Введение к работе
Актуальность работы. На лесоперерабатывающих предприятиях в качестве отхода образуется большое количество древесной коры, значительная часть которой вывозится в отвалы.
На вывозку коры в отвалы тратятся большие средства и отвлекается транспорт и рабочая сила. Отвалы, достигающие по высоте нескольких десятков метров, занимают большие площади заводских территорий.
При длительном хранении коры в отвалах происходит ее частичное разложение с выделением загрязняющих органических соединений. Высвобождающиеся продукты (соединения фенольного ряда) в большинстве своем являются высокотоксичными для жизнедеятельности биоценозов. Большая часть продуктов разложения коры, растворяясь в воде, может просачиваться в грунтовые воды, а затем поступать в открытые водоемы, загрязняя их.
Периодически происходит самовозгорание коры, что представляет опасность для находящихся вблизи строений, и приводит к загрязнению атмосферного воздуха продуктами горения.
Основными направлениями использования коры в настоящее время являются: сжигание; использование в качестве субстрата для получения удобрений; мульчирование почв; изготовление сухой подстилки в животноводческих хозяйствах; извлечение дубильных экстрактов для кожевенной промышленности; изготовление строительных материалов в виде древес-но-корьевых плит - королита.
По любому из указанных направлений утилизации коры требуются дополнительные операции по ее подготовке, затраты на которые не окупаются длительное время.
На целлюлозно-бумажных предприятиях (ЦБП) в больших количествах в результате биологической очистки сточных вод образуется избыточный активный ил. К настоящему времени разработано несколько направлений его использования; в качестве добавки в производстве тарного картона, для получения белково-витаминного кормового продукта (белвитамила), в производстве волокнистых плит, при приготовлении компостов для использования в сельском хозяйстве в качестве органического удобрения. Однако практически избыточный активный ил в настоящее время не используется.
Перспективным направлением эффективного использования древесной коры и избыточного активного ила может быть применение метода верми-культивирования, позволяющего в короткий срок переработать значитель-
- г -
ные количества отходов и получить ценные товарные продукты: биогумус и биомассу.
Дождевые черви в развитых странах используются преимущественно для переработки сельскохозяйственных и бытовых отходов. Вопрос о переработке промышленных отходов, в том числе отходов ЦБП, с помощью вермикультури освещен в литературе недостаточно полно. В литературе отсутствуют данные об аппаратном оформлении процесса вермикультивирова-ния и данные о применяемых промышленных видах червей-деструктактов. Проведенными нами предварительными разработками показана перспективность этого метода в целлюлозно-бумажной промышленности.
В связи с изложенным, вопросы разработки технологии утилизации твердых отходов ЦБП методом вермикультивирования с применением промышленной линии червей-деструктантов и промышленных установок являются актуальными.
Цель работы. Разработка технологии утилизации отходов целлюлозно-бумажных предприятий: коры различных сроков хранения - отходов окорки древесины и избыточного активного ила после биологических очистных сооружений (БОС) методом вермикультивирования с применением высокопроизводительных установок биореакторного типа.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
изучить условия образования и складирования твердых отходов целлюлозно-бумажного производства на примере типичного ЦБП - Пермского целлюлозно-бумажного комбината (ПЦБК) и их влияние на объекты окружающей среды;
изучить возможность утилизации отходов методом вермикультивирования путем подбора субстратов на основе коры различного срока хранения и избыточного активного ила с введением в субстрат различных стимулирующих добавок, необходимых для обеспечения нормальной жизнедеятельности червей, и разработать рецептуру субстрата с оптимальным соотношением отходов;
провести селекционную работу по выведению промышленной линю червей-деструктантов, адаптированных к утилизируемым отходам;
определить оптимальные параметры процесса деструкции отходое методом вермикультивирования;
разработать методы контроля за процессом утилизации отходов методом вермикультивирования и оценить качество полученного продукта го физико-химическим и агрохимическим показателям;
получить исходные данные для разработки и проектирования опытно-промышленной установки вермикультивирования - биореактора вертикального типа;
оценить технико-экономическую эффективность разработанной технологии утилизации твердых отходов ПЦБК и провести маркетинговые исследования по реализации, получаемых в результате переработки отходов, биогумуса и биомассы дождевых червей.
Научная новизна. Впервые получены данные о возможности использования метода вермикультивирования для утилизации отходов (коры различного срока хранения, избыточного активного ила) целлюлозно-бумажных предприятий. Выведена селекционным путем промышленная линия червей, адаптированных к отходам ЦБП. Определены оптимальные параметры процесса. Разработана рецептура субстрата с оптимальным соотношением отходов. Изучены физико-химические и агрохимические показатели биогумуса и определены его потребительские свойства. Разработан, изготовлен и испытан опытно-промышленный биореактор вертикального типа для процесса вермикультивирования производительностью 18 т/год.
Практическая значимость. Установлена возможность применения метода вермикультивирования для утилизации отходов ЦБП:коры различных сроков хранения и избыточного активного ила после биологической очистки сточных вод. Разработаны конструкция и рабочие чертежи опытно-промышленного биореактора. На ПЦБК смонтирована опытно-промышленная установка, при испытании которой получена опытная партия биогумуса (2 т). Проведены полевые испытания биогумуса на базе Пермского НИИ сельского хозяйства при выращивании картофеля и земляники, которые показали высокую удобрительную ценность полученного продукта. Разработана технологическая схема участка цеха вермикультивирования отходов целлюлозно-бумажного предприятия, функционирование которого позволит снизить ущерб от загрязнения объектов окружающей среды и открыть новые рабочие места на предприятии.
Основные положения, выносимые на защиту:
возможность утилизации отходов ЦБП: коры различных сроков хранения, избыточного активного ила методом вермикультивирования:
особенности процесса вермикультивирования: температура, влажность, композитный состав исходного субстрата, контроль за процессом, рабочие характеристики вермикультури;
оптимальные параметры процесса;
возможность применения биореакторов вертикального типа в про-
цессе вермикультивирования;
аппаратурное и технологическое оформление процесса утилизации твердых отходов ЦБК методом вермикультивирования;
возможность получения ценных товарных продуктов из отходов ЦБП: биогумуса и биомассы дождевых червей.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на международной конференции "Безопасность окружающей среды: медицинские, экономические и правовые аспекты" (Пермь, 1992), на Третьем международном конгрессе "Биоконверсия органических отходов" (Москва, 1994), на Всероссийской научно-технической конференции "Научно-технические проблемы конверсии промышленности Западного Урала" (Пермь, 1995), а также на областных нучно-технических конференциях в 1991-1996 г.г.
Публикация результатов. Материалы диссертации изложены в 8 публикациях.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 6 рисунков, 36 таблиц, и 2 приложения. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 174 наименования источников (отечественных и иностранных) и приложений. Приложения содержат: документы о внедрении, распечатку программы поиска оптимальных параметров процесса деструкции твердых отходов ПЦБК методом вермикультивирования.