1462

преимущественно переходят в фильтрат полигонов и, следовательно, основное загрязнение приходится на поверхностные и грунтовые воды.

Рис. 1. Алгоритм оценки воздействия ХИТ на окружающую среду

Анализ воздействия на окружающую среду выполнен для следующих типов ХИТ:

−первичные батареи – источники тока, на которых хотя бы на одном электроде окислительно-восстановительный процесс протекает необратимо и которые предназначены для одноразового использования – выделены солевые и щелочные батареи;

−вторичные ХИТ или аккумуляторы – источники тока, на которых создается процесс с обратимо работающими электродами, предназначенные для многократного использования – выделены никелькадмиевые (Ni-Cd), никель-металлогидридные (Ni-MН) и литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы.

На основании усредненных данных [1, 2] о емкости и массе батареек и аккумуляторов основных типоразмеров построены зависимости одной величины от другой (рис. 2).

Как следует из рис. 2, щелочные батареи отличаются большей емкостью на единицу массы по сравнению с солевыми батарейками, ни- кель-кадмиевыми, никель-металлогидридными и литий-ионными аккумуляторами. Аккумуляторы дают меньше емкости за один цикл использования на единицу массы, но с учетом большого количества циклов «заряда-разряда» (обычно от 500 до 1000) этот показатель удельной емкости на единицу массы будет в 200–500 раз больше, чем

упервичных химических источников тока.

271

УДК 504.064.47

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВАЛОЧНЫХ ГРУНТОВ В ХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЦЕЛЯХ

Ю.А. Попова, Н.Н. Слюсарь

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

Захоронение отходов на полигонах является одним из главных способов их утилизации. Происходящие в теле полигона биохимические и физические процессы, с учетом перемешивания ТБО с природным грунтом, образуют свалочный грунт, применение которого, после приведения состава грунта к нормам техногенных грунтов, в некоторых отраслях является экономически выгодным решением.

Ключевые слова: свалочный грунт, твердые бытовые отходы, техногенный грунт.

Внастоящее время возможности по переработке, обезвреживанию

изахоронению бытовых и промышленных отходов существенно уступают увеличению объема поступающих отходов. Каждый год в России образуется около 60 млн т ТБО, из них от жизнедеятельности населения – примерно 50 млн т, от предприятий – 10 млн т.

На сегодняшний день существуют следующие способы хранения

ипереработки ТБО, такие как: полигонное захоронение, предварительная сортировка, санитарная земляная засыпка, компостирование и др. Наиболее популярным методом является захоронение отходов на полигонах или свалках [1].

С отходами, попадающими на полигоны, происходит ряд трансформаций, особенно изменяется органическая составляющая, которая подвергается биохимическому разложению. Помимо этого, отходы на полигонах уплотняются, происходит пересыпка природными грунтами

инаслаивание нового материала через неравные промежутки. В этом случае речь уже будет идти не о твердых бытовых отходах, а о так называемом свалочном грунте, который в соответствии с ГОСТ 25100–95 об антропогенном образовании является техногенным.

Под свалочным грунтом понимается мелкая фракция размером менее 2 мм, в состав которой входят разложившиеся пищевые и другие органические отходы [2]. В свалочном грунте присутствуют накопле-

275

ния микроэлементов (серебро, молибден, вольфрам, медь, никель, свинец и некоторые другие элементы). Техногенные грунты свалок имеют аномальное удельное электрическое сопротивление, плотность, пористость, влажность, водоотдачу. Также свалочный грунт неоднороден (крупные включения, шлаки, строительный мусор) и обладает различной несущей способностью [3].

Как уже говорилось ранее, по ГОСТ 25100–95 свалочный материал полигонов относится к техногенным насыпным грунтам. Техногенным грунтом является сочетание в разных пропорциях твердых бытовых и промышленных отходов, строительного мусора. Как правило, грунт характеризуется низкими титрами кишечной палочки, содержит патогенные микроорганизмы. Основным различием между свалочным грунтом полигона и природными грунтами является то, что в техногенном грунте содержится большое количество фракций, подверженных разложению. Это обусловливается способностью свалочного материала с течением времени изменять свой вещественный состав, текстуру и структуру [2].

Из свалочного грунта, путем его экскавации, аэробной стабилизации и переработки, можно получить технические почвогрунты.

Выделяют два подхода к управлению процессами анаэробной инертизации – интенсификация и подавление процессов биодеградации. Для первого процесса характерны интенсивные эмиссии, но адаптация полигона к природной среде происходит за короткий срок. При втором подходе сводится к минимуму загрязнение природной среды токсичными эмиссиями, зато жизненный цикл полигона существенно увеличивается.

В процессе инертизации свалочный грунт подвергается действию концентрации газа и жидкости, градиента температур, кислотности среды, ферментной активности. Происходит введение ферментов катализаторов микроорганизмов в свалочный грунт. К более сложным факторам относятся физико-химические свойства отходов, такие как летучесть, водорастворимость, размер молекул [4].

При оценке возможности использования свалочных грунтов учитывают следующие данные: способ получения отходов (источник их образования); технология получения (из отвала или накопителя); состав (минеральный, химический, органический); состояние на выходе (грансостав – агрегированность, плотность, влажность) [5].

