книги / Техносферная безопасность.-1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Рост городов и повышение степени урбанизации территорий приводят к росту объемов водоотведения. Наиболее распространенным методом очистки городских сточных вод является биохимический, осуществляемый в аэротенках микроорганизмами активного ила, при котором образуются осадки сточных вод, в том числе избыточный активный ил (ИАИ) и осадки первичных отстойников (ОПО), утилизация которых является сложной экологической и технологической задачей.

Ежегодно в России в процессе биохимической очистки 15 млрд м3 сточных вод на предприятиях жилищно-коммунального хозяйства образуется около 1 млрд м3 осадков. В городе Перми на станциях биологической очистки образуется 10 679 м3/сут или 3,9 млн м3/год осадков сточных вод (ОСВ).

Проблема утилизации осадков актуальна для большинства крупных станций биологической очистки, поскольку затраты на обращение с осадками достигают 50 % общей себестоимости процесса биологической очистки.

На данный момент основным способом утилизации ОСВ на биологических очистных сооружениях г. Перми является его складирование на иловых картах или илонакопителях, что приводит к неуклонному росту объемов накопленных отходов, увеличению площади территорий, занятых объектами размещения отходов и возрастанию средств на эксплуатацию и обслуживание мест складирования. Складирование ОСВ на иловых картах или илонакопителях не отвечает современным экологическим и техническим требованиям, принципам использования наилучших доступных технологий и не позволяет использовать ресурсный потенциал отходов.

Вследствие того, что на исследуемых биологических очистных сооружениях образуется осадок особенного состава (смесь ОПО и ИАИ), вопрос переработки и утилизации его в настоящий момент остается нерешенным, достоверные результаты исследований свойств и направлений утилизации данного вида осадков в литературе не выявлены, таким образом, актуальной является задача разработки технологий, направленных не только на снижение объема раз-

41

мещаемого в окружающей среде осадка, но и на максимальное использование его ресурсного потенциала.

Проблемам разработки методов и технологий переработки и утилизации осадков сточных вод посвящены исследования значительного числа отечественных и зарубежных ученых (И.С. Туровский, А.З. Евилевич, Я.А. Карелин, Д.А. Данилович, М. Томалла,

И. Нойберт, N. Parkash, D. Choudhury и т.д.).

О.А. Васильев предложил использовать ОСВ в качестве удобрения, значительно повышающего агрофизические показатели почвенного плодородия, однако недостаток содержания калия и высокое содержание хлора и тяжелых металлов в осадках сдерживают развитие данного направления.

Д.А. Данилович предложил технологию анаэробного сбраживания осадков городских сточных вод, в результате чего осадок после обработки обладает хорошей водоудерживающей способностью, обеззаражен и может быть использован для дальнейшего компостирования с получением удобрения или материала для рекультивации. Также возможно получение дополнительной электроэнергии при утилизации выделяемого в результате сбраживания биогаза. Вследствие высоких капитальных и эксплуатационных затрат, сложности управления процессом, взрывоопасности использование технологии анаэробного сбраживания ОСВ не нашло широко применения.

Исследования, проведенные Я.А. Карелиным, И.С. Туровским, А.З. Евлевичем, А.Н. Высоцкой, А.И. Терещук показали возможность использования термических методов утилизации ОСВ.

С одной стороны, термические методы утилизации позволяют решить задачу максимального сокращения объема размещаемых в окружающей среде отходов, с другой стороны, проблема получения экологически безопасных продуктов остается нерешенной, высокое содержание в ОСВ токсичных примесей приводит к необходимости применения сложных, трудо- и ресурсозатратных технологий очистки газовых выбросов и утилизации золы.

Анализ научно-технической информации и имеющегося отечественного и зарубежного опыта показал, что наиболее распространены и внедряются в практику технологии, направленные только на

42

утилизацию осадка, при этом практически не внедряются методы, направленные на ресурсосбережение и максимальное использование ресурсного потенциала ОСВ.

В связи с этим актуальной экологической задачей является обоснование ресурсоэффективной технологии обращения с осадками сточных вод станций биологической очистки г. Перми.

Цель работы заключалась в разработке и обосновании технологии обращения с осадками сточных вод станций биологической очистки г. Перми, отличающейся максимальной ресурсной, экологической и экономической эффективностью.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1.Провести анализ современных технологий обращения с осадками сточных вод биологических очистных сооружений.

2.Изучить условия образования ОСВ на станциях биологической очистки и провести оценку материального, энергетического и биологического потенциала ОСВ.

