Технология обезвреживания и утилизации ценных компонентов осадков городских сточных вод

ВЫВОДЫ.

1. Предложен способ обработки ОСВ с целью обеззараживания от болезнетворных микроорганизмов и извлечения ионов тяжелых металлов, заключающийся в обработке ОСВ разбавленным раствором серной кислоты. Выбран оптимальный режим проведения процесса. На данный процесс получено положительное решение о выдаче патента на изобретение.

2. Показано, что растворы обработки осадков сточных вод (РООСВ) содержат не только ИТМ, но и органические компоненты осадков, дающие комплексы с ионами металлов.

3. Методами потенциометрического и кондуктометрического титрования найдены области выделения гуматов и шдроксидов металлов. Проведенные исследования позволили выделить отдельно гуматы металлов из РООСВ, очистить их от ИТМ и использовать в виде ценного сельхозпродукта.

4. Изучены процессы выделения ИТМ из РООСВ различными методами: сорбционными, электрохимическими и химическими. Дана их сравнительная характеристика.

5. Показано, что в первую очередь из РООСВ можно извлечь ионы меди (II). Изучена кинетика процесса катодного осаждения меди из РООСВ. Показано, что процесс контролируется диффузионной стадией. Для ускорения процесса осаждения меди предложено проводить катодное осаждение меди при интенсивном перемешивании. Импедансным методом исследования установлена эквивалентная электрическая схема границы медный электрод — РООСВ, включающая импеданс Варбурга, сопротивление переноса электрона через ДЭС и емкость адсорбции ионов меди (II). На основании данной схемы предложен механизм процесса катодного осаждения ионов меди (II) из РООСВ.

6. Проведенные исследования с ионообменными материалами (природный и искусственный цеолит, активированные угли, ионообменные смолы КУ-2−8 и КУ1) показали, что наиболее эффективно проводить очистку с помощью ионообменной смолы КУ-2−8, так как она лучше других поглощает ионы металлов, подкисляет раствор, имеет максимальную производительность. Но недостатком данного метода является то, что:

— отработанную ионообменную смолу необходимо регенерировать;

— она не полностью поглощает ионы металлов (степень извлечения максимум 0.7);

— не выделяет гуминовые препараты.

7. Показана возможность селективного извлечения меди в виде порошка из РООСВ методом контактного обмена («цементацией») на железной основе. Данный процесс протекает по электрохимическому механизму. Движущей силой процесса является разность потенциалов между потенциалом железа и потенциалом меди в данном растворе. Процесс цементации целесообразно проводить при интенсивном перемешивании. При этом уменьшаются диффузионные затруднения процесса. Степень извлечения меди данным методом составляет 98−99%.

8. Очистка от ионов металлов таких как: Ре2+, Ре1+, № 2+, Сг3+, Со2+ и т. д. предложено проводить методом электрофлотации в электролизере с разделенными анодным и катодным пространствами анионитовой мембраной марки МА-40. Составлена математическая модель данного процесса и выбраны оптимальные режимы работы электрофлотатора.

9. Предложена комплексная технологическая схема обезвреживания и утилизации ОСВ, позволяющая снизить загрязнение окружающей среды и полностью использовать все ценные компоненты ОСВ:

— очищенный и обеззараженный ОСВ, как почвоулучшитель;

— гуминовые препараты, как почвоулучшитель и раскислитель почв;

— чистый медный порошок;

— антисептический раствор РегСБС^Ь;

— гидроксиды металлов, используемые для производства пигментов.

10.Предварительный расчет экономической эффективности показал, что реализация ценных компонентов ОСВ и снижение платы за землепользование превысят основные и дополнительные затраты на проведение всего технологического процесса. Внедрение комплексной технологической схемы обезвреживания и утилизации ОСВ на примере Нижегородской станции аэрации позволит получить прибыль около 3 тыс. рублей при переработке 1 тонны осадка сточных вод (абсолютно сухой вес), или 860 тыс. рублей год (цены 1998 года).

1. ГОСТ 17.1.3.13−86. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхностных вод от загрязнений.

2. ГОСТ 17.1.3.11−84. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования охраны поверхностных и подземных вод от загрязнения минеральными удобрениями.

