Введение к работе
Актуальность проблемы. В России в настоящее время уже накоплено более 80 млрд.т твердых отходов и более 40 млн.т осадков сточных вод. Прирост количества выбрасываемых на поверхность Земли и в водный бассейн техногенных и бытовых отходов принял лавинообразный характер. Использование хотя бы части этих отходов позволит решить не только экологическую, но и важнейшую ресурсную задачу.
Огромный ущерб окружающей природной среде (ОПС) приносит возрастающее количество твердых бытовых отходов (ТБО) и, прежде всего, содержащихся в них отходов полимерных материалов (ПМ), чуждых для природы и не разлагающихся в естественной среде. Их доля ежегодно увеличивается, достигая 57% в общем объеме ТБО.
Отходы ПМ в определенной мере сохраняют комплекс технологических и эксплуатационных свойств, что позволяет использовать их в качестве вторичного сырья.
Актуальным решением проблемы уменьшения количества полимерных отходов, размещаемых в окружающей природной среде, является разработка нового полимерного фильтрующего материала (ПФМ) из полимерных бытовых отходов (ПБО) для локальной очистки производственных сточных вод (ПСВ) методом биофильтрации, а также нового образца биологического фильтра модульно-кассетного типа (БФМКТ), позволяющего минимизировать образующиеся в процессе очистки отходы.
Изучение процесса очистки ПСВ химических производств на разработанном БФМКТ с применением ПФМ обусловливает необходимость расширения исследований по качественному и количественному диапазону стока, в .частности для таких загрязнений как нефтепродукты, капролактам, СПАВ, железо и др., эффективные методы очистки от которых до сих пор ограничены. Это также позволит совершенствовать управление технологическим процессом биологической очистки (БО).
Целью работы являлась разработка физико-химических и технологических основ создания полимерного фильтрующего материала на основе полимерных бытовых отходов и технологии эффективной биологической очистки производственных сточных вод.
Для достижения поставленной цели в задачу исследований входило:
1. В области физикохимии:
изучение механизма взаимодействия между компонентами в сформированном ПФМ;
изучение взаимосвязи между структурой и комплексом свойств ПФМ;
исследование динамики деструкции загрязнений в ПСВ при фильтровании через предложенный ПФМ.
2. В области технологии:
разработка технологических принципов формирования структуры, обеспечивающей необходимые характеристики ПФМ (пористость, удельная поверхность, механическая прочность, химическая стойкость);
исследование закономерностей формирования потоков ПСВ и выбор рациональной системы очистки;
разработка режимов и методов управления процессом БО ПСВ;
- разработка технологии регенерации ПФМ.
3. В области технической:
разработка универсальной модели локальной биофильтрующей установки;
проведение производственной апробации нового технического устройства;
- определение технико - экономической эффективности применения разработанного ПФМ и БФМКТ.
4. В области социальной:
анализ качественного и количественного содержания ПВО в общем составе ТБО в конкретном промышленном городе с населением 250 тыс. чел. (г. Энгельс Саратовской области);
разработка концепции повышения эффективности локальной биологической очистки ПСВ с использованием ПФМ на основе полимерных бытовых отходов, отсортированных из общего объема ТБО.
Работа выполнялась в соответствии с Комплексной программой по обращению с отходами на территории Саратовской области, разработанной на основании постановления Правительства Саратовской области от 23.06.99 г. № 42-П и представляет собой часть научно-исследовательских работ, проводимых в СГТУ по теме «Технические средства и методы очистки ПСВ».
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработано новое перспективное научно-техническое направление
переработки ПВО в ПФМ для очистки ПСВ, характеризующееся повышенной
активной удельной поверхностью, пористостью, необходимой механической
прочностью и стойкостью в активных химических средах;
- определены закономерности формирования структуры ПФМ, в котором часть ПБО с низкой температурой плавления играет роль связующего, а с более высокой температурой - наполнителя.
установлены основные закономерности и особенности процессов очистки ПСВ с использованием керамзита и разработанного ПФМ в условиях сформированного адаптированного биоценоза. Предложено математическое описание прогнозирования эффективности очистки ПСВ на биологических очистных сооружениях (БОС);
исследована кинетика очистки ПСВ на разработанном ПФМ и оборудовании, научно обоснована минимизация образующейся избыточной биомассы.