3.Обосновать на основе многокритериального анализа возможные технологии переработки и утилизации ОСВ, характеризующиеся экономической, экологической и ресурсной эффективностью.

4.По результатам экспериментальных исследований разработать

способ эффективного извлечения ресурсного потенциала ОСВ

сприменением методов низкотемпературной сушки и пиролиза.

5.Разработать способ получения биосорбента с использованием в качестве матрицы карбонизата.

Предмет исследования: осадки первичных отстойников и избыточные активные илы станций биологической очистки сточных вод.

Объект исследования: станции биологической очистки сточных вод.

Методы исследований: методы анализа, синтеза и обобщения известных научных и технических результатов, проведение экспериментальных исследований в лабораторных условиях, общепринятые методики химического и физико-химического анализа, респирометрический тест, методы статистической обработки, экспертных оценок, парного сравнения, анализ Парето.

43

Научная новизна:

1.Обоснован ресурсный подход к переработке и утилизации ОСВ с целью извлечения материального, энергетического и биологического потенциала.

2.На основании лабораторных исследований обоснованы методы повышения эффективности технологии низкотемпературной сушки и пиролиза ОСВ – установлены оптимальные условия проведения термической сушки ОСВ (снижение влажности до 20–30 %) и пиролиза ОСВ с получением карбонизата, обладающего наилучшими сорбционными свойствами (скорость нагрева печи 10 °С/мин, время обработки при Т = 500 °С – 30 мин).

3.Доказана возможность применения биосорбента, обладающего окислительной мощностью 0,45 г/дм3·сут, для интенсификации очистки сточных вод от органических загрязнений.

Практическая значимость работы:

1.Разработаны методы повышения ресурсной эффективности низкотемпературной сушки и пиролиза осадков сточных вод станций биологической очистки. Полученные результаты могут использоваться в качестве исходных данных при проектировании комплексов по обращению с осадками сточных вод станций биологической очистки.

2.Полученный биосорбент может быть использован для интенсификации очистки нефтесодержащих сточных вод на станциях биологической очистки.

3.Результаты исследований могут использоваться в учебном процессе подготовки обучающихся по программам магистратуры по направлению 20.04.01 «Техносферная безопасность» в курсах лекций по дисциплинам «Физико-химические методы переработки техногенных отходов», «Технологическиеосновыпереработкитехногенныхотходов».

Апробация работы: основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Х Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология

инаучно-технический прогресс. Урбанистика», Пермь, 21–22 ноября 2012 г.; на конференции «Очистка городских и производственных сточных вод и обращение с осадком: технологическое нормирование,

44

расчет, проектирование, пусконаладка», Москва, 29–30 мая 2013 г., на всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология и научно-технический прогресс. Урбанистика», Пермь, 14–15 ноября 2013 г.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Осуществление низкотемпературной сушки ОСВ (ОПО и ИАИ в соотношении 1:1) в смеси с 5 % крахмального клея и до влажности 20–30 % позволяет снизить энергетические и денежные затраты на процесс сушки ОСВ.

2. Использование ИАИ биохимических очистных сооружений нефтеперерабатывающего предприятия ООО «ЛУКОЙЛ-ПНОС» в процессе пиролиза при оптимальных условиях (скорость нагрева печи 10 °С/мин, время обработки при Т = 500 °С – 30 мин) позволяет получить карбонизат с оптимальной сорбционной емкостью (44,6 мг/г), меньшей насыпной плотностью и хорошими механическими свойствами.

3. Применение биосорбента для очистки нефтесодержащих вод, полученного в результате иммобилизации на поверхности карбонизата углеводородокисляющих микроорганизмов, обладающего окислительной мощностью 0,45 г/л·сут, позволяет повысить эффективность процессов очистки сточных вод в аэротенках.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ, из них 2 статьи в журналах, входящих в Перечень ВАК.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, _ приложений, список литературы включает _ источников, в том числе _ иностранных. Объем диссертации составляет 121 страницу машинописного текста, включающую _ таблиц и _ рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи работы, объект и предмет исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

45

В первой главе представлен анализ условий образования осадков сточных вод на станциях биологической очистки… и т.д.

ВЫВОДЫ

1. На основании проведенного анализа установлено, что… и т.д.

(4–6 выводов).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ВКР

1. Стратегия обращения с осадками сточных вод для крупных городов / И.И. Иванов [и др.] // Экология и научно-технический прогресс. Урабанистика: материалы Х Всерос. науч-практ. конф. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015. – С. 45–51.

Не менее 3 источников.

