Зниження об'ємів обсягів накопичених відходів водоочищення – осадів стічних вод, шляхом їх утилізації в асфальтобетон

Размещено на http://www.allbest.ru/

Український науково-дослідний інститут екологічних проблем

УДК 628.169: 625.852

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття конкурс наукового ученого ступеня міри

кандидата технічних наук

Зниження об'ємів обсягів накопичених відходів водоочищення - осадів стічних вод, шляхом їх утилізації в асфальтобетон

Спеціальність 21.06.01 - Екологічна безпека

Бреус Роман Володимирович

Харків- 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Луганському національному аграрному університеті Міністерства аграрної політики України (м. Луганськ)

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Дрозд Геннадій Якович, Луганський національний аграрний університет, професор кафедри “Автомобільні дороги та аеродроми”

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Касімов Олександр Меджитович, Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, завідуючий лабораторії систем та способів управління промисловими відходами асфальтобетон екологічний природній

кандидат технічних наук, доцент Козловська Світлана Борисівна, Харківська національна академія міського господарства, доцент кафедри водопостачання, водовідведення та очищення води

Захист відбудеться “31” січня 2008р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.64.812.01 в Українському науково-дослідному інституті екологічних проблем за адресою: 61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського науково-дослідного інституту екологічних проблем (61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6).

Автореферат розісланий “25” грудня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Жуковський Т.Ф.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. У комунальному господарстві України щодоби щодобово утворюється понад 50 тис. м3 осадів стічних вод (ОСВ). За рахунок відторгнення земель грунтів під їх складування території очисних споруд споруджень мають тенденцію до розширення. Сховища осадів (мулові майданчики, відвали) є екологічно небезпечними об'єктами, що вимагають відповідного обслуговування, охорони і контролю. Накопичення осадів продовжується триває через відсутність на сьогодні раціональних і екологічно безпечних технологій їх утилізації.

Перспективним є з'являється,являється комплексний підхід до утилізації ОСВ - доведення їх до кондицій вторинної повторної сировини - наповнювача асфальтобетону. Представляється, що дефіцит нестача і висока вартість традиційного наповнювача асфальтобетону - мінерального порошку при виробництві асфальтобетону для дорожнього будівництва (в Україні більше 170 тис. км доріг із із твердим покриттям) можуть бути компенсовані недефіцитним і дешевим наповнювачем на основі ОСВ . Технологія утилізації ОСВ дозволить видалити знищити,віддалити накопичені об'єми обсяги осадів, що благотворно позначиться на навколишньому природному середовищі, економлячи при цьому природні ресурси (заміна мінерального порошку на вторинний повторний матеріал - ОСВ ), одержувати отримувати матеріал для дорожнього будівництва і зумовить перехід багатовідхідного виробництва підприємств по очищенню стоків в розряд маловідхідних.

Створення створіння такої технології в момент, коли у той момент , коли,в тот момент Україна прагне в Євросоюз з із його високими вимогами до якості навколишнього природного середовища робить чинить цю тему своєчасною.

Таким чином, розробка технології утилізації ОСВ , що має екологічний, економічний і соціальний ефекти є з'являється,являється актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до Постанови постанови ВР України від 5.03.1998 р. 188/98-ВР “Про Основні напрями державної політики України у в,біля галузі охорони довкілля, використання природних ресурсів та забезпечення екологічної безпеки ”; Закону України “Про охорону навколишнього природного середовища ” № 1264-12 від 25.06.1991р.; Закону України “Про відходи” №187/98-ВР від 5.03.1998 г.; Постанови постановою КМ України від 1.03.1999г. №303 “Про затвердження Порядку ладу встановлення нормативів збору за забруднення навколишнього природного середовища і стягнення цього збору ”; Постанови постановою КМ України №1279 “Про розміри і порядок лад визначення втрат сільськогосподарського і лісогосподарського виробництва, які підлягають відшкодуванню”; Державної програми “Ресурсозбереження”, затвердженої ДКНТ України від 31.03.1993 г.; Програми Міністерства науки і освіти України за пріоритетним напрямком направленню №4 “Екологічно чиста енергетика і технології, що зберігають ресурси”; Постанови постановою КМ України від 21.08.2000 р. №1291 “Про затвердження конвенції зменшення об'єму обсягу викидів важких тяжких металів”; Рішення розв'язанням,вирішенням,розв'язуванням Луганської обласної Ради поради від 10.09.2004 р. №14/23 “Про внесення змін і доповнень до рішення Обласної Ради від 12.05.99 р. №6/6 “Про Програму соціально-економічного та культурного розвитку Луганської області на 1999-2010 роки ””; Програми про охорону навколишнього середовища, раціонального використання природних ресурсів і забезпечення екологічної безпеки в Луганській області на 2002-2005 р.р., затвердженої Рішенням розв'язанням,вирішенням,розв'язуванням Луганської обласної Ради поради від 22.08.2002 р. №3/14.

Мета дослідження. Метою дослідження є з'являється,являється наукове обгрунтування можливості спроможності утилізації лежалих залежаних осадів стічних вод і розробка технології їх обробки та залучення в господарський оборот зворот,оберт шляхом використання як вторинних повторні ресурсів при виробництві асфальтобетону, що дозволить понизити знизити екологічний збиток шкоду на навколишнє природне середовище та розширити сферу вторинного повторного використання ОСВ .