3. Паршаков H.C. Геоэкология: законодательные, нормативные, методические и справочные материалы. М: 1992 (многотомник).

4. Волга: Независимые исследования. Общественный российско-голландский проект «Волга». Н. Новгород. 1994. 77 с.

5. Доклад об экологической обстановке в Нижнем Новгороде в 1996 году. Комитет охраны ОС и ПР I I. Новгорода. И. Новгород. 1997. 9 с.

6. Состояние окружающей среды и природных ресурсов Нижегородской области в 1995 г. Комитет охраны ОС и ПР Нижегород. области. 1996.214 с.

7. Комплексное использование и охрана водных ресурсов. Под ред. O.A. Юшманова. М.: Агропромиздат, 1985. 233 с,.

8. Возная Н. Ф. Химия воды и микробиология. М.: Высшая школа, 1979.340с.

9. Алферова A.A., Нечаев А. П. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов. М.: Стройиздат, 1987. 129 с,.

10. Гвоздев В. Д., Ксенофонтов Б. С. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. М.: Химия, 1988. 122 с.

11. Яковлев C.B., Карелин Я. А., Жуков А. И., Колобанов С. Н. Канализация. М.: Стройиздат, 1975. 132 с,.

12. Отчет «О работе очистных сооружений города Нижнего Новгорода за 1997 год. 23 год эксплуатации». Н. Новгород.: Нижегородская станция аэрации, 1997.

13. С. Ф. Покровская, В. А. Касатиков «Использование осадков городских сточных вод в сельском хозяйстве», М.: ВНИИТЭИагропром, 1987. 59 с.

14. Mark J. Hammer Water Supply and Pollution ControlHarper Row Publishers, New York, 1983.

15. Mansen R.J., Merritt C.A. Использование сырого ОСВ для удобрения полей. //Journal Water Pollution Control Federation. 1975. Т.47, № l.

16. Бендек П., Папп Ф. Проблемы утилизации осадков сточных вод, содержащих тяжелые металлы. В исследование методов интенсификации и повышения эффективности очистки и доочистки сточных вод. М.: Мир, 1979. 345 с.

17. Туровский И. С. Обработка осадков сточных вод. М.: Стройиздат, 1988. 257 с.

18. Вагонене Е. Влияние скормливания сухого ила в комбикормах бройлеров на рост, использование кормов и качество мяса. Исследовательские работы Литовского НИИ животноводства, Вильнюс, 1978.

19. Касатиков В. А. Утилизация реагентных и безреагентных осадков сточных вод.// Водоснабжение и санитарная техника, № 11, 1990. С.12−15 .

20. Временные технические условия на термически высушенный ОГСВ, используемый в качестве удобрения для сельского хозяйства. М.: ОНТИ АКХ, 1985.

21. Рекомендации по применению ОГСВ с иловых площадок в качестве удобрения. Владимир, 1984.

22. Processing and use of sewage sludge. Processings of 3-d International Symposium. D. Reidel Publishing Company, 1984, p.486.

23. Мишустин E.H., Емцев В. Т. Микробиология. М.: Агропромиздат, 1987. 233с.

24. Эшанов И. Э. Органические удобрения и их использование. Душанбе.: ИРФОН, 1983, 70 с.

25. Chang А.С. Heavy metal absorhtion by winter wheat following termination of cropland sludge application//Journal of Environmental Quality, 1982.-V. 17,№ 4,-P. 705−708.

26. Doudoroff P., Katz M., Sewage Ind. Wastes, 25, 802 (1953).

27. Фрэнк Т. Е., M. Коста, И. Эйхенбергер Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. Пер. с англ. ML: Мир, 1993. 366 с.

28. Couillard D., Mercier G. Optimum residence time (in CSTR and airlift reactor) for bacterial leaching of metals from anaerobic sewage sludge. // Water Recerch -1991 -V25, N2-pp. 211−218.

29. Tyagi R.B., Couilard D., Tran F.T. Studies on microbial leaching of heavy metals from municipal sludge // Water Science Technology 1990 — V 22, N2 -pp. 229−238.

