Обезвоживание и экологически безопасная термическая переработка избыточного активного ила

Введение. В настоящее время существует проблема накопления многотоннажных отходов производства. Одним из таких отходов является избыточный активный ил — отход биологической очистки сточных вод, характеризующийся высокой влажностью. При депонировании избыточного активного ила на картах возникают проблемы, связанные с изменением газовоздушного фона, выделением неприятных запахов, а также загрязнением грунтовых вод и почв. Продолжительное нахождение осадка на иловых картах в бескислородных условиях приводит к его загниванию, ухудшению влагоотдающих свойств. По этой причине разработка новых подходов к утилизации многотоннажного отхода, образующегося при очистке сточных вод, является актуальной. Целью данного исследования стала разработка способа предварительного обезвреживания и термической переработки избыточного активного ила с применением отхода энергетики.
Материалы и методы. В работе использовали избыточный активный ил с влажностью 98,2 % (отход IV класса опасности). В качестве реагента для повышения влагоотдачи применяли шлам водоподготовки (отход V класса опасности). Для экспериментальных исследований по обезвоживанию использовали лабораторную центрифугу Elmi СМ-6М.01, на которой проводили испытания при различных условиях (500, 1 000 и 1 500 об/сек в течение 1, 2, 3 минут) и определяли значение индекса центрифугирования как критерия влагоотдачи осадка. Топливные гранулы были разработаны методом окатывания с применением в качестве связующего технического лигносульфоната. Элементный анализ образцов с целью изучения возможности термической утилизации проводился с применением анализатора EA 3 000 Euro Vector.
Результаты исследования. Разработана комплексная технология очистки образующихся газовых выбросов от твердых частиц, образующихся при сжигании топливных гранул и выносимых из топки в виде золы-уноса с уходящими газами. При этом одновременно также удаляются оксиды серы, азота, полихлорированные дибензодиоксины и дибензофураны при условии полезного использования тепла дымовых газов за счет снижения их температуры с 900–1200 °C до 140 °C.
Обсуждение и заключение. Предлагаемый в статье подход к переработке и утилизации многотоннажных отходов позволяет снизить влажность избыточного активного ила и использовать отход в качестве вторичного энергетического ресурса. Такой способ является экологически безопасным и позволяет решить двойную технико-экологическую задачу — эффективную переработку отходов производств, снижение антропогенной нагрузки на почвы, воздух, подземные воды, а также получение дополнительной электрической и тепловой энергии путем термической утилизации. Результаты работы свидетельствуют о возможности комплексного использования комбинации отходов различных производств (осадков сточных вод, отходов водоподготовки и целлюлозно-бумажной промышленности) в качестве вторичных энергетических ресурсов. Полученные результаты представляют практический интерес для предприятий коммунального и промышленного сектора, на которых имеются сооружения очистки сточных вод.

1. Солодкова А.Б., Собгайда Н.А., Шайхиев И.Г. Разработка технологии изготовления и использования адсорбента на основе отработанного активного ила для очистки сточных вод. Вестник Казанского технологического университета.2012;15(20):179–182.

2. Москвичева Е.В. Войтюк А.А., Доскина Э.П., Игнаткина Д.О., Юрьев Ю.Ю., Щитов Д.В. Совершенствование технологии очистки городских сточных вод с использованием сорбента на основе избыточного активного ила. Инженерный вестник Дона. 2015;2–2(36):2–28. URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_85_moskvicheva.pdf_c2b9890852.pdf (дата обращения: 24.01.2024).