Завдання дослідження:

- вивчити об'єми обсяги накопичення, хімічний, мінеральний склад і фізико-механічні властивості лежалих залежаних осадів стічних вод;

- вивчити фізико-хімічні фізико-хімічні процеси взаємодії осадів з із бітумним в'яжучим;

- підібрати добрати оптимальні склади асфальтобетонних сумішей із із наповнювачем із із осадів стічних вод і дослідити їх фізико-механічні властивості;

- обгрунтувати токсикологічну безпеку матеріалу (асфальтобетону), до складу якого введений запроваджений осад, що містить утримує важкі тяжкі метали;

- теоретично і експериментально обгрунтувати процес висушування осаду для підготовки його до утилізації;

- розробити технологію утилізації лежалих залежаних ОСВ , що включає стадії їх переробки в наповнювач та отримання асфальтобетону;

- провести експериментально-промислову апробацію випробування технології утилізації ОСВ і;

- виконати оцінку екологічної і економічної ефективності розробленої технології утилізації ОСВ.

Об'єкт дослідження - процес впливу ОСВ на навколишнє середовище та технологія їх переробки.

Предмет дослідження - лежалі залежаний осади, утворені при біологічному очищенні стічних вод, що знаходяться перебуває на довгостроковому зберіганні у відвалах, їх екологічні, фізико-хімічні фізико-хімічні та технологічні характеристики, процесу їх переробки у вторинну повторну сировину і якісна оцінка одержаного отриманого асфальтобетону.

Методи досліджень. Для вивчення фізико-механічних і хімічних властивостей осадів стічних вод використані спеціальні методи: мікроскопічний (оптичний, електронний), спектральний емісійний, атомно-абсорбційний, рентгенівський. Для вивчення властивостей асфальтобетону прийнято фізико-механічні та реологічні методи. Відбір проб осадів у відвалах, а також проб грунтів на місці укладеного дорожнього полотна, здійснювався стандартним методом “конверта з із центровим”.

Для визначення оптимальних рішень розв'язань,вирішень,розв'язувань використані методи статичної обробки експериментальних даних, математичного планування планерування експерименту, математичного опису процесу сушки.

Наукова новизна отриманих результатів:

- теоретично і експериментально обгрунтовано новий екологічно безпечний спосіб залучення лежалих залежаних осадів стічних вод в господарський оборот зворот,оберт , заснований на їх підготовці до необхідних параметрів наповнювача асфальтобетону, з із подальшою наступною його утилізацією в дорожньо-будівельній галузі;

- досдіджено установлено , що сухий порошкоподібний багатокомпонентний матеріал на основі ОСВ аналогічний за своїми фізико-механічними властивостями однокомпонентному доломітовому мінеральному порошку і може бути використаний як замінник останнього в асфальтобетонних сумішах;

- обгрунтовано, що в системі “бітум-ОСВ ” осад стічних вод покращує адгезійні властивості бітуму до поверхні мінеральних частинок часток,часточок , а важкі тяжкі метали з із полівалентними катіонами утворюють з із органічними речовинами ОСВ стійкі хелатні з'єднання сполучення,сполуки , що викликає спричиняє поліпшення покращання фізико-механічних характеристик асфальтобетону і робить чинить їх екологічно безпечними;

- розроблено нові склади асфальтобетонних сумішей з із оптимальним вмістом в них 6-8% наповнювача з із ОСВ , що дозволяють утилізувати в 1 м3 суміші 120-200 кг відходу з із поліпшенням покращанням фізико-механічних характеристик одержуваного отримуваного асфальтобетону порівняно з аналогами на традиційних компонентах.

Практичне значення отриманих результатів. Запропонований спосіб і технологічна схема обробки лежалих залежаних осадів стічних вод до кондицій наповнювача, замінюючого традиційний компонент асфальтобетону - мінеральний порошок, при широкому використанні дає можливість спроможність перетворити багатовідхідне виробництво підприємств по очищенню стоків в розряд маловідходних. При цьому до господарського обороту звороту,оберту залучаються лежалі залежані ОСВ , знижується навантаження відходів на навколишнє природне середовище, звільняються визволяються території, скорочується використання природних ресурсів на виробництво дорожніх будівельних матеріалів, підготовлені осади використовуються в дорожньому будівництві.

Експериментальна напівпромислова апробація випробування в виробничої практиці дорожньо-будівельного підприємства КП “Луганська МДПМК-34 ” запатентованого складу асфальтобетону (патент №17974) свідчить не тільки не лише про раціональне технічне рішення розв'язання,вирішення,розв'язування , але і про значну економічну ефективність у сфері дорожнього будівництва (економічна ефективність 12,70 гривень на тонну асфальтобетону), так і у сфері підприємств очищення стічних вод при реалізації технології, за рахунок запобігання платежам за розміщення відходів (на прикладі зразку підприємства ЛРВУ ОКП “Компанія “Луганськвода” - 527 тис. гривень/рік.). Це свідчить про перспективність використання отриманих результатів.

Результати роботи використовуються при підготовці фахівців спеціалістів в ЛНАУ за фахом 7.092.105 “Автомобільні дороги та аеродроми”.

Особистий внесок здобувача. Усі основні результати дисертаційної роботи, розробка ідей і постановка завдань задач для всіх глав дисертації отримано автором самостійно. Автором особисто проведено та здійснено:

- здобутті натурні обстеження очисних станцій біологічного очищення м. Луганська;

- хімічний склад, фізико-механічні властивості осадів з із відвалів, а також визначені концентрації іонів важких тяжких металів, радіоактивність і клас небезпеки;

- фізико-хімічні фізико-хімічних процеси взаємодії осадів стічних вод з із бітумним в'яжучим;

- фізико-механічні показники асфальтобетону з із наповнювачем ОСВ ;

- математичне моделювання технологічного процесу висушування вологого вогкого ОСВ;

- натурне обстеження та оцінка впроваджених асфальтобетонних покриттів з із наповнювачем ОСВ .