30. Schonboni W., Hartmann H. Entfemimg von schwermettale aus klarschlammen durch bacterielle laugung./VGWf-Wasser / Abwasser 199 — VI20 — pp.329−335.

31. Wong L., Henry J.G. Bacterial leaching of heavy metals from anaerobic-ally digested. // Water Pollut. J.Res. 1983 — V18 — pp.151−162.

32. Новая технология переработки OCB. Yamaguch Keiichi, Ymamoto, «PPM», 1986. v. 17, № 7, p.51−56.

33. Бернардинер M.H. Перспективные технологические схемы и оборудование сжигания OCB. М.: Мир, 1981.

34. Проблемы обработки осадков Люберецкой станции г. Москвы. М.- Изд-во «Прима», 1990.

35. Гольдфарб Л. Л. Основные аспекты утилизации осадка городских сточных вод в качестве удобрения .// Водоснабжение и санитарная техника, № 7, 1981, С. 4−6.

36. Иваненко П. В., Боскова Г1.Г. Экологические проблемы города и утилизация отходов. Самара: Книжное издательство, 1993. 124 с.

37. Обезвреживание, переработка и утилизация отходов / И. И. Потапов, Н. П. Кузнецова, Т. Т. Апетян, Т Ф. Дьякова// Обз. инф. научные и техн. аспекты охраны окр.ср.-ВИНИТИ. 1991. № 7. С.80−90.

38. Баскина Н. М., Кузнецов М. Ф. Утилизация осадка городских сточных вод в качестве удобрения // Научно-практическая конференция «Человек и окружающая среда»: Тез.докл. Ижевск. 1989. С.55−56.

39. Гоухберг М. С. Обработка и утилизация осадков сточных вод в Ленинграде // Опыт внедрения безотходной технологии обработки сточных вод, утилизации осадков: Матер.науч.-практ.конф.-Л.: 1989. С.5−8.

40. Ефимова Т. А. Утилизация и переработка осадков сточных вод //Ред. ж. Изв. АН Беларуси.Сер.хим.н.-Минск. 1992. 39 с.-Деп.в ВИНИТИ 20.10.92,-№ 3012-В92.

41. В С. Брезкунова, В. С. Горбачев, М. С. Есин и др. К вопросу утилизации осадка сточных вод // Гигиенические аспекты в проблемах окружающей среды. М., 1987. С.85−88.

42. Мных В. А. О возможности использования осадка сточных вод Ростова-на-Дону в качестве удобрения// Дон. с-х.ин-т.-Персиановка, 1900. С.82−86.

43. Кудельская Г. А., Маркова Н. П., Памелько Г. М. Обработка и утилизация осадков промышленных сточных вод. Киев: УкрНИИНТИ, 1982. 44 с.

44. Евилевич А. З. Утилизация осадков сточных вод. М: Стройиздат, 1979.87с.

45. Гольдфарб Л. Я., Туровский И. С., Беляева С. Д. Опыт утилизации осадков городских сточных вод в качестве удобрения. М.: Стройиздат, 1986. 58 с.

46. Тришина Т. А., Ульянов В. Ф. Сельскохозяйственное использование ОСВ.// Химизация сельского хозяйства. 1992.-№ 1. С.94−99.

47. З. К. Благовещенская, Н. К. Грачева, Л. С. Могиндовид Утипизация осадка городских сточных вод. // Химизация сельского хозяйства. 1989.-№ 10.1. Г^ ТУ ПС Ks. /J-/V.

48. Strategies, technologies and economics of water management in ECE contries.-United nation, ЕС ti/Water/3 6. New York, 1984, p. 31−77.

49. Наумов Ю. И. Перспективы организации промышленной переработки гальваношламов.// Сб.: Решение экологических проблем г. Москвы.-М., 1994.

50. Elliot НА. Land application of municipal sewage sludge // Jounal of Soil and Water Conservation, 1986, — V.41,№ 1. p. 5−10.

51. Наумов Ю. И., Соколов Н. Г., Левичева H.C. Переработка шламов гальванопроизводств с извлечением металлов // Экологическая безопасность городов в условиях перехода к рынку. Н. Новгород. 1993. С.86−91.

52. Шустов С. Б., Шустова Л. В. Химические основы экологии. М.: Просвещение, 1995. 239 с .