3. Jing Li, Lu Cao, Bing Li, Haiming Huang, Wei Yu, Cairui Sun, et al. Utilization of Activated Sludge and Shell Wastes for the Preparation of Ca-Loaded Biochar for Phosphate Removal and Recovery. Journal of Cleaner Production. 2023;382(1):135395. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.135395

4. Jinyu Zeng, Duoduo Chen, Jing Zhu, Caicheng Long, Taiping Qing, Bo Feng, et al. Phosphate Recovery Using Activated Sludge Cyanophycin: Adsorption Mechanism and Utilization as Nitrogen-Phosphorus Fertilizer. Chemical Engineering Journal. 2023;476(11):146607. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146607

5. Чернова К.С., Баурина М.М., Градова Н.Б. Изучение влияния автолизатов активного ила метантенков на прочностные характеристики строительных материалов. Успехи в химии и химической технологии.2019;33(5(215)):47–48.

6. Taira Hidaka, Masato Nalamura, Fumiko Oritate, Fumitake Nishimura. Utilization of High Solid Waste Activated Sludge from Small Facilities by Anaerobic Digestion and Application as Fertilizer. Water Science & Technology. 2019;80(12):2320–2327. https://doi.org/10.2166/wst.2020.050

7. Qizi Fu, Dongbo Wang, Xiaoming Li, Qi Yang, Qiuxiang Xu, Bing-Jie Ni, et al. Towards Hydrogen Production from Waste Activated Sludge: Principles, Challenges and Perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021;135(1):110283. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110283

8. Manu Agarwal, James Tardio, S. Venkata Mohan. Pyrolysis of Activated Sludge: Energy Analysis and Its Technical Feasibility. Bioresource Technology. 2015;178(2):70–75.https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.09.134

9. Гульшин И.А., Гогина Е.С. Одноиловая система низкокислородной технологии глубокой очистки сточных вод от соединений азота. Вода и экология: проблемы и решения. 2019;4(80):9–19. https://doi.org/10.23968/2305-3488.2019.24.4.9-19

10. Anikin YuV, Shilkov VI. Modern Materials and Technologies of Industrial Wastewater Treatment. Russian Journal of Construction Science and Technology. 2018;4(2):22–26. https://doi.org/10.15826/rjcst.2018.2.004

11. Jiahua Xia, Ting Rao, Juan Ji, Bijuan He, Ankang Liu, Yongjun Sun. Enhanced Dewatering of Activated Sludge by Skeleton-Assisted Flocculation Process. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2022;19(11):6540 https://doi.org/10.3390/ijerph19116540

12. Дремичева Е.С. Проблемы загрязнения водоемов нефтесодержащими сточными водами промышленных предприятий и варианты их решения. Химическая безопасность. 2021;5(2):66–77. https://doi.org/10.25514/CHS.2021.2.20003

13. Ksenofontov BS, Kapitonova SN, Vasilieva YaS, Zhigalova AA. Engineering Problems of Dehydration and Disposal of Sewage Sludge. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021;864(1):012040. https://doi.org/10.1088/1755-1315/864/1/012040

14. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод. Москва: АСВ; 2006. 704 с.

15. Николаева Л.А., Исхакова Р.Я., Травникова А.В., Нургалиев А.И. Очистка сточных вод от анионных синтетических поверхностно-активных веществ с использованием отхода энергетики в качестве вторичного материального ресурса. Вестник Научного центра ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности. 2023;1:93–100 https://doi.org/10.25558/VOSTNII.2023.22.56.011

16. Ильин В.И., Бродский В.А., Колесников В.А. Разработка технологических решений для очистки сточных вод от загрязнений органической природы. Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2015;4(88):16–19.

17. Евстифеев Е.Н., Кужаров А.С., Попов Е.М. Разработка нового связующего для производства бездымных брикетов из антрацитовых штыбов. Уголь. 2014;(4):68−70.

18. Богданова А.Д. Методы очистки сточных вод. Биологическая очистка. Труды межвузовской научно-технической конференции студентов и курсантов «Дни науки» Калининград, 2018. Калининград: Издательство КГТУ; 2018. С. 343–348.

19. Тугов А.Н. Современные технологии термической переработки твердых коммунальных отходов и перспективы их реализации в России (обзор). Теплоэнергетика. 2021;(1):3–20. https://doi.org/10.1134/S0040363621010185