Использование свалочных грунтов возможно при строительстве насыпей, для рекультивации промышленных объектов и природных объектов несельскохозяйственного назначения. Также возможно при-

276

менение свалочного грунта в качестве компоста, причем компост, полученный из ТБО или из его обогащенных фракций, рекомендуется использовать не в сельском хозяйстве, а в лесных питомниках, при озеленении и рекультивации земель. Свалочный грунт применяют в земляном полотне автодорог с целью снижения себестоимости производства работ; освобождения занимаемых отвалами территорий; захоронения грунтов, которые содержат токсичные примеси [6].

Таким образом, несмотря на то, что по своим свойствам природный грунт превосходит свалочный, использование свалочного грунта в хозяйственных целях является перспективным методом как с экономической, так и с экологической точки зрения.

Список литературы

1.Жакупаева С.Т., Абилхадирова Р.И., Серикбаев Н.С. Повышение уровня экологической безопасности полигонов твердых бытовых отходов

вРеспублике Казахстан // Молодой ученый. – 2013. – № 6. – С. 257–260.

2.Армишева Г.Т. Рекуперация ресурсов при захоронении твердых бытовых отходов: дис. … канд. техн. наук. – Пермь, 2008. – 219 с.

3.Размещение ТБО на свалках [Электронный ресурс]. – URL: http://www.scriru.com/7/19/52527636248.php.

4.Обзор наилучших доступных технологий утилизации ТБО

[Электронный ресурс]. – URL: http://www.rae.ru/monographs/267-8042.

5.Справочная энциклопедия дорожника. Т. I. Строительство и реконструкция автомобильных дорог [Электронный ресурс]. – URL: http://snipov.net/c_4676_snip_113459.html.

6.Строительство насыпей из техногенных грунтов [Электронный ресурс]. – URL: http://bau-enginer.ru/?p=750.

Об авторах

Попова Юлия Андреевна (Пермь, Россия) – магистрант кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614000, г. Пермь, ул. Профессора Поздеева, 14; e-mail: yulya-popova-1993@inbox.ru).

Слюсарь Наталья Николаевна (Пермь, Россия) – кандидат техических наук, доцент кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614000,

г. Пермь, ул. Профессора Поздеева, 14; e-mail: nnslyusar@gmail.com).

277

УДК 691.335

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗОЛЫ СЖИГАНИЯ ОСАДКА ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

А.А. Поповцева, М.С. Дьяков

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

Представлены методологические подходы к выбору оптимального метода переработки твердого отхода очистных сооружений – осадков сточных вод (ОСВ). На основании собственных исследований и научнотехнических данных сделан выбор в пользу термических методов переработки отхода. Авторами определены основные направления использования зольного остатка, образующегося после сжигания ОСВ.

Ключевые слова: осадок сточных вод, избыточный активный ил, бетон, зола, строительные материалы, отходы, тяжёлые металлы.

В процессе биологической очистки коммунально-бытовых сточных вод образуются многотоннажные твердые отходы – осадки сточных вод (ОСВ) и избыточный активный ил, которые в сложившейся практике по обращению с данным видом отходов подвергаются смешению, совместному обезвоживанию и дальнейшему складированию в илонакопителях или на иловых картах, где в течение длительного времени происходит их биодеградация. Места размещения ОСВ представляют собой потенциальный источник экологической опасности, что обусловлено токсичностью отхода, содержащего в себе ионы тяжелых металлов и патогенные микроорганизмы [1]. При сложившемся подходе к обращению с осадками сточных вод происходит изъятие значительных земельных ресурсов, а также не используется задолженный энергетический и материальный потенциал отхода, что нерационально с точки зрения общепринятых мировых тенденций по максимально возможному вовлечению вторичных ресурсов и отходов в хозяйственный оборот. Таким образом, поиск эффективных подходов к утилизации осадков городских сточных вод является актуальной экологической и технологической проблемой.

278

Анализируя существующие в мире технологические приемы, направленные на переработку и утилизацию ОСВ, можно сделать вывод о том, что большинство из этих методов не являются эффективными ни с точки зрения использования ресурсного и энергетического потенциала отхода, ни в плане уменьшения воздействия на объекты окружающей среды. При этом на реализацию конкретного метода и обеспечение его использования требуются значительные капитальные и эксплуатационные затраты. Следует отметить, что большинство методов не позволяют изменить статус перерабатываемого материала из состояния «отход» в состояние «продукт», обладающий потребительскими свойствами и имеющий рыночную нишу.

На основе научно-технических данных и проведенных исследований можно выделить наиболее перспективные направления переработки осадков сточных вод, включая традиционный подход – складирование, а также современные методы обращения с ОСВ, такие как компостирование с последующим использованием полученного компоста в качестве органоминерального удобрения и/или технического грунта, термические методы (сжигание с получением зольного остатка, пиролиз с получением углеродистого остатка и жидкого котельного топлива, газификация с получением синтез газа, плазмохимические методы), сбраживание с получением биогаза путем анаэробной деструкции и обеззараживания ОСВ