Апробація результатів дисертації. Основні положення становища дисертаційної роботи доповідались: уявлені на III Міжнародній науковій конференції молодих вчених, аспірантів і студентів “Будівлі та споруди із застосуванням нових матеріалів” (м. Макіївка, 2004р.); на VII Міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів і молодих учених “Екологія. Людина. Суспільство.” (м. Київ, 2004р.); на II Міжнародній конференції “Співпраця співробітництво для вирішення проблеми відходів” (м. Харків, 2005р.); на IV Міжнародній науковій конференції молодих вчених, аспірантів та студентів “Застосування нових матеріалів, конструкцій, технологій при вирішенні екологічних проблем природокористування та охорони навколишнього середовища ” (м. Макіївка, 2005р.); на конкурсі на присудження премії Луганської обласної ради поради молодих учених (м. Луганськ, 2005р.); на IV-V Міжнародних конференціях “22 березня - Міжнародний день води” (м. Донецьк, 2005-2006 р.р.); на II Міжнародній науково-практичній конференції “Вода, екологія, суспільство товариство ” (м. Харків, 2006р.); на XIV-XV Міжнародних науково-практичних конференціях “Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов” (м. Щелкіно, АР Крим, 2006-2007р.р.); на звітних наукових конференціях ЛНАУ (м. Луганськ, 2004-2007р.р.).

Публікації. Основні положення дисертації відображені у 20 роботах, у тому числі: 14 у наукових виданнях, які входять до переліку ВАК України, 2 в тезах доповідей, 5 статей опубліковано особисто, отримано 2 патенти України на корисну модель.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу вступу , п'яти розділів, загальних спільних висновків виведень , списку використаних джерел з із 159 найменувань на 15 сторінках і 10 додатків застосування на 17 сторінках. Повний обсяг дисертації становить утримує 172 сторінки, у тому числі 123 сторінки основного тексту, 32 рисунка та 24 таблиці (з них 7 рисунків та 9 таблиць на 17 окремих сторінках).

Основний зміст роботи

У вступі вступі обгрунтована актуальність роботи, зв'язок дисертації з із науковими програмами і планами, сформульовані мета ціль та задачі задачі роботи, встановлені установлені об'єкт і предмет досліджень, наукова новизна новинка і практичне значення отриманих результатів, а також особистий особовий внесок вклад автора.

У першому розділі представлено уявлений аналіз сучасного стану питання обробки осадів стічних вод , способів зниження їх об'ємів обсягів , а також вторинного повторного використання як корисного продукту. Із із аналізу літературних даних встановлено установлено , що нормативними документами країн з із розвиненою економікою жорстко регламентуються способи обробки ОСВ , які зводяться в основному до їх спалювання, з із одночасними вимогами щодо емісії шкідливих речовин в димових газах. Внаслідок внаслідок високих економічних витрат затрат , а також відсутності інших раціональних способів обробки осадів, в Україні основним способом є з'являється,являється накопичення їх на мулових картах, з із подальшим наступним складуванням у відвалах.

Питаннями вивчення хімічного складу, фізико-хімічних фізико-хімічних властивостей ОСВ і розробками методів та устаткування обладнання для інтенсифікації процесів їх зневоднення займалися вчені та фахівці спеціалісти : Туровський І.С., Жужіков В.А., Вейцер Ю.І., Мінц Д.М., Гембицький П.О., Двінських Е.В., Єсін А.М., Епоян С.М., Агранонік Р.Я., Булгаков В.В., Черніков В.А., Таварткіладзе Ю.М. та ін., а питаннями утилізації ОСВ : Євилевіч А.З., Гончарук В.В., Гольдфарб Л.Л., Towers W., Horne P., Nadeau J., Пайонк Т., Касатіков В.А., Шевченко Л.Я., Яковлєв С.В., Дрозд Г.Я. та ін.. Проте роботи за даною темою, не вирішують проблему в цілому загалом , оскільки в основному присвячені ОСВ, які тільки утворюються і не можуть бути застосованими до вже накопичених осадів, з із їх більш мінералізованим та збагаченим важкими тяжкими металами складом. Тому виникає необхідність в проведенні досліджень з метою створення створіння нового раціонального способу утилізації накопичених осадів, який забезпечить екологічну безпеку і здобуття максимальний ефект від його реалізації. У такому способі в такий спосіб утилізації ОСВ раціональним є з'являється,являється отримання здобуття на їх основі сировини або матеріалу із із споживчими властивостями з із одночасною ізоляцією токсичних сполук від навколишнього середовища. Перспективним в цьому відношенні є з'являється,являється асфальтобетон, який потребує великої кількості дрібнодисперсної сировини та має ізолюючий ефект внаслідок внаслідок наявності бітумного в'яжучого.

У другому розділі встановлено установлені основні напрями направлення проведення досліджень, описані сучасні методи експериментальних досліджень ОСВ , компонентів асфальтобетону та його експлуатаційних характеристик, наведені методи статистичної обробки результатів досліджень. Для кількісної екологічної оцінки запропонованої технології, використаний коефіцієнт безвідхідності КБ, що визначає ефективність технологічних рішень розв'язань,вирішень,розв'язувань з утилізації ОСВ і характеризує в цілому загалом підприємство з очищення стічних вод за ступенем мірі впливу на навколишнє середовище.

У третьому розділі наведено результати пошукових досліджень, які обумовлюють можливість спроможність утилізації ОСВ в асфальтобетон, як його компоненту.

Проведено натурні обстеження мулових майданчиків та відвалів зберігання ОСВ на станціях біологічного очищення стічних вод м. Луганська, встановлені установлені та диференційовані об'єми обсяги накопичення відходів, визначено їх хімічний склад (табл. 1) і клас небезпеки. Не дивлячись на незважаючи на різні джерела отримання здобуття , ОСВ містять утримують два основних типи речовин: мінеральні - близько 79% та з'єднання сполучення,сполуки , що несуть імовірно приблизно органічний характер вдача - близько 21 %. Вміст важких тяжких металів в осадах перевищує показники ГДК для грунтів.

Таблиця 1 Хімічний склад ОСВ у відвалах

SiO2

Al2O3

Fe2O3

TiO2

CaO

MgO

P2O5

K2O

Na2O

SO3

п.п.п.

рН

вміст вміст,утримання %

Осад стічних вод з із відвалів зберігання Октябрської СБО

46,30ч 6,51

10,05ч 10,20

9,06ч 9,25

0,40ч 0,41

6,00ч 6,14

1,92ч 2,00

1,832ч 1,835

0,93ч 0,95

0,78ч 0,80

1,60ч 1,62

21,05ч 21,10

7,25ч 7,32

Осад стічних вод з із відвалів зберігання Вергунської СБО

42,95ч 43,02

10,00ч 10,20

9,00ч 9,10

0,35ч 0,38

7,20ч 7,30

1,40ч 1,60

2,130ч 2,136

1,20ч 1,25

0,70ч 0,72

1,80ч 1,86

23,57ч 23,68

7,15ч 7,18

Вміст вміст,утримання важких тяжких металів, мг/кг (г/т)

Ртуть Hg

Свинець Pb

Мідь Cu

Марганець Mn

Нікель Ni

Хром Cr

Кобальт Co

Кадмій Cd

Цинк Zn

Осад стічних вод з із відвалів зберігання Октябрської СБО

2,8ч7,2

74ч215

324ч1000

372ч1115

175ч1220

440ч2416

26ч48

34ч135

280ч2320

Осад стічних вод з із відвалів зберігання Вергунської СБО

7,1ч8,9

120ч278

481ч1351

268ч478

1120ч 2300

1168ч 2337

25ч90

301ч1210

1690ч 2210

ГДК в грунті за показниками токсичності

2,1

32,0

3,0

1500,0

4,0

6,0

5,0

4,0

23,0

Мінеральна частина частка осадів (рис. 1), представлена уявлена переважно алюмосилікатами (монтморіллоніт , каолініт), карбонатами, кварцем і кремнеземом, які характеризуються великою місткістю ємкістю катіонного обміну та високою адсорбційною здатністю здібністю .

Рис. 1. Рентгенограма сухої речовини ОСВ

Таблиця 2 Результати обробки рентгенограми сухої речовини ОСВ

Мінерал	Формула	Міжплощинна відстань, Ає
Монтморіллоніт (1,40) кварц (2,12) гідрослюда (ілліт ) (1,821) кальцит (0,228) каолініт (1,926)	(Ca, Mg, Na…) (Al, Mg)2· ·(OH)2[(Si, Al)4O10]·nH2O SiO2 (Ca, Mg…)(Mg, Fe2+)3· ·(OH)2[(Si, Al)4O10]·4H2O CaCO3 Al4(OH)8[Si4O10]	1,40; 0,70; 0,47; 0,35 1,87; 2,12; 2,28 1,673; 1,987; 1,821 0,228; 0,304; 0,756 1,877; 1,926; 2,08

Фізико-механічні показники: гранулометричний склад, природна та насипна щільності (спОСВ ? 2,3 г/см3, спМП ? 2,94 г/см3; снОСВ ? 0,75 г/см3, снМП ? 1,14 г/см3), гідрофобність , розвинена поверхня частинок часток,часточок (рис. 2) свідчать про подібність подобу ОСВ і мінерального порошку - компоненту асфальтобетону.

а) б)

Рис. 2. Мікроструктура частинок часток,часточок ОСВ (а) та мінерального порошку (б) (растрова мікроскопія, збільш . Ч1000х)

При утилізації ОСВ в асфальтобетон він володіє властивостями наповнювача, роль якого та ж, що й у в,біля мінерального порошку - переводити перекладати,переказувати бітум в плівковий стан і заповнювати дрібні мілких пори між великими заповнювачами, а також активної домішки, яка сприяє поліпшенню покращанню структуроутворення.

Багатокомпонентна система, якими є з'являються,являються ОСВ , складається з мінеральної і органічної частин часток , активізує поверхневі поверхові,зверхні явища при зіткненні двох фаз, які не змішуються - бітуму і ОСВ . При температурі розігрітого бітуму 150-160єС органічна складова осаду зменшує на 6-8°С температуру розм'якшення бітуму (рис. 4), активно його вспінює, збільшуючи контактну поверхню, що приводить призводить,наводить до інтенсивнішого структуроутворення.

Враховуючи складність системи, яка представлена уявленої органічною речовиною, що міститься утримується в ОСВ і в складі зв'язування

бітумної системи, скріплення важких тяжких металів з із органічними і органо-мінеральними речовинами можна представити уявити (на прикладі зразку циклопентанової або циклогексанової кислот) таким чином:

Замість Na+, K+ можуть бути будь-які інші метали, до яких можна віднести Zn+2, Ni+2, Cr+2, які утворюють внутрішні комплексні солі соль з із нафтеновими кислотами.

Утворення елементоорганічних речовин можливе за схемою:

де R (С5Н9- або С6Н11-)

Таким же чином так само можуть утворюватись елементоорганічні сполуки сполучення,сполуки Fe(OH)3, Ni(OH)2, Pb(OH)2.

Можлива спроможність стадійна взаємодія біонезруйнованих ПАР аніонного типу, наприклад, алкілбензолсульфонат натрію, з із важкими тяжкими металами, а потім з із асфальтенами , що входять до бітуму при адсорбції з із утворенням хемосорбційних комплексів по типу внутрішньо комплексних сполук сполучень,сполук за такою схемою:

де R1 - H; R2 - CH3; R3 - CnH2n+2 (n ? 8-12), Mn+ (Cu2+, Zn2+, Cr3+)

а потім можлива взаємодія з із нафтеновими кислотами з із утворенням хемосорбційних ВКС .