53. Использование осадков сточных вод и твердых бытовых отходов. Владимир. 1983. 52 с .

54. Мерзлая Г. Б. Сельскохозяйственная утилизация осадков сточных вод г. Москвы.// Сб.: Решение экологических проблем г. Москвы. М. 1994. С. 1214.

55. Заявка 54/106 009 (Япония). МКИ В 01 Д 33/34. Apparatus for sediments/ Matsuda Akira, Kawasai Kenji, Mizukawa УшсЫ.-Опубл.ЗО.ОЗ, 81.

56. Wenning HP. Utilization of sewage sludge//Chem.-lnd.-Teclin.-1989;V.61 ,№ 4.-P.277.

57. Liquefaction Klarschlamm/Von Т., Hagenmaler H., E. Hartmenn//VGR Kraft. Werkstedn, 1992.-V.72,№ 2. S.159.

58. Technology of liquation sewage sludge/ Toshio Kasai, M. Matsuda, T. Suzuki/ / Kobe Steel Eng. Repts.-1991 ,-V.41,№ 4.-P. 119−122.

59. Охрана окружающей среды С В. Белов, Ф. А. Барбинов, А. Ф. Козьяков и др. М.: Высшая школа. 1991. 319 с.

60. Кебина В. Я., Козлова М. В., Платонов Г. И. Изучение действия тиазона на яйца аскарид и микробактерий в осадке сточных вод /7 Практика очистки природных и сточных вод. М., 1982. С.45−49.

61. Гюнтер Л. И., Гольдфарб Л. Л. Метантенки. М.: Стройиздат, 1991. 321 с.

62. Feachem R.G., Bredley D.J., Garelik П., Мага D.D. Sanitation and disease. Health aspekts of exreta waste Water management. World Bank, Studies? n Water Sypply and Sanitation. 1983, Vol. 3.

63. Матвиенко Н. И., Мамонтов Ю. Б. К расчету установок теплового обеззараживания осадков сточных вод// Наука и техника в городском хозяйстве. Киев, 1989. № 71. С.44−48.

64. Гаврилов М. И. Исследование и разработка технологических решений по тепловому кондиционированию органических осадков сточных вод.// Материалы симпозиума по обработке ОСВ. М., 1979. С. 46−57.

65. Голиньска М., Олешик А. Тепловое кондиционирование активных илов. //Материалы симпозиума по обработке ОСВ. М., 1979. С. 58−70.

66. Высоцкая Н. А., Рекашева А. Ф., Шевчук Л. Г. Радиационная обработка ОСВ. Киев: Техника. 1980. 135 с.

67. Бродская Б. Х. Некоторые явления в жидкостях под воздействием импульсных разрядов. // Электронная обработка материалов. 1971. № 2. С. 39−43.

68. Веслов Ю. С., Лавров И. С., Рукобратский IT. И, Водоочистное оборудование. Конструирование и использование. Л.: Машиностроение, 1985. 212 с.

69. Entseuchung Von Klarshlamm. «Korrespond. Abwasser», 1988, 35, № 1, р. 71n л /Ч-.

70. Туровский И. С., Колючева С. Г., Заен И. Х. Известь для обеззараживания и снижения влажности осадков сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 1986,-№ 1. С. 19−20.

71. Чефранов Ю. А., Бухтояров А. И., Ястребов Е. Е. Опыт применения аммиака с целью уничтожения яиц аскарид в осадке сточных вод с иловых площадок // Водоснабжение и санитарная техника. 1978, — № 4. С. 6−7.

72. Составление технико-экономической части проектов внеплощадочных систем водоснабжения и канализации. М.: Стройиздат, 1991. 54 с.

73. Обработка и удаление осадков сточных вод. М.: Стройиздат, 1985. 143 с.

74. Arai Norio, Hoyashi Yoshitsudu, Hosatani Masanoby. Pyroieclmics of surplus factive silt.-1980.-V.6,№ 3-P.301−307.

75. Кебина В. Я., Козлова M.B., Платонов Г. И. Изучение действия тиазона на яйца аскарид и микробактерий в осадке сточных вод // Практика очистки природных и сточных вод. М., 1982. С.45−49.

