Инновационные ресурсосберегающие технологии утилизации коммунальных отходов - осадков городских сточных вод

Проблема и ее связь с научными и практическими задачами. Крупнейшая экологическая проблема России и Украины – загрязненность их территории отходами. Особую озабоченность вызывают отходы, образованные в процессе очистки городских сточных вод – канализационные илы и осадки сточных вод (ОСВ).

Основная специфика отходов - их двухкомпонентность: система состоит из органической и минеральной составляющей (80 и 20% соответственно в свежих отходах и до 20 и 80% после длительного хранения). Наличие в составе отходов тяжелых металлов обуславливает их IV класс опасности. В соответствии с санитарными нормами [1], такие виды отходов складируются под открытым небом и дальнейшей переработке не подлежат. Это привело к тому, что только в Украине накоплено около 0,5 млрд. т осадков, суммарная площадь для складирования которых составляет примерно 50 км2 на пригородных и городских территориях [2]. Отсутствие в мировой практике действенных способов утилизации данного вида отходов с обострением экологической ситуации (загрязнение атмосферы и гидросферы, отторжение земельных площадей под полигоны складирования), свидетельствует об актуальности изыскания новых подходов и технологий по их вовлечению в хозяйственный оборот.

Анализ исследований и публикаций. В 2005г. в в странах ЕС в соответствии с директивой 86/278/ЕС по охране окружающей среды, осадки сточных вод были использованы следующим образом: 52% - в сельском хозяйстве; 38% - сожжены; 10% - складированы [3]. Попытка России перенести зарубежный опыт сжигания осадков на отечественную почву (строительство мусоросжигательных заводов) оказалась неэффективной - объем твердой фазы снизился всего на 20% с одновременным выбросом газообразных токсичных веществ и продуктов сгорания [2,3].

Закон Украины “Об отходах” в виду отсутствия соответствующих технологий утилизации обязывает осадки сточных вод только складировать [4].

Постановка задачи. Технологическая отсталость наших стран в сфере утилизации ОСВ в практическом плане обусловлена в первую очередь непозволительными затратами финансовых ресурсов на соответствующие утилизационные предприятия и оборудование. Поэтому ставится задача разработки новых альтернативных эффективных и экономичных способов вовлечения коммунальных отходов - осадков сточных вод в хозяйственный оборот.

Изложение материала и его результаты. Основными предпосылками к решению проблемы были следующие [5-7]:

• -    стабилизация состава и соотношение органической и минеральной составляющих ОСВ зависят от времени - чем более ’’старый” отход, тем он более минерализован и стабилен;

• - наличие и концентрация ТМ (тяжелых металлов) в ОСВ зависит от вида промышленности городов;

• - хранилища ОСВ - это техногенные месторождения сырьевых

ресурсов;

• - крупнотоннажный отход ОСВ должен быть использован для получения крупнотоннажной продукции на существующем парке оборудования;

• - полученная продукция должна иметь спрос и соответствовать техническим, экологическим и санитарно-гигиеническим требованиям.

В результате теоретических, экспериментальных и пилотных исследований было показано, что решение экологической проблемы -ликвидации накопленных объемов осадков сточных вод возможно путем их активного вовлечения в хозяйственный оборот в следующих отраслях:

• -    дорожного строительства (производство органо -минерального порошка взамен минерального порошка для асфальтобетона);

• - строительства (производство утеплителя типа керамзит и керамического эффективного кирпича);

• -    аграрном секторе (производство высокогумусного органического удобрения), что иллюстрируют рисунки 1-4.

Предложенные способы и технологии позволяют:

• -    утилизировать до 200кг сухого ОСВ в 1 кубическом метре асфальтобетона с получением материала, физико - механические показатели которого не уступают требованиям государственных стандартов (табл.1);

• - в обжиговых керамических изделиях может быть утилизировано до 50% ОСВ с получением заданных свойств керамического черепка (табл.2);

• - при производстве органических удобрений утилизация ОСВ достигает 75%.

Экспериментальное внедрение результатов исследований было осуществлено на ряде предприятий Украины:

• - дорожное покрытие площадки хранения тяжелой техники МД ПМК-34 (г. Луганск, 2005 г.), участок объездной дороги вокруг Луганска (ПК220-ПК221+50,2009г), городская улица им. Малютина в г. Антрацит, 2011г. Результаты наблюдений за состоянием и качеством дорожного покрытия свидетельствуют о хороших его эксплуатационных характеристиках, превышающих по ряду показателей традиционные аналоги (Рисунок -2).

• - опытная партия эффективного облегченного керамического кирпича выпущена на Луганском кирпичном заводе №33 (Рисунок -3).

• - производство биогумуса на основе ОСВ осуществляется на очистных сооружениях компании ООО «Лугансквода» (Рисунок -4).

Основные характеристики стройматериалов на основе ОСВ приведены в табл. 1,2, данные которых свидетельствуют о значительном превышении (в 2-3 раза) отдельных показателей (прочность, теплопроводность) по сравнению с аналогами.

Экономическая эффективность разработанных технологий значительна как в сфере производства, так и в области охраны окружающей природной среды.

Рисунок 1 – Виды исходных отходов

Рисунок 2 –Основные этапы утилизации органо-минерального порошка из ОСВ в дорожном строительстве

Рисунок 3 - Производство керамических изделий на основе ОСВ (опытная партия и лабораторный образец)

Рисунок 4 – Производство органического удобрения – биогумуса на основе ОСВ методом вермокомпостирования

Таблица 1 – Физико-механические свойства образцов асфальтобетона с различным содержанием добавки ОСВ

№ п/ п	Состав асфальтобетона (плотный, тип Б)	Водонасы-щение, %	Набухание, %	Предел прочности при сжатии, МПа, при температуре			Коэффициент водо-устойчивости
				20º С	50º С	водонас сост.
1	Щебень – 35%; Песок из отсева дробления щебня – 65% (контроль)	0,6	0,12	6,40	2,05	5,56	0,87
2	Щебень – 35%; Песок из отсева дробления щебня – 63%; ОСВ – 2%.	0,55	0,15	6,10	1,65	5,70	0,93
3	Щебень – 35%; Песок из отсева дробления щебня – 61%; ОСВ – 4%.	0,97	0,15	6,25	1,92	5,60	0,89
4	Щебень – 35%; Песок из отсева дробления щебня – 59%; ОСВ – 6%.	0,65	0,06	7,40	3,0	6,80	0,91
5	Щебень – 35%; Песок из отсева дробления щебня – 57%; ОСВ – 8%.	1,22	0,18	8,0	3,3	6,9	0,86
	Требования ДСТУ Б В.2.7-119-2003 (марка II, верхние слои)	1,5-3,5	не более 0,85	2,4	1,2	-	не менее 0,85
	Требования ДСТУ Б В.2.7-119-2003 (марка II, нижние слои)	не более 10	-	1,5	-	-	не менее 0,6

Таблица 2 - Основные свойства керамического черепка

№	Содержание осадка, %	Средняя плотность, ρ ср , т/м3	Пористость, П о , %	Теплопроводность, λ , Вт/м·К	Предел прочности при сжатии, R сж , МПа
1	Без добавки	2,08	16,4	0,99	12,2
2	10	2,0	20,0	0,94	13,3
3	20	1,82	27,2	0,84	12,0
4	30	1,70	29,2	0,80	10,2
5	40	1,61	31,6	0,78	9,75
6	50	1,56	37,6	0,70	9,4
7	60	1,50	40,0	0,67	9,25
8	70	1,41	43,5	0,62	9,0
9	80	1,28	48,8	0,55	8,75

Агротехника и энергообеспечение. – 2014. – № 3 (3)

Выводы:

• 1. Экспериментальными и опытно – промышленными исследованиями показана возможность вовлечения ОСВ в хозяйственный оборот с использованием новых подходов и технологий, что позволит частично решить проблему экологической безопасности страны.

• 2.    Для широкого практического использования предложенных способов утилизации ОСВ необходимо решить ряд организационноправовых вопросов:

• -    внести изменения в Закон “Об отходах”;

• -    разработать технические условия на продукцию и провести ее сертификацию;

• -    подготовить обращение в Кабинет Министров и Министерство охраны окружающей природной среды с просьбой о разработке действенных механизмов и путей предоставления льгот по налогообложению прибыли, полученной от реализации продукции, изготовленной с использованием отходов и государственных субсидий на снижение процентов по банковским кредитам, направленных на реализацию проектов по утилизации отходов.

2.Сучкова Н. Г. Анализ состояния проблемы рекультивации иловых площадок очистных сооружений городов и перспективы для Харьковского региона / Н. Г. Сучкова // Материалы научно-практической конференции «ЭТЭВК-2007» 19-21 сентября 2007 г. - Ялта, 2007.- С. 279284.

• 3.    Паёнк Т. Л. Законодательство Европейского Союза в области утилизации осадков / Т. Л. Паёнк // Водоснабжение и санитарная техника. – 2003. - №1. – С.37-41.

• 4.    Закон Украины «Про вiдходи», №187/98 – ВР вiд 5.03.1998р.

• 5.    Дрозд Г. Я. Технико-экологические записки по проблеме утилизации осадков городских и промышленных сточных вод / Г. Я. Дрозд, Н. И. Зотов, В. Н. Маслак . – Донецк : ИЭП НАН Украины, 2001. – 340 с.

• 6.    Использование осадков сточных вод в производстве строительных материалов / Г. Я. Дрозд, И. В. Матвеева, О. А. Погостнова,

  Р. В. Бреус // Труды Луганского национального аграрного университета. – Луганск, 2004. – Вып. №41(53): Технические науки. – С. 3-13.

• 7.    Патент 26095 Україна, МПК COF1/52. Спосіб утилізації осадів міських стічних вод / Р. В. Бреус, Г. Я. Дрозд ; заявник і патентовласник Луганск. нац. аграр. ун-т.- № 94127955 ; заявл. 11.12.06; опубл. 30.07.07, Бюл.№14. – 2 с.

Россия, Орел, Орловский Государственный Аграрный Университет

Россия, Орел, Орловский Государственный Аграрный Университет

INNOVATIVE OF RESOURCES OF SAVING TECHNOLOGIES OF UTILIZATION OF COMMUNAL WASTES - FALLOUTS OF MUNICIPAL SEWAGES

Drozd G., Khvortova M.

Russia, Orel, Orel State Agrarian University