46

Приложение Е

Пример оформления перечня используемых условных обозначений, сокращений, терминов

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СОКРАЩЕНИЙ, ТЕРМИНОВ

ИАИ – избыточный активный ил ОПО – осадки сточных вод после первичных отстойников

DTA – дифференциальная кривая тепловых эффектов DTG – дифференциальная кривая потери массы

TG – интегральная кривая потери массы

47

Приложение Ж Пример оформления рисунков, таблиц, формул

Оформление рисунков

1				2	3			4	5	6

Рисунок 6.1 – Устройство измерительное: 1 – первый коллиматор (свинцовый домик); 2 – радиоактивный изотоп; 3 – контролируемая деталь; 4 – второй коллиматор; 5 – фосфор; 6 – фотоумножитель

Оформление таблиц

Таблица 6.1 – Параметры стандартной атмосферы

	Высота	Давление	Температура	Плотность		Число молекул или
						атомов в единице
	h, км	р, Па	Т, К	, кг/м	3
						объема N, см–3
	0	1013	288	1,22·10–3		2,55·1019
	1	899	281	1,11·10–3		2,31·1019
	2	795	275	1,01·10–3		2,10·1019

Оформление формул

		1			x mx 2
					2
	f (x)			e	2 x	,	(6.1)
		x	2

где f (x) – плотность распределения нормальной случайной величины;x – среднеквадратическоеотклонение; mx – математическоеожидание.

48

Приложение И

Пример оформления использованных источников и литературы

Однотомное издание Книги с одним автором

Тарасова В.И. Политическая история Латинской Америки: мо-

ногр. – М.: Проспект, 2006. – 512 с.

Книги с двумя и тремя авторами

Василик М.А., Вершинин М.С. Основы теории коммуникации: учеб. – М.: Гардарики, 2006. – 615 с.

Вайсман Я.И., Коротаев В.Н., Абрамов Н.Ф. Техника защиты окружающей среды. Прессование твердых бытовых отходов: учеб. пособие / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2005. – 104 с.

Книги четырех авторов

Физико-химические методы защиты биосферы. Очистка фильтрационных вод полигонов захоронения твердых бытовых отходов: учеб. пособие / Я.И. Вайсман, И.С. Глушанкова, Л.В. Рудакова, Н.Ф. Абрамов. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2005. – 197 с.

Книги пяти и более авторов

Компостирование твердых органических отходов производства и потребления. Вермикомпостирование / Я.И. Вайсман, В.Н. Коротаев, В.Ю. Петров [и др.]; под ред. Я.И. Вайсмана. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010. – 556 с.

Многотомные издания

Горожанин А.В. Российская полиция на страже имперской государственности: моногр.: в 2 т. / Мин-во юстиции РФ, Самар. юрид.

ин-т. – Самара, 2004. – Т. 2. – 91 с.

49

Составные части документов Статья из книги

Иванов С.А. Маркетинг и менеджмент // Статьи о классиках. –

М., 2002. – С. 12–34.

Статья из сборника

Думова И.И., Колесникова М.В. Инвестиции в человеческий капитал // Современные аспекты регионального развития: сб. ст. – Ир-

кутск, 2001. – С. 47–49.

Баданина Л.А. Расчет процесса фильтрации жидкости в древесине при автоклавной пропитке // Наука – Северному региону: сб. науч. тр. / Арханг. гос. техн. ун-т. – Архангельск, 2005. – Вып. 62. – С. 8–12.

Статья из газеты

Николаева С. Будем читать. Глядишь, и кризис пройдет… // Северный комсомолец. – 2009. – № 13. – С. 9.

Рысев В. Приоритет– экология// Волна. – 2004. – 4 марта. – С. 13. Кузнецов Е. Механизм запуска инновационного роста в России //

Вопросы экономики. – 2003. – № 3. – С. 19–32.

Статья из журнала

Тарасова Н.Г. Смена парадигм в развитии теории и практики градостроительства // Архитектура и строительство России. – 2007. –

№ 4. – С. 2–7.

Ильиных Г.В., Устьянцев Е.А., Вайсман Я.И. Ресурсный потенциал хвостов ручной сортировки твердых бытовых отходов // Урба-

нистика. – 2012. – № 4. – С. 143–152.

Электронные ресурсы Электронный ресурс локального доступа (CD)

Родников А.Р. Логистика [Электронный ресурс]: терминологический словарь. – Электрон. дан. – М.: ИНФРА-М, 2000. – 1 эл. опт.

диск (CD-ROM).

50