СНИЖЕНИЕ УРОВНЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОПАСНОГО ВЛИЯНИЯ ОСАДКОВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ : ЗНИЖЕННЯ РІВНЯ екологічно небезпечного ВПЛИВУ опаду міських стічних вод НА ДОВКІЛЛЯ

Короткий зміст

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, зв’язок дисертації з науковими програмами та планами, сформульовано мету, об’єкт, предмет та задачі дослідження, визначено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, а також особистий внесок автора.

У першому розділі викладено аналіз сучасного стану питання обробки, збезводнення та утилізації осадів міських стічних вод. Розглянуто хімічний склад осадів та їх фізико-хімічні властивості. Важкі метали в осадах знаходяться у вигляді іонів (водорозчинні форми – рідка фаза, рухливі форми) і в зв'язаному виді (тверда фаза). Найбільшу екологічну небезпеку представляють рухливі і водорозчинні форми. Загальна кількість важких металів характеризується валовим вмістом. Як правило, рухливі і водорозчинні форми складають не більш 10 % від їхнього валового вмісту.

В Україні при визначенні можливості утилізації осадів у виді добрив варто керуватися технічними умовами – ТУ України 204-76-93, відповідно до яких нормується валовий вміст важких металів у мг/кг сухої речовини в залежності від частоти використання і виду вирощуваних культур. Наприклад, при вирощуванні зернових і технічних культур припустима величина вмісту одного з важких металів – кадмію при використанні осадів один раз у рік складає 3–5 мг/кг сухої речовини, один раз у 3 роки – 5–15 мг, один раз у 5 років – 15–30 мг, для іншого представника важких металів – ртуті відповідно 2–5, 5–10, 10–15 мг.

Аналіз літературних джерел і існуючого досвіду експлуатації споруд для очищення господарсько-побутових (міських) стічних вод і обробки осадів показав, що в даний час в Україні залишаються невирішеними задачі вилучення важких металів, збезводнення й утилізації ОМСВ.

Питаннями вивчення хімічного складу, фізико-хімічних властивостей ОМСВ і розробки на цій основі методів і устаткування для інтенсифікації процесів їхнього збезводнення займалися багато вчених і фахівців: Жужиков В.А., Туровський І. С., Вейцер Ю.І., Мінц Д.М., Гембицький П.О., Двинських Є.В., Єсін А.М., Епоян С.М., Агранонік Р.Я., Булгаков В.В., Мешенгіссер М.І.,Черніков В.А., Таварткіладзе Ю.М. і інші, а з погляду створення умов для вилучення іонів важких металів з осадів: Ребиндер П.А., Любарський В.М., Висоцький С.П., Пантелят Г.С., Дрозд Г.Я. і інші.

Однак задача комплексного вивчення цього багатогранного явища, яким є збезводнення, знешкодження (вилучення важких металів) і утилізація ОМСВ, залишається в даний час не до кінця вирішеною особливо щодо великих промислових центрів, наприклад, таких, як м. Донецьк, Харків і інші. Це приводить до нагромадження великих кількостей осадів, що в остаточному підсумку наносить істотну шкоду навколишньому середовищу: ґрунт, вода, повітря. Тому виникає необхідність у проведенні досліджень з метою створення нових ефективних і простих в експлуатації методів збезводнення осадів і вилучення з них важких металів.

У розділі визначений напрямок роботи, сформульовані мета і задачі дисертаційного дослідження.

У другому розділі викладені методологічні принципи  проведених досліджень, що включають методи збезводнення осадів і розробку нових підходів до рішення задачі вилучення важких металів з осадів міських стічних вод.

Для визначення концентрацій важких металів в осадах використовували метод атомно-адсорбційної спектроскопії – прилад фірми Hitachi-Z 8000 відповідно до міжнародного стандарту МВВ 081 / 12 – 0013 – 01. Виконані дослідження показали, що в осадах різних міст Донецької області концентрації важких металів коливаються в досить широких межах. Зазначені дослідження виконані Донецькою санітарно-епідеміологічною станцією при участі автора дисертаційної роботи. Вивчено хімічний склад осадів і проведені санітарно-гігієнічні дослідження, а також визначено клас токсичності осадів для м. Артемовська, м. Єнакієвого, а також м.м. Донецька, Макіївки, Углегорська, Константинівки, Шахтарська, Тореза, Докучаєвська й ін. Найбільші концентрації важких металів в осадах мають місце в містах, де зосереджені промислові підприємства металургійного і машинобудівного профілів: Донецьк, Єнакієве, Макіївка, Маріуполь, Слов'янськ і ін. У деяких інших містах Донецької області, наприклад, Новоазовську, Торезі й ін., осади містять припустимі концентрації важких металів, що не перешкоджає використанню осадів як добрива.