Практическая значимость. С использованием теоретических положений, сформулированных в диссертации, разработаны:
технология переработки ПБО в ПФМ, используемый для биофильтрации ПСВ, обеспечивающая минимизацию отходов и экономию первичных материалов;
технологический режим работы БОС и метод управления процессом биохимической очистки ПСВ;
оригинальная конструкция БФМКТ, отличающаяся универсальностью, экономичностью, низкой энергоемкостью, простотой и доступностью, позволяющая использовать дополняющие методы очистки;
метод аэробной регенерации ПФМ;
экспресс-метод определения биологической массы в БОС, соответст-
вующей нагрузкам, определяемым по химической потребности кислорода и взвешенным веществам;
- предложения рынку услуг востребованных в природоохранной дея
тельности ПФМ и оборудования.
Результаты работы внедрены на следующих предприятиях: ГУП «Эн-гельсплодовощтранс» (технология очистки ПСВ, содержащих нефтепродукты участка автомобильной мойки); ОАО «Маслосырбаза», г. Энгельс (технология очистки жиросодержащих ПСВ); ООО «Коллер» (БФМКТ и технология очистки загрязненных нефтепродуктами ПСВ участка предремонтной мойки автомобильных частей и узлов с рециклом воды в производство); БОС МУП «Водоканал», г. Энгельс (технология минимизации образования отходов методом аэробной стабилизации); БОС МУП «Очистные сооружения канализации», г. Маркс (технология вывода на эффективный режим очистки с апробацией доочистки на БФМКТ).
На защиту выносятся:
- новое технологическое решение по переработке ПБО с получением
ПФМ, используемого в биофильтрах для нарастания микробиологической
пленки при очистке ПСВ;
способы направленного регулирования процессов структурообразо-вания ПФМ, обеспечивающие его высокую удельную поверхность, пористость, механическую прочность и химическую стойкость;
механизм и кинетика процессов очистки ПСВ химических производств при использовании ФМ из отходов ПМ;
конструкция БФМКТ и технология очистки при использовании ПФМ с минимизацией количества образующихся отходов.
Достоверность и обоснованность научных положений, методических и практических рекомендаций, обобщений результатов и выводов подтверждаются экспериментальными данными, полученными с применением комплекса современных взаимодополняющих методов исследования: хроматографии, оптической и электронной микроскопии, ИК спектрометрии, фотометрии, рентгеноструктурного анализа, электронного парамагнитного резонанса, гидробиологических и стандартных методов испытаний - химических, физико-механических и технологических. Для статистической обработки использовалось стандартное программное обеспечение.
Для систематизации исследования разработана концепция повышения эффективности очистки ПСВ методом биофильтрации и алгоритм проведения исследований.
Личное участие автора выразилось в теоретическом обосновании
проблемы, постановке и решении задач исследования, постановке экспери-
> мента, обработке и интерпретации экспериментальных результатов; в апро-
бации ПФМ на основе ПБО в лабораторных и производственных условиях на
разработанном БФМКТ, определении качественных характеристик, выявле
нии специфики и динамики очистки ПСВ химических производств в условиях
' качественной и количественной неравномерности притока.
Использование композиции из отходов ПБО при производстве ПФМ для эффективной локальной очистки ПСВ с минимальным образованием отходов биомассы рассматривается как новое направление в развитии технологии композитов и биотехнологии.
Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты ра
боты докладывались и обсуждались на 15 Международных, Всероссийских и
зональных конференциях, конгрессах, симпозиумах и семинарах в период с
1998 по 2004 гг. в г. Москве, Санкт-Петербурге, Самаре и др. Разработанная
конструкция биологического фильтра демонстрировалась на Международной
выставке «Экватэк-2004», г. Москва. '
Публикации. Основные положения и выводы диссертации изложены в
монографии, 2 патентах, 30 статьях и докладах, 2 учебных пособиях, 5 науч- /
но-технических отчетах по внедрению разработок. N
Объем и структура работы. Работа изложена на 330 страницах машинописного текста, состоит из введения, 8 глав, основных выводов, содержит 43 таблицы, 93 рисунка и 14 приложений, список использованной литературы включает 337 источников.