76. Ласков Ю. М. и др. Использование аминокислотных соединений для обезвреживания тяжелых металлов в OCB. М., 1996.

77. Козлов М. Н., Данилович Д. А., Аджиенко В. Е., Веригина Е. Л. Перспективные технологии в области обработки осадков сточных вод/'/Водоснабжение и санитарная техника, № 1,1996, С. 36−39.

78. Проект ОСТ по предельно допустимые концентрации ионов тяжелых металлов в осадках городских сточных вод, ВНИПТИОУ, 1985.

79. Ю. Ю. Лурье, А. И. Рыбникова Химический анализ производственных сточных вод. М.: Химия, 1974. 356 с.

80. Eikelboom D.H., Heavy metals from sewage sludge in soil and vegetation.// A liieratme Evaluation. STORA Report, July 1986.

81. Дьяченко A.B. Некоторые аспекты создания безопасного малоотходного гальванического производства//Гальванотехника и обработка поверхности. № 1,1993. С. 12−17.

82. Гибкие автоматизированные гальванические линии. Справочник под ред. В. Л. Зубченко. М.^Машиностроение. 1989. 641 с.

83. Байрачный Б. И., Зуевская Н. В., Меньшов Ю. В. Электрохимическое извлечение никеля из разбавленных растворов//Гальваиотехника и обработка поверхности. № 1,1993. С.23−27.

84. Мурашова И. Б., Якубова Т. В., Рудой В. М. Динамика изменения поверхности рыхлого осадка меди в процессе его электрокристаллизации //Гальванотехника и обработка поверхности. № 3, 1994. С.14−19.

85. Галицкий Н. В., Сухарева 11.И., Ляховская Т. Г. О некоторых аспектах очистки сточных вод, содержащих ИТМ/'/Гал ьванотехн ика и обработка поверхности. № 6, 1993. С.52−55.

86. Байрачный Б. И., Ильяшенко Т. А., Скорикова В. Н. Катодное осаждение меди из отработанных разбавленных электролитов меднения //Гальванотехника и обработка поверхности. № 1−2, 1992. С.94−95.

87. Eran H.G., Kammel R., Lieber H.-W.: Metall 47 (1993)3, 351.

88. Баймаков Ю. В., Журин А. И. Электролиз в гидрометаллургии. М.: Металл ургиздаг, 1963. 615 с.

89. Кудрявцев Н. Т. Электролитические покрытия металлами. М.: Химия, 1 r^ri? i 1У/У. JO 1 С.

90. Ткачик З. А., Горбунова K.M., Севастьянов Э. С. Исследование механизма электрокристаллизации меди методом измерения импеданса //Электрохимия. 1969.-т.5, № 3. С. 351.

91. Дмитриев Ю. С., Муртазина A.M., Колосов A.C. Исследование импеданса медного электрода в сернокислом растворе //Электрохимия. 1969.т.5, № 1. С. 106.

92. Панов В. А., Луковцев П. Д., Вайнштейн М. З. К вопросу об измерении импеданса медного катода в сульфатном электролите// Электрохимия. 1971. т.7, № 7. С. 1053.

93. Ткачик З. А., Горбунова K.M., Севастьянов Э. С. Исследование механизма электрокристаллизации меди вблизи равновесного потенциала методом измерения импеданса // Электрохимия. 1969. т.5, jNs 9. С. 1125.

94. Березина C.B., Гудин Н. В., Ахметова Р. Л. О механизме катодного восстановления акваком пле ксов меди из кислых растворов Н Электрохимия. 1969. т.5, № 12. 1481 с.

95. Гнусин Н. П. Измерение импеданса медного электрода в кислом электролите //Физическая химия. 1961. т.35, № 10. 2217 с.

96. Грачев Д. К. К вопросу о теоретической интерпретации импеданса медного электрода в растворах сульфата меди // Электрохимия. 1971. т.7, № 4. 527 с.

97. Левин А. И. и др. Сб. Теория и практика электролитического хромирования. М.: Из-во АН СССР, 1957.

