Обезвреживание отходов биологической очистки сточных вод в СВЧ-поле

По содержанию основных питательных веществ осадки сточных вод можно рассматривать как органоминеральные удобрения. Основным требованием по их использованию является обеззараживание и обезвреживание. В данной работе представлены результаты обработки избыточного активного ила в СВЧ-поле, что обеспечивает стерилизацию ила, диспергацию хлопка, деструкцию клеток и высвобождение органических веществ. В результате снижается содержание ионов тяжелых металлов: Fe на 8 %, Zn на 13 %, Ni на 40 % и Cu на 19,5 %. Полученный материал классифицируется как безопасный продукт для использования с целью обогащения почвогрунта органическими и минеральными компонентами.

Цель исследования: разработка технологии обезвреживания избыточного активного ила в условиях электромагнитного поля сверхвысокой частоты с последующим использованием в качестве удобрения.
Задачи исследования:анализ и оценка количества образования отходов на рынке микробиологических производств;
влияние условий СВЧ-обработки активного ила на основные его характеристики;
влияние условий СВЧ - поля на физико-химические характеристики надиловой воды – ХПК, рН, мутности;
исследование влияния СВЧ - обработки на содержание тяжелых металлов в активном иле;
влияние условий СВЧ - поля на содержание патогенной микрофлоры.

В настоящее время важной экологической задачей является обезвреживание и утилизация осадков сточных очистных сооружений, объем которых в мире достигает 20 млрд. т/ год, в РФ - более 100 млн м³ [1].

Особенностями свойств данных осадков являются: высокая влажность до 99,6 %, содержание до 80 % органических веществ, повышенное содержание ионов тяжелых металлов, наличие яиц гельминтов и патогенной микрофлоры. Использования данного вида отхода в качестве удобрений требует проведения мероприятий по их обезвреживанию. На сегодняшний день разработаны многие методы и технологии и их обезвреживания [5,6]. Однако, многотоннажное их использование до настоящего времени не реализовано, поэтому поиск новых способов является очень актуальной задачей.

Объектами исследования являлись осадки сточных вод ОСК ГУП «Белводоканал» после вторичных отстойников очистных сооружений, г.Белгород. Суспензию активного ила подвергали обработки в СВЧ- поле мощностью 300 Вт, 450 Вт, 600 Вт и 800 Вт, длительностью от 5 до 25 минут. После чего пробу центрифугировали с целью разделения фаз, в  которых контролировались параметры: температура, рH, мутность, , ХПК, влажность, степень диспергации хлопка ила и КОЕ (количество бактерий колоний).

Суспензию активного ила, обработанную в СВЧ-поле с оптимальными параметрами вносили в почвенные образцы в качестве органоминерального удобрения. Производили посев культуры Аllium cepa (лук репчатый), время экспозиции - 14 суток.

Анализировали физико-химические свойства почвенных образцов - содержание гумуса, фосфатов, азота аммонийного, суммарное содержание обменных катионов, фитотоксичность.

Исследовали влияние условий обработки активного ила на развитие растений Аllium cepa - длину и массу зеленой части и корневой системы.

 С целью определения оптимальных условий СВЧ-обработки проводили исследования в интервале мощности воздействия  электромагнитного поля от 300 до 800 Вт и длительности от 5 до 25 минут. Полученные результаты показали, что увеличение длительности микроволнового излучения сопровождается повышением температуры иловой суспензии до 111 градусов и уровня рН среды до 8,5. Достижение таких показателей, говорит о глубокой переработке иловых осадков, которые могут быть достигнуты только при их глубокой влаготепловой или специальной химической обработке.

