Это современное и совершенное сооружение, в котором воплощены многие достижения и преимущества науке и технике, в том числе и нанотехнологией. За одни сутки с высокой степенью очищает 1200 м³ сточных вод. При этом накапливаемый ил высушивается и обезвреживается. Это биоочистное сооружение очистки сточных вод, являясь безопасным для окружающей среды производством, соответствует очень высоким современным требованиям. С целью использования осадков биоочистной станции очистки сточных вод города Туркменбаши в качестве исходного материала для получения органоминерального удобрения 27.09–05.11.2017г. был проведен химический анализ отобранных проб. Сведения о качественном анализе осадка биоочистной станции очистки сточных вод города Туркменбаши приведены в таблице 1.

Таблица 1

Сведения окачественном анализе осадка биоочистной станции очистки сточных вод города Туркменбаши

п/п	Наименование качественного показателя согласно нормативных документов.	Действительно полученные сведение
1.	Количество гумуса, %	44,41
2.	Количество общего азота (N), %	6,50
3.	Количество общего фосфора (P2O5), %	3,29
4.	Количество общего калия (K2O), %	0,61
5.	Количество активного азота (NH4), мг\кг	2016,0
6.	Количество нитратного азот (NO3), мг\кг	1210,0
7.	Количество активного фосфора (P2O5), мг\кг	377,0
8.	Количество активного калия (K2O), мг\кг	216,0
9.	Карбонаты (СО32-), %	Не найдено
10.	Бикарбонаты (НСО3-), %	0,122
11.	Сульфаты (SО42-), %	0,8022
12.	Хлориды (Cl-), %	0,071
13.	Kальций (Са32+), %	0,5
14.	Mагний (Мg2+), %	0,216
15.	Натрий+Калий (Na+)+(K+), %	0,0659
16.	Водородный показатель, pH	7,062
17.	Сухой остаток, %	1,6671
18.	Никель (Ni), %	0,01
19.	Свинец Pb, %	Не найдено
20.	Стронций Sr, %	0,014
21.	Хром Cr, %	0,004
22.	Марганец Mn, %	0,03
23.	Мышьяк As, %	Не найдено
24.	Кадмий Cd, %	0,014
25.	Мед Cu, %	0,028
26.	Кобальт Co, %	0,002

Основываясь на полученных (агрохимические показатели) качественного анализа осадка биоочистной станции очистки сточных вод города Туркменбаши приходим к выводу, что их можно использовать в качестве органоминерального удобрения, но при этом учитывать количество тяжелых металлов в его составе. Проведя в лабораторных условиях микробиологический состав осадка сточных вод, выявили количестве патогенов и гельминтом. Эти сведения показаны в таблице 2.

Таблица 2

Сведения омикробиологическом анализе осадка биоочистной станции очистки сточных вод города Туркменбаши

Место отбора проб	Единицы создающие колонии в 1 см3	Кол ТВТ, виды, титр	Протеин	Перфрингенс	Патогенные микроорганизмы
Город Туркменбаши	870 кол	1,11кол	не найден	в перфригенс не найден	не найден

Целью проведенных работ, как уже отмечалось выше, было получение высококачественного органоминерального удобрения с низкой себестоимостью и с использованием местного сырья путем обогащения обезвоженного осадка биочистной станции сточных вод города Туркменбаши бурым углем. Месторождения данного сырья находиться близ села Тувергыр Балканского велаята страны. Учитывая высокое, до 75–78 % содержание гуминовых кислот в составе окисленных бурых углей этого богатого месторождения, обогатив им иловые осадки, можно получить богатое гумином удобрение, или высококачественного органоминеральное удобрение [10]. Известно, что обогащающий активный ил окисленный бурый уголь Тувергырского месторождения богат гуминовыми примесями, которые являются ростовыми веществами. Кроме того, из таблицы 1 также видно, что осадки сточных вод города Туркменбаши содержат необходимые и полезные для растений фосфор и калий, а также некоторые микроэлементы. Научно обосновано, что можно использовать местный бурый уголь в твердом виде в качестве сырья для получения органоминерального удобрения с малыми финансовыми затратами [11].

Полученное удобрение было проверено на декоративных цветах и других растения на базе научно–исследовательских опытных станциях земледелия научно–исследовательского института сельского хозяйства. В ходе проведения опытно-исследовательских работ выявлено полезно действие удобрения, проверено отсутствие их вредного влияния на растения на примере декоративных цветов. Это работа ведется и будет вестись продолжительно и последовательно [1]. Считаем эту работу с экологической точки зрения важной и актуальной.

В ходе проведения научно-исследовательских работ выявлены научные методы и различные аспекты проведения процесса безреагентного обогащения осадка сточных вод местным видом сырья и действительно на деле проведено и доказано в ходе проведения опытных испытаний. В ходе этих испытаний выявлено возможность их применения в качестве полезного удобрения при выращивании декоративных цветов, применяемых в городском благоустройстве, при этом стебли и листья всегда выглядели свежими.

Изучен и предложен для использования новый метод переработки активного ила. Полученный продукт может быть применен в качестве опрыскиваемого, богатого гумусом удобрения. Считаем перспективным этот путь утилизации осадков сточных вод и их повторного использования.

Литература:

1. Бент, О. И. Нетрадиционные методы изучения вторичного сырья Строительные материалы и конструкции. 1994, № 2. с.28–31.
2. ГОСТ Р 17.4.3.07–2001 «Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при их использовании в качестве удобрений».
3. Григорьева, Ж.Л., Пробирский, М.Д., Васильев, Б. В. Опыт и перспективы сжигания осадков. //Сборник докладов конгресса ЭКВАТЭК. В 2-х ч. Под общей редакцией д-ра мед. наук, профессора Эльпинера, Л.И., М — 2006. с.792–793.
4. Евилевич, А. З. Расчет и проектирование илопроводов. М.: РСФСР, 1962.
5. Сучкова, Н. Г. Обработка осадка сточных вод с использованием биотехнологий для производства органо-минеральных удобрений: перспективы для безлюдовских очистных сооружений, г.Харьков.
6. Соколова, Г.Н., Вильсон, Е. В. Химия окружающей среды. —Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2000. -123с.
7. Трушкова, Е. А. Минимизация антропогенного воздействия поверхностного стока с терриконов на бассейн водосбора: дисс.... канд. тех. наук. -Новочеркасск, 2003. -241с.
8. Уланов, Н. Н. Возможности использования окисленных углей и гуминовых веществ в сельском хозяйстве //Гуминовые вещества в биосфере. М, 1993. с.157–161.
9. Фелленберг, Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию: Пер. с нем. — М.:, 1997. -232с.
10. Халлыева, О.М., Сарыева, Т. Г. Нефтегазовая отрасль Туркменистана на пути развития «Методе использования лучей для обеззараживания сточных вод» 2015. с.463–472.
11. Халлыева, О. М. Атаев, Х.А. «Научно материальная и эффективность при использовании сточных вод» Институт Химия АНТ, 2017. -85 с.