Значні концентрації важких металів містяться також в осадах Комплексу біологічного очищення «Диканівський» (КБОД) і Комплексу біологічного очищення «Безлюдівський» (КБОБ) міста Харкова та осадах ряду інших міст України. Ці дані отримані автором спільно зі спеціалізованою лабораторією еколого-аналітичних досліджень Українського НДІ екологічних проблем (УкрНДІЕП).

Установлено, що в складі осадів міських стічних вод, що утворюються на Комплексі біологічного очищення стічних вод м. Донецька, знаходиться значна кількість важких металів, наприклад: Fe²⁺ – 12458,0 мг/кг сухої речовини, Сu_заг. – 266 мг/кг (мідь одновалентна складає 5–10 % від загальної кількості міді), Ni²⁺ – 2,86 мг/кг, Zn²⁺ – 593,6 мг/кг, Cr_заг. – 33,8 мг/кг, Sr²⁺ – 3,77 мг/кг,  Hg²⁺ – 94 мг/кг. Це перевищує припустимі норми вмісту зазначених металів у добривах у кілька разів. Крім того, в осадах присутні інші елементи і сполуки: Аl³⁺ – 11327 мг/кг сухої речовини, As⁵⁺ – 3,77 мг/кг і ін.

Описано лабораторні й експериментальні установки для проведення досліджень по збезводненню осадів, визначенню концентрацій важких металів в осадах міських стічних вод, використанню реагентів для інтенсифікації процесів збезводнення осадів і вилучення з них важких металів.

Також описані основні принципи підбору з числа існуючих і пошуку нових флокулянтів для інтенсифікації процесу збезводнення осадів.

Третій розділ містить результати досліджень, спрямованих на пошук нових методів вилучення важких металів з осадів міських стічних вод.

Проведено дослідження в лабораторних умовах на реальних осадах Комплексів біологічного очищення «Диканівський» і «Безлюдівський» (м. Харків) і ряду Комплексів очисних споруд міст Донецької області (Донецьк, Єнакієве й ін.).

В обсязі дійсного дослідження виконані пошук і експериментальне випробування ряду хімічних речовин для вилучення важких металів з осадів міських стічних вод.

У першій серії експериментів здійснена спроба досягти розділення осаду на тверду і рідку фази. При цьому ставилася задача домогтися збільшення концентрації важких металів у рідкій фазі і зменшення у твердій фазі. Досліджено наступні варіанти фізичних і хімічних впливів і їхніх сполучень на властивості осадів і вміст у них важких металів: нагрівання осаду в сушильній шафі до температури 105⁰С при часі експозиції – від 0,25 до 3,0 годин; підкислення проб осаду азотною кислотою в широкому діапазоні величин рН у межах 1–6; підкислення проб осаду азотною кислотою при зміні рН у межах 1–6 і нагріванні до температури 105⁰С; підлужування проб осаду за допомогою NаОН у широкому діапазоні величин рН від 8 до 13; підлужування проб осаду за допомогою NаОН при зміні величин рН у межах 8–13 і нагріванні до температури 105⁰С.

Результати досліджень наведено на рис. 1. Аналіз отриманих даних свідчить про те, що кращий ефект по розшаруванню осаду на рідку і тверду фази досягнутий при підлужуванні проб осаду за допомогою NаОН до величини рН = 12–13 і нагріванні до температури 105⁰С, а також при підкисленні проб осаду азотною кислотою до величини рН = 1–2 і нагріванні до температури 105⁰С. Наявні на ряді кривих максимуми і мінімуми ефекту розшарування осадів (рис. 1, крива 1.7, крива 2.5 і деякі інші) слід пояснити явно вираженою нерівномірністю розподілу твердої і рідкої фаз реальних осадів, з якими проводили дослідження. Домагатися ж гомогенності проб шляхом інтенсивного перемішування небажано, тому що при цьому можуть відбутися необоротні процеси, що спотворюють істотні властивості осадів. У зв'язку з цим оцінку результатів експериментів здійснювали за усередненими та (або) за сталими результатами.

Отримані дані свідчать про незначну ефективність випробуваних методів. Установлено, що у твердій фазі (осаді) помітно (на 30–35 %) зменшилися тільки концентрації марганцю і стронцію з відповідним збільшенням їхньої концентрації в рідкій фазі. Концентрації інших металів зменшилися незначно. Сказане відноситься до всіх проб осадів, відібраних на очисних спорудах КБОБ м. Харкова та інших міст.