Теоретично показано, що важкі тяжкі метали утворюють хемосорбційні комплекси з із органо-мінеральними речовинами та складовими бітумного в'яжучого, що обумовлює екобезпеку матеріалу та сприяє поліпшенню покращанню фізико-механічних властивостей асфальтобетону.

Для встановлення оптимальних складів асфальтобетону з із наповнювачем ОСВ , використаний метод експериментально-статичного моделювання (рис.5).

а) Y1(Х1, Х2) = 10,2358 - 0,3815·Х1 + 0,1203·Х2 - 0,0165·Х1·Х2 + 0,0083·Х12 - 0,0072·Х22	б) Y2(Х1, Х2) = 9,4204 - 1,4496·Х1 - 0,047·Х2 + 0,0264·Х1·Х2 + 0,0667·Х12 - 0,0121·Х22
в) Y3(Х1, Х2) = 6,7823 - 0,9855·Х1 - 0,3039·Х2 - 0,0333·Х1·Х2 + 0,08·Х12 + 0,0228·Х22	г) Y4(Х1, Х2) = 4,0068 - 0,9691·Х1 - 0,0512·Х2 - 0,0117·Х1 ·Х2 + 0,0717·Х12 + 0,0061·Х22

Рис. 5. Фізико-механічні параметри асфальтобетону в залежності від кількості бітуму (Х1; в межах 6-8%) та співвідношення піску/ОСВ (Х2; в межах 4-8) запроваджується :

а) межа міцності при стисненні стискуванні при 20єС R20, МПа;

б) межа міцності при стисненні стискуванні при 50єС R50, МПа;

в) водонасичування, W %; г) набухання, Н %.

На підставі одержаних отриманих в результаті унаслідок,внаслідок регресійного аналізу залежностей, встановлені установлені оптимальні склади асфальтобетону при внесенні в них ОСВ , де всі фізико-механічні характеристики відповідають вимогам ДСТУ Б В.2.7-119-2003 “Суміші асфальтобетонні і асфальтобетон дорожній та аеродромний. Технічні умови” і найбільший ефект досягається при введенні вступі ОСВ в межах 6-8% (табл.3).

Таблиця 3 Фізико-механічні властивості асфальтобетону з із різним вмістом вмістом,утриманням домішки ОСВ

№ п/п	Склад асфальтобетону (щільний, тип Б)	Водона- сичуван-ня, %	Набухан-ня %	Межа міцності при стисненні стискуванні, МПа, при температурі	Коефіцієнт водостій- кості
				20єС	50єС	водонас стан
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Щебінь - 35%; Пісок з із відсіву відсівання дроблення щебеня - 65%	0,6	0,12	6,40	2,05	5,56	0,87
2	Щебінь - 35%; Пісок з із відсіву відсівання дроблення щебеня - 63%; Осад з майданчиків складування - 2%.	0,55	0,15	6,10	1,65	5,70	0,93
3	Щебінь - 35%; Пісок з із відсіву відсівання дроблення щебеня - 61%; Осад з майданчиків складування - 4%.	0,97	0,15	6,25	1,92	5,60	0,89
4	Щебінь - 35%; Пісок з із відсіву відсівання дроблення щебеня - 59%; Осад з майданчиків складування - 6%.	0,65	0,06	7,40	3,0	6,80	0,91
5	Щебінь - 35%; Пісок з із відсіву відсівання дроблення щебеня - 57%; Осад з майданчиків складування - 8%.	1,22	0,18	8,0	3,3	6,9	0,86
6	Вимоги ДСТУ Б В.2.7-119-2003 (марка II, верхні шари)	1,5-3,5	не більше 0,85	2,4	1,2	-	не менше 0,85
7	Вимоги ДСТУ Б В.2.7-119-2003 (марка II, нижні шари)	не більше 10	-	1,5	-	-	не менше 0,6

Четвертий розділ присвячено розробці технології утилізації ОСВ в асфальтобетон, що включає схему підготовки та схему впровадження вступу у виробництво.

Для ефективної утилізації осаду передбачається ряд лава,низка підготовчих операцій: вихідна вихідна сировина розсіюється просіюється , піддається сушці та подрібненню до необхідної фракції. Підготовчі операції доцільно здійснювати безпосередньо на територіях, зайнятих позичених,посісти під відвали (рис. 6).

Рис. 6. Технологічна схема з підготовки ОСВ до утилізації в товарний продукт - наповнювач асфальтобетону.

ОСВ з із відвалів (1), вологістю вогкістю 18-40% із із забрудненнями (залишки сміття, рослин та ін.), піддається попередньому розсіюванню (2) через сито з із розміром вічок чарунок,вічок,комірок 5мм. Висушування просіяного просіювати матеріалу здійснюється природним шляхом природним шляхом (3), для чого ОСВ ізолюється від погодних дій шляхом споруди спорудження ангарів або закритих зачинених навісів з із природною вентиляцією всередині усередині та періодичним перелопачуванням маси. Висушений матеріал піддається механічному подрібненню на валковому млині вітряку (4). Далі матеріал розсівається просіюється через сито з із розміром вічок чарунок,вічок,комірок 1,25мм (5), для отримання здобуття товарного продукту (порошку-наповнювача), який відправляється вирушає на склад (6).

Запропонований процес висушування ОСВ в спеціальних умовах.

Аналітичний опис процесу висушування включає диференціальне рівняння дифузії й умови однозначності.

Диференціальне рівняння дифузії за відсутності внутрішніх джерел вологи має вигляд вид :

(1)

де ц - концентрація водяної пари;

t - час висушування;

м - коефіцієнт дифузії водяної пари.

Умови однозначності задаються у вигляді виді : фізичних параметрів атмосферного повітря, вологого вогкого матеріалу, його форми та геометричних розмірів, вологості вогкості в початковий момент часу та розподіл її за матеріалом. Граничні умови як допущення задані у вигляді:

Диференціальне рівняння дифузії (1) спільно з із умовами однозначності дає закінчене математичне формулювання даної задачі задачі , рішення розв'язання,вирішення,розв'язування якої полягає у відшуканні відшукуванні функції

(2)

яка задовольняла б рівнянню (1) і умовам однозначності.

В результаті унаслідок,внаслідок обробки набутого експериментального та розрахункового значення відносної вологості вогкості дослідженого матеріалу (рис. 7), одержана отримана розрахункова формула для визначення вологості вогкості висушуваного ОСВ у функції часу:

(3)

де M - абсолютна вологість вогкість матеріалу в процесі висушування;

M0 - абсолютна вологість вогкість на початку висушування;

в - абсолютна вологість вогкість атмосферного повітря.

t - час висушування, доба .; - товщина шару матеріалу, см.

Рис. 7. Експериментальні і розрахункові значення відносної вологості вогкості осаду стічних вод.

Введення вступ товарного продукту в асфальтобетонну суміш проводять виробляють,справляють за стандартною схемою її виробництва, на традиційному парку устаткування обладнання асфальтобетонних заводів (рис. 8).

На певному технологічному етапі приготування суміші в холодному стані за допомогою окремого елеватора, для подальшого дальшого перемішування подається порошок ОСВ . Одержана отримана суміш вивантажується в автосамоскиди, а потім перевозиться на об'єкт дорожнього будівництва, де проходить минає,спливає стандартний процес її укладання на заздалегідь підготовлене місце під дорожнє полотно.

Рис. 8. Схема процесу виготовлення асфальтобетонної суміші з із введенням вступом наповнювача з ОСВ: 1 - живильник; 2 - сушильний барабан; 3 - елеватор; 4 - гуркіт; 5 - бункер для гарячих матеріалів; 6 - ваговий бункер; 7 - елеватор; 8 - двохвальна мішалка; 9 - автосамоскид.

У п'ятому розділі представлено уявлене практичне застосування вживання результатів досліджень і еколого-економічна ефективність.

Здійснено експериментальне впровадження розробленого матеріалу на промисловій базі КП “Луганська МДПМК-34 ”, для якого за рахунок заміни дорогих компонентів осадом стічних вод, величина річного економічного ефекту, при об'ємі обсязі виробництва 2600 т, складе 33032 гривень (або 12,70 грн/т).

Екологічна ефективність розробленої технології полягає в утилізації до180 кг підготовленого ОСВ в 1 м3 асфальтобетонної суміші з із отриманням здобуттям річного екологічного ефекту, який дорівнює розміру запобіжного платежу, за розміщення відходів в навколишньому природному середовищі в розмірі 527227,4 грн /рік.

Екологічна ефективність технології оцінювалася за значенням коефіцієнта безвідхідності - КБ, що показує рівень технології підприємств з очищення стічних вод:

де - коефіцієнти використання твердої, рідкої і газової фази осадів.

Виходячи з того, що безвідхідним технологіям відповідає КБ ? 95%;

КБ = 30-94% - маловідхідні;

КБ < 30% - багатовідхідні технології

то при збільшенні КТБ до 100% вітчизняні багатовідхідні технології з очищення води можуть бути наближені до розряду маловідхідних з відповідним зниженням обсягів відходів та земельних площ для їх складування.

Розрахунки свідчать, що тільки для Луганщини річна потреба асфальтобетону для ремонту та будівництва автошляхів складає 280-300 тис. т./рік. Утилізація 6-8% ОСВ в цьому об'ємі дорівнює 16-22 тис. т., при щорічному накопиченні осадів 10-11 тис. т. за сухою речовиною.

Таким чином потреба наповнювача із ОСВ для асфальтобетону перевищує майже в 2 рази обсяги щорічного утворення відходів. При впровадженні даної технології у виробництво, за 10 років можлива утилізація накопичених ОСВ в м. Луганську із скороченням майже в 5 разів територій зайнятих під їх складування.

Загальні висновки

1. На території України накопичено більше 50 млн. т. ОСВ по сухій речовині. В дисертаційній роботі запропоновано нове екологічно безпечне рішення і економічно ефективний спосіб утилізації накопичених осадів стічних вод.

2. Досліджено установлено , що лежалий залежаний ОСВ за своїми фізико-механічними параметрами має схожість з із мінеральним порошком - компонентом асфальтобетону, а його хімічний склад, що вміщує утримує з'єднання сполучення,сполуки важких тяжких металів і різних важко руйнованих органічних сполук, володіє схожими властивостями поверхнево-активних речовин, які застосовуються в технології виготовлення асфальтобетону для підвищення ефективності виробництва та поліпшення покращання якості матеріалу.

3. Встановлено установлено , що при фізико-хімічній фізико-хімічній взаємодії, в системі “бітум-ОСВ ” важкі тяжкі метали, що знаходяться в ОСВ і хімічні з'єднання, що входять до складу бітуму, утворюватимуть нові комплексоутворення, які обмежать міграцію ТМ в навколишнє природне середовище. При цьому одночасно підвищується активність бітуму за рахунок спінювання та зменшення температури розм'якшення, що сприяє його високій адгезії до мінеральних компонентів при структуроутворенні з із одночасним підвищенням міцності асфальтобетонного масиву.

4. Для реалізації способу утилізації ОСВ в асфальтобетон, розроблена технологічна схема підготовки осаду, що включає такі етапи: попереднє розсіювання , природне висушування, подрібнення, вторинне повторний розсіювання , складування, і доведена можливість застосування існуючої схеми виробництва асфальтобетонних сумішей та укладання дорожнього покриття з використанням традиційного устаткування обладнання та машинного парку.

5. Теоретично і експериментально обгрунтовано процес природного пошарового висушування ОСВ з із початковою вихідною вологістю вогкістю 18-40%. Одержана отримана теоретична залежність вологості вогкості висушуваного матеріалу як функції часу.

6. Розроблено й обгрунтовано оптимальні склади асфальтобетонних сумішей з із наповнювачем ОСВ , що дозволяє ефективно утилізувати 120-200 кг відходу в 1 м3 асфальтобетону, з із одночасним поліпшенням покращанням його фізико-механічних властивостей.

7. При промисловій апробації випробуванні результатів проведених досліджень, виявлена еколого-економічна ефективність в двох виробничих сферах: при очищенні стічних вод, за рахунок запобігання платежів за розміщення відходів в навколишньому середовищі (на прикладі зразку м. Луганська - близько 527 тис. грн. на рік), і у сфері дорожнього будівництва, без розширення традиційного парку устаткування обладнання та зміни технології виробництва, шляхом заміни дорогих компонентів вторинною повторною сировиною - ОСВ - 12,70 грн. на одну тонну асфальтобетонної суміші.

8. Запропоновано екологічно безпечне рішення по зниженню антропогенного впливу накопичених залежаних ОСВ, яке полягає в залученні їх в господарський оборот зворот,оберт шляхом використання як корисного продукту в дорожньому будівництві зі із звільненням визволенням зайнятих територій та економією природних ресурсів для виробництва мінерального порошку в дорожньо-будівельній галузі. Це є з'являється,являється перспективою для переходу багатовідхідної технологій водоочищення в розряд маловідхідних.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Бреус Р.В., Дрозд Г.Я. Отходы водоочистки как сырьевая база для строительной индустрии // Зб. наук. праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. - Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2004.- № 32 (44). - С. 3-9.

2. Бреус Р.В. Дослідження фізико-хімічних властивостей порошкоподібних осадів стічних вод // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. Випуск 2004-3(45) "Матеріали 30 (з міжнародної) конференції студентів, аспірантів і молодих вчених". - Макіївка: 2004.- С.155-158.

3. Бреус Р.В. Асфальтобетон для дорожных покрытий с наполнителем из осадков сточных вод // Зб. наук. праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. - Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2005.- № 54 (77). - С. 3-6.

4. Дрозд Г.Я., Бреус Р.В. Нестационарные процессы сушки влажных материалов // Зб. наук. праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. - Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2005.- № 55 (78). - С. 3-24.

5. Дрозд Г.Я., Бреус Р.В. Решение проблемы утилизации городских отходов водоочистки // Коммунальное хозяйство городов. Науч.-техн. сб. Серия: Архитектура и технические науки.. - К: Технiка, 2005. - Вып. 63. - С.130-136.

6. Бреус Р.В. Технология утилизации лежалых осадков сточных вод в асфальтобетон // Коммунальное хозяйство городов. Науч.-техн. сб. Серия: Архитектура и технические науки.- К: “Технiка”, 2007. - Вып. 76. - С. 90-95.

7. Афанасьев Г.Ф., Бреус Р.В. Исследования физико-химических процессов взаимодействия осадков сточных вод с битумным вяжущим // Зб. наук. праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. - Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2007.- № 70 (93). - С. 15-29.

8. Дрозд Г.Я., Чура В.В., Бреус Р.В. Исследование депонированных осадков сточных вод // Зб. наук. праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. - Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2007.- № 72 (95). - С. 3-16.

9. Бреус Р.В., Дрозд Г.Я., Гусенцова Є.С. Асфальтобетонна суміш: Патент на корисну модель № 17974. Україна. МПК С04В26/26 - № u200604831; Заявл. 03.05.2006; Опубл. 16.10.2006, Бюл. №10.

10. Бреус Р.В., Дрозд Г.Я. Спосіб утилізації осадів міських стічних вод: Патент на корисну модель № 26095. Україна. МПК С02F1/52, C02F1/56, С04В26/26 - № u200612901; Заявл. 06.12.2006; Опубл. 10.09.07, Бюл. №14.

11. Бреус Р.В. Осадки сточных вод: физико-химические свойства // Збірка тез доповідей VII Міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство” (13-15 травня 2004 р. м. Київ) / Укладач Кухарєв С.О. - К.: 2004. - С. 90-91

12. Дрозд Г.Я., Погостнова О.А., Матвеева І.В., Бреус Р.В Решение проблемы утилизации осадков городских сточных вод // Тезисы докладов II Международной конференции "Сотрудничество для решения проблемы отходов" 9-10 февраля 2005г., г. Харьков.- Х.: ИД "ИНЖЭК", 2005, - С.276-277.

Особистий внесок здобувача: [1] - проаналізовано якісний склад відходів водоочищення та визначені потенційні області їх використання в будівельній індустрії; [2, 11] - вивчені фізико-хімічні фізико-хімічні властивості осадів стічних вод; [5, 12] - проаналізовано сучасний стан проблеми утилізації ОСВ і обгрунтовано новий напрям направлення їх використання в асфальтобетоні; [3, 9] - досліджено вплив добавки ОСВ на властивості асфальтобетону при їх утилізації; [4] - розроблена математична модель нестаціонарного процесу сушки стосовно вологих вогких ОСВ і одержана отримана залежність вологості вогкості матеріалу як функції часу; [6, 10] - запропонована технологія утилізації ОСВ ; [8] - досліджена мікроструктура частинок часток,часточок ОСВ та дан порівняльний аналіз з із іншими природними матеріалами.

Анотація

Бреус Р.В. Зниження об'ємів обсягів накопичених відходів водоочищення - осадів стічних вод, шляхом їх утилізації в асфальтобетон. - Рукопис.

Дисертація на здобуття конкурс вченого ученого ступеня міри кандидата технічних наук за фахом 21.06.01 - Екологічна безпека. - Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, 2007.

Дисертація присвячена вивченню і розробці нового екологічно безпечного способу зниження накопичених об'ємів обсягів осадів стічних вод за рахунок їх утилізації в асфальтобетон.

Пропонований спосіб утилізації ОСВ забезпечує залучення в господарський оборот зворот,оберт накопичених відходів, що приведе до загального спільного зниження їх об'ємів обсягів і дозволить вирішити екологічну проблему відходів водоочищення.

Запобіжний еколого-економічний збиток шкода , від зниження об'єму обсягу розміщених відходів в навколишньому середовищі для м. Луганська складе близько 527 тис. грн. в рік, а економічна ефективність у сфері дорожнього будівництва складе 12,70 грн. на 1т асфальтобетонної суміші.

Ключові джерельні слова: відходи, осади стічних вод, утилізація, важкі тяжкі метали, асфальтобетон, моделювання, маловідходне виробництво, ресурсозбереження, екологічна безпека, економічний ефект.

Аннотация

Бреус Р.В. Снижение объемов накопленных отходов водоочистки - осадков сточных вод, путем их утилизации в асфальтобетон. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 - Экологическая безопасность. - Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем, 2007.

Диссертация посвящена изучению и разработке нового экологически безопасного способа снижения накопленных объемов осадков сточных вод за счет их утилизации в асфальтобетон.

Предложена технологическая экологически безопасная схема утилизации депонированных осадков сточных вод, включающая процесс предварительной подготовки отхода, преобразующий его во вторичный материал, и процесс внедрения в производство.

Изучены физико-механические и химические свойства ОСВ, установлено их сходство с традиционными материалами, используемыми в дорожном строительстве. При взаимодействии битума и ОСВ впервые выявлено, что тяжелые металлы и трудно разрушаемые органические соединения, входящие в состав осадков, образуют с битумными компонентами новые химически стойкие соединения, которые препятствуют выходу в окружающую среду вредных веществ и, одновременно способствуют высокой адгезии битума к минеральным компонентам.

Разработаны оптимальные составы асфальтобетонных смесей с содержанием 6-8% ОСВ. Установлено, что при таких составах, в 1 м3 смеси, возможно утилизировать 120…200 кг отхода с улучшением физико-механических характеристик получаемого асфальтобетона.

Предложен экологически безопасный способ естественной послойной сушки влажных ОСВ, с теоретическим и экспериментальным обоснованием зависимости влажности материала как функции времени.

Предлагаемый экологически безопасный способ утилизации ОСВ обеспечивает вовлечение в хозяйственный оборот накопленных отходов, что приведет к общему снижению их объемов и позволит решить экологическую проблему отходов водоочистки.

Предотвращенный эколого-экономический ущерб от снижения объема размещенных отходов в окружающей среде для г.Луганска составит около 527 тыс. грн. в год, а экономическая эффективность в сфере дорожного строительства составит 12,70 грн. на 1т асфальтобетонной смеси.

Расчеты показывают, что при минимальной годовой потребности асфальтобетона 280 тыс. т./год (по данным Облстатуправления Луганской области), утилизация лежалых ОСВ в объемах 6ч8 % от этого количества составит 16,8ч22,4 тыс. т.

Годовое же накопление ОСВ на предприятиях биологической очистки сточных вод г. Луганска составляет порядка 10 тыс. т./год (по данным отдела ООС ЛРПУ ОКП “Компания Лугансквода”). Таким образом, объем годовых накоплений ОСВ на очистных сооружениях может быть утилизирован годовым производством асфальтобетона и его размещением в дорожном полотне.

При необходимости стабилизации и минерализации ОСВ в отвалах в течение 7 лет, данная технология позволяет за это время утилизировать накопленные объемы осадков в количестве 100 тыс. т., а в последующем отрегулировать цикл подготовки осадка для утилизации в асфальтобетон без дальнейшего увеличения территорий, необходимых под хранение ОСВ

Впервые предложено экологически безопасное решение по снижению антропогенного воздействия ОСВ на окружающую природную среду, которое позволит сэкономить значительные денежные средства, оздоровить окружающую природную среду и довести ее качество до европейских стандартов.

Ключевые слова: отходы, осадки сточных вод, утилизация, тяжелые металлы, асфальтобетон, моделирование, малоотходное производство, ресурсосбережение, экологическая безопасность, экономический эффект.

Abstact

Breus R.V. Decrease lowering of amassed waste products of water purifying bulks - sediments of sewages, by means of their utilization into asphalt concrete . -Manuscript.

Dissertation thesis for competition of candidate of technical sciences degree on speciality 21.06.01 - Ecological safety. - Ukrainian scientific research institute institution of ecological problems, 2007.

Dissertation thesis is devoted to studying and elaboration elaboration of a new ecologically safe method of decrease lowering of amassed sediments of sewage bulks by means of their utilization into asphalt concrete .

This method of utilization of sewage sediments provides secures involving of amassed waste products into economic turnover that will provide general decrease lowering of their bulks and help to solve solves ecological problem of water purifying waste products .

Prevented ecological and economic damage from the decreasing lowering of replaced waste products bulk in the environment will account 527.000 grn. per year for Lugansk and but economic efficiency in the sphere of road travelling building construction will account 12,70 grn. per 1th of asphalt concrete mixture.

Keywords: waste products, sediments of sewage, utilization, heavy metals, asphalt concrete , modelling, production with little waste products, saving of resources , ecological safety, economic effect.

Размещено на Allbest.ru

...