Экологическое проектирование утилизации осадков сточных вод разных сроков хранения

Введение……………………………………………………………
Глава 1. Оценка геоэкологического воздействия осадков сточных вод на геосферные оболочки……………………………………………………
1.1 Анализ условий образования осадков сточных вод на муниципальных сооружениях очистки хозяйственно-бытовых стоков….
1.2 Химический состав и физико-химические свойства осадков сточных вод…………………………………………………………………………….
1.3 Оценка воздействия осадков сточных вод на геосферные оболочки...
1.4 Оценка воздействия на геосферные оболочки при утилизации осадков сточных вод…………………………………………………………
1.5 Разработка критериев, основанных на принципах экономики замкнутого цикла, для сравнительного анализа способов утилизации осадков сточных вод …………………………………………………….
Глава 2. Исследование процессов и продуктов термической деструкции осадков сточных вод разных сроков хранения……………………………
2.1 Характеристика объекта исследования……………………………….
2.2 Исследование процессов и продуктов термической деструкции осадков сточных вод……………………………………………………….
2.3 Сравнительный анализ сжигания и пиролиза осадков сточных вод по критериям энергоэффективности, ресурсосбережения и экологической безопасности……………………………………………….
Глава 3. Разработка проекта по утилизации осадков сточных вод разных сроков хранения…………………………………………………………….
3.1 Технологическая схема утилизации осадков сточных вод разных сроков хранения……………………………………………………………
3.2 Комплексная оценка предотвращенного экологического ущерба для геосферных оболочек………………………………………………………
Заключение………………………………………………………………….
Список использованных источников……………………………………..

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность темы исследования. Одной из сложно решаемых технологических и экологических проблем урбанизированных территорий является обезвреживание и утилизация осадков городских сточных вод. В России осадки сточных вод (ОСВ) образуются в количестве до 100 млн. тонн в год и представляют собой смесь осадков механической очистки городских сточных вод — осадков первичных отстойников (ОПО) — и избыточного активного ила (ИАИ), образующегося на стадии биологической очистки сточных вод. ОСВ обладают влажностью от 75% до 97%, при этом часть влаги представляет собой коллоидную воду, что затрудняет их обезвоживание. ОСВ содержат большой спектр опасных загрязняющих веществ: ионы тяжёлых металлов (ТМ), патогенную микрофлору, фармацевтически активные соединения.
Известно, что ОСВ обладают энергетическим и ресурсным потенциалом. Теплотворная способность высушенных ОСВ сопоставима с низкокалорийными видами топлива (бурый уголь, щепа, торф), они содержат макронутриенты — фосфор и азот.
В настоящее время основным способом утилизации ОСВ как в мире, так и в России остаётся накопление и захоронение на иловых картах, в илонакопителях и на полигонах твёрдых коммунальных отходов (ТКО). Такой способ не позволяет использовать материальный и энергетический потенциал ОСВ, а также создаёт нагрузку на окружающую среду вследствие задалживания земельных территорий под обустройство иловых карт, эмиссий вредных веществ в почву и водные объекты, газообразных выбросов дурнопахнущих, токсичных соединений и парниковых газов (ПГ). Известны технологии термической деструкции ОСВ, однако отсутствуют экологически, экономически и технологически обоснованные подходы к выбору конкретной технологии. Применение метода компостирования ОСВ, в свою очередь, осложняется эмиссиями дурнопахнущих веществ, длительностью обработки и зависимостью от климатических факторов.
В ходе многолетнего хранения на иловых картах и в илонакопителях ОСВ изменяют свои свойства; сами илонакопители являются объектами накопленного вреда окружающей среде (ОНВОС) и представляют собой источник длительного негативного воздействия на геосферные оболочки. Процессы утилизации ОСВ с учётом длительности хранения недостаточно изучены. В связи с этим актуальной геоэкологической и технологической задачей является разработка комплексного подхода к одновременной утилизации вновь образующихся и накопленных ОСВ.
В связи с вышеизложенным и предварительно проведёнными исследованиями были выдвинуты следующие гипотезы, которые легли в основу проведения настоящей работы:
1. Теплотворная способность механически обезвоженных ОСВ свежего выхода достаточна для проведения их сушки и последующего пиролиза в автотермическом режиме.
2. Пиролизат ОСВ эффективно связывает тяжёлые металлы, что позволит использовать его для рекультивации накопленных ОСВ многолетних сроков хранения.
3. Задачи дезодорации, обезвреживания и обеззараживания ОСВ могут быть одновременно решены с использованием композиции реагентов, в состав которой входят хлорсодержащие соединения и гумифицирующие материалы.
Степень разработанности темы исследования. Теоретической основой исследования стали работы российских и зарубежных учёных, посвящённые изучению свойств ОСВ и методов их утилизации и деструкции: Туровский И.С., Евилевич А.З., Валиев В.С., Чертес К.Л., Шайхиев И.Г., Куликов Н.И., Yang W., Mosko J., Zheng X., Alipour M., Wang B., Praspaliauskas M. и многие другие.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Оценка геоэкологического воздействия осадков сточных вод на геосферные оболочки. Анализ способов утилизации осадков сточных вод
1.1 Анализ условий образования осадков сточных вод на муниципальных сооружениях очистки хозяйственно-бытовых стоков

Согласно [1], осадки сточных вод представляют собой смесь минеральных и органических веществ, выделяемых из сточных вод в процессе их механической, биологической, физико-химической и реагентной очистки, в т.ч. в состав осадков входит избыточный активный ил, выведенный из технологического процесса биологической очистки. Осадки сточных вод — это суспензии, выделяемые из сточных вод в процессе их механической, биологической и физико-химической очистки [2].
Мировой объём образующихся сточных вод ежегодно составляет 359 млрд. м3, в среднем на душу населения приходится 49 м3 сточных вод в год. Очистке подвергается чуть более половины всех образующихся сточных вод, что составляет 188,1 млрд. м3/год [3]. ОСВ составляют 0,1 – 0,05 % от этого объёма [4].
Мировые статистические данные показывают, что объём ОСВ зависит от численности населения страны, т.к. удельный объем образования ОСВ на человека в год стабильно составляет порядка 25 кг сухого вещества [5]. К факторам, способствующим увеличению объёма ОСВ, относятся:
- рост общей численности населения;
- совершенствование инфраструктуры и технологий очистки сточных
вод;
- процессы урбанизации, приводящие к увеличению объёмов воды,
используемой в муниципальном хозяйстве [6].
Ежегодно в мире накапливается 200 млрд. т ОСВ при средней влажности 96 %, в России — до 100 млн. т влажных ОСВ или 2 млн. т по сухому веществу [7, 8].
Твёрдые отходы городских очистных сооружений включают в себя две категории отходов — первичные и вторичные осадки. Первичные осадки — это осадки сточных вод, грубодисперсные примеси, образующиеся при механической очистке сточных вод методами процеживания, фильтрации, осаждения. К вторичным осадкам относятся примеси, находящиеся в коллоидном состоянии и представляющие собой микрофлору избыточного активного ила. Общая классификация ОСВ по типам оборудования, отделяющего осадки, представлена на рисунке 1.


Рисунок 1 — Классификация осадков сточных вод, образующихся на городских очистных сооружениях [9, 2]

В России, как правило, под осадками сточных вод понимают смесь избыточного активного ила (ИАИ) из аэротенков и осадка из предварительных (первичных) отстойников (ОПО) [2]. Содержание ОПО в ОСВ может изменяться в пределах 40–60%; это влияет на характеристики ОСВ и, как следствие, на выбор технологии обращения с ОСВ.
Технология очистки городских сточных вод и этапы очистки, где образуются составляющие ОСВ, представлены на рисунке 2.

Весь текст будет доступен после покупки

1. ГОСТ Р 59748-2021. Технические принципы обработки осадков сточных вод. Общие требования = Technical principles of sewage sludge treatment. General requirements : национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное : утверждён и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 октября 2021 г. № 1137-ст : введён впервые : дата введения 2021-11-01. – Москва : Российский институт стандартизации, 2021 г. – 27 с.
2. Туровский, И. С. Осадки сточных вод. Обезвоживание и обеззараживание / И. С. Туровский. – Москва : ДеЛи принт, 2008. – 376 с.
3. Jones, E. R. Country-level and gridded estimates of wastewater production, collection, treatment and reuse / E. R. Jones, M. T. H. Van Vliet, M. Qadir, M. F. P. Bierkens. – DOI 10.5194/essd-13-237-2021 // Earth Syst. Sci. Data. – 2021. – № 13. – С. 237–254. (дата обращения: 30.11.2025).
4. Vialkova, E. Microwave Irradiation in Technologies of Wastewater and Wastewater Sludge Treatment: A Review / E. Vialkova, M. Obukhova, L. Belova. – DOI 10.3390/w13131784 // Water. – 2021. – №13. – Т. 1784. (дата обращения: 10.10.2025).
5. Global atlas on excreta, wastewater sludge, and biosolids management: moving forward the sustainable and welcome uses of a global resource // UN-HABITAT. – 2008. – URL: https://unhabitat.org/sites/default/files/ download-manager-files/Global%20Atlas%20of%20Excreta%2C%20 Wastewater%20Sludge%2C%20and%20Biosolids%20Management.pdf (дата обращения 12.12.2025).
6. Tsybina, A. Analysis of sewage sludge thermal treatment methods in the context of circular economy / A. Tsybina, C. Wuensch. – DOI 10.31025/2611-4135/2018.13668 // Detritus. – 2018. – № 2. – С. 3–15.
7. Валиев, В. С. Способы утилизации осадков городских сточных вод (обзор) / В. С. Валиев, Д. В. Иванов, Р. Р. Шагидуллин. – DOI: 10.24411/2411-7374-2020-10034 // Российский журнал прикладной экологии. – 2020. – № 4(24). – С.52-63.
8. Гальченко, С. В. Обоснование использования осадка сточных вод городских очистных сооружений в качестве удобрения / С. В. Гальченко, А. С. Чердакова // Экологический вестник России. – 2012. –№ 3. – С. 10-14.
9. Моисеенко, Н. В. Геохимическая характеристика осадков сточных вод очистных сооружений г. Благовещенска / Н. В. Моисеенко, Е. Н. Кулик// Экология и промышленность России. – 2007 г. – №12. – С. 32-35.
10. Eriksson, E. Potential priority pollutants in sewage sludge / E. Eriksson, N. Christensen, E. J. Schmidt, A. Ledin // Desalination. – 2008. – № 226. – С. 371–388.
11. Хисамеева, Л. Р. Обработка осадков сточных вод : учеб. пособие / Л. Р. Хисамеева, А. С. Селюгин [и др.]. – Казань : изд-во Казанск. гос. архитект.-строит. ун-та. – 2016. –12 с.
12. Куликов, Н. И. Виды и характеристики осадков сточных вод / Н. И. Куликов, Л. Н. Приходько // СОК. – 2019. – №11. – С. 42-45.
13. Deng, W. Moisture distribution in sludges based on different testing methods / W. Deng, X. Li, J. Yan [et al.] // J. Environ. Sci. – 2011. – № 23. – Т. 5. – С. 875-880.
14. Stasta, P. Thermal processing of sewage sludge / P. Stasta, J. Boran, L. Bebar, P. Stehlik, J. Oral. – DOI 10.1016/j.applthermaleng.2005.05.030 // Appl. Therm. Eng. – 2006. – № 26. – С. 1420–1426.

Весь текст будет доступен после покупки