В результате воздействия СВЧ-поля происходит интенсивная диспергация ила за счет разрушения мембраны клеток микроорганизмов, дезинтеграции надклеточных образований с выделением в жидкую фазу внутри- и внеклеточных биополимеров. Это сопровождается увеличением некоторых характеристик надиловой воды - мутности до 970 NTU, ХПК до 1850 мг О/дм³ и сухого остатка до 3,52 мг/л. Так как при очистке сточных вод большая часть ТМ аккумулируется биомассой ила и концентрируется на поверхности клеточной стенки, слизистого слоя или капсулы, то при микроволновой обработке ожидается измельчение хлопков ила и переход токсичных компонентов в надиловую воду. Результаты исследований показали, что, благодаря использованию СВЧ- излучения для обработки ила обеспечивается снижение содержания следующих ионов тяжелых металлов: железа на 8 %, цинка на 13 %, никеля на 40 % и меди на 19,5 % по сравнению с первоначальным состоянием, в меньшей степени выражено снижение ионов Mn. Это позволяет довести содержание ТМ до значений ПДК, обеспечивающих последующее использование обработанного материала в качестве удобрений.

По литературным данным более интенсивное бактерицидное воздействие СВЧ-излучения на патогенную микрофлору в сравнении с тепловой обработкой, что доказывает его экономическую эффективность.По результатам исследования воздействие микроволнового излучения на избыточный ил оказывает стерилизующий эффект- при наиболее жестких условиях снижение КОЕ достигает 65%.

Совокупность полученных свойств активного ила позволяет использовать его в качестве самостоятельного удобрения или в составе комплексных удобрений с последующим применением в сельском хозяйстве с целью повышения плодородия почв, при рекультивации нарушенных земель, котлованов, карьеров и т.д. Проведена апробация обработанного активного ила в качестве органоминерального удобрения, в качестве тест-объекта использовали культуру Аllium cepa (лук репчатый), время экспозиции - 14 суток. Показано, что в начальные сроки происходит интенсивное формирование корневой системы растений по сравнению с контролем, в последствии происходит увеличение зеленой массы Аllium cepa.

Учитывая особенности развития растений, внесение СВЧ-обработанного активного ила в качестве удобрения будет наиболее перспективным под пропашные и многолетние культуры.

1. Лотош В.Е. Переработка отходов природопользования / Ур ГУПС. - Екатеринбург, 2002. - 463 с.
2. Туровский И.С. Осадки сточных вод. Обезвоживание и обеззараживание. - М.: ДеЛи принт, 2008. - 375 с.
3. Никовская Г.Н., Каличенко К.В. Биотехнология утилизации осадков муниципальных муниципальных сточных вод // Биотехнология аста. 2014. №3. С. 21-32.
4. Белюченко И.С. Осадки сточных вод, их очистка и использование // Экологический вестник Северного Кавказа. 2016. № 1. С. 82-95.
5. Нефедов Б.К., Ермилов В.В. Реагентная технология обезвреживания осадков сточных вод с целью их использования в качестве органоминерального удобрения // Экология и промышленность России. 2008. № 10. С. 19-23.
6. Черныш Е.Ю. Влияние сульфидной фракции на поведение тяжелых металлов в системе "осадки сточных вод-почва-растения" // Вестник БГТУ им. Шухова. 2013. №2. С. 159-162.

By the macronutrients content the wastewater sludge can be considered as an organo-mineral fertilizer, similar to organo-mineral composts, dry or liquid manure. The main requirement to the application of wastewater sludge is its disinfection and detoxication. At present there is no such method of sludge treatment that could solve the problems of its being a large-tonnage material, and at the same time would be economically efficient. This paper presents the findings of research in the sphere of using microwave field for surplus activated sludge treatment. It has been demonstrated that the hardest microwave field processing causes the sterilization of activated sludge suspension, dispergation of cotton, cell destruction and the release of intracellular and extracellular organic substances. This results in the turbidity increase up to 970 NT, supernatant water chemical oxygen demand increase up to 1850 mg O2/ml, decrease of heavy-metal ions in the treated sludge, such as: iron by 8%, zinc by 13%, nickel by 40% and copper by 19,5% as compared to their initial content. Such transformations allow us classifying the obtained material as a safe product for enriching soils with organic and mineral components, which can be used in technical agriculture and revegetation of barren soils, or at making dumpings at highways after repair works.