98. Лошкарев М. А., Дубина Н. М., Севрюгина М П. Республиканский Межведомственный научно-технический сборник: Химическая техйЪлогия. М.: 1969. № 12. С. 231.

99. Гальванические покрытия в машиностроении: Справочник в 2 томах. Под ред. М.А. ILIлутера. М.: Машиностроение, 1985. Т. 1. 240 с. Т. 2, 247 с.

100. Смирнов Д. Н. Автоматизация процессов очистки сточных вод химической промышленности. Л.: Химия, 1970. 56 с.

101. Гордин И. В., Манусова Н. Б., Нуриев Н. К. Организация химико-технологи-ческих схем очистки промышленных сточных вод. Л.: Химия, 1977. 176 с.

102. Бек Р. Ю., Маелий А. И. Экологические проблемы гальванотехники в России// Доклад на сессии по проблемам функциональной гальванотехники научного совета РАН по электрохимии и коррозии (ноябрь 1992 г.).

103. Кульский Л. А., Тороновский И. Т., Когановский A.M. и др. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды. Часть П. Киев, 1980.

104. Воронов Ю. В., Карелин Я. А., Ласеов Ю. М. и др. Очистка производственных сточных вод. М.: Химия, 1967. 114 с.

105. Проскуряков В. А., Шмидт В. И. Очистка сточных вод в химической промышленности. Л.: Химия, 1977.

106. Турский Ю. И. Очистка производственных сточных вод. М.: Химия, 1967.

107. Плаксин И. Н., Юхтанов Д. М. Гидрометаллургия. М.: Гидрометаллургиздат, 1949, 732 с.

108. РД 52.24.476−95 Методические указания. И K-фотом етри ческое определение нефтепродуктов в водах и почвах. Ростов-на-Дону, 1995. 12 с.

109. Временные методические указания по контролю загрязнения почв. Часть II. М.: Гидрометеоиздат, 1984. 61 с.

110. Ахназарова С. Л., Кафаров В. В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М.: Высшая школа, 1978. 319 с.

111. А. Ю. Закгейм Введение в моделирование химико-технологических процессов. М.: Химия, 1982. 287 с.

112. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. М.: ЦИНАО, 1992. 61 с.

113. Verfahren zur Eliminierung von Schwermetallen aus Klarchlammen: Пат. 290 408 ГДР, МКИ С 02 F 11/00, С 02 F 1/62.

114. Verfahren zur Aufbereitung. von Schwermetallsalzen und Primarflockungsmittel enthaltenden Wasserschlammen: Пат. 295 335 ГДР, МКИ С 02 F 11/14, С 02 Р 1/62.

115. Невский A.B., Пылаева Г. А., Чесноков В. О. Экологическая безопасность продуктов переработки отходов гальванических производств //Гальванотехника и обработка поверхности. № 2, 1996. С. 38−41.

116. Коррозионная и химическая стойкость материалов. Справочник под ред. H.A. Доллежаля. М.: Машгиз, 1954. 512 с.

117. Дамаскин Б. Б., Петрий O.A. Электрохимия. М.: Высшая школа, 1987. 295с.

118. Саидаминов Истматбой. Исследование и разработка высокоэффективной технологии переработки ОСВ в удобрение. Дисс д.т.н. Душанбе, Таджикский технический университет 1994 г. 624 с.

119. Измайлов H.A. Электрохимия растворов. М.: Химия, 1976. 488 с.

120. Логинов Л. Ф. Гуминовые кислоты природные окислительно-восстановительные системы. Дисс. д.б.н. Тюмень, Тюменский сельскохозяйственный институт, 1992 г. 723 с.

121. Р. Сильверстейн, Г. Басслер, Т. Mopp ил Спектрометрическая идентификация органических соединений. М.: Мир, 1972. 590 с.

122. Галюс 3. Теоретические основы электрохимического анализа. М.: Мир, 1977. 552 с.

123. Стойнов З. Б., Графов Б. Н., Совова-Стойнова Б. С. Электрохимический импеданс. М.: Наука, 1991. 336 с.

124. Флеров В. Н. Сборник задач по прикладной электрохимии. М.: Высшая школа, 1983.310 с.

125. Справочник химика. Многотомник: М., Л.: Химия. 1965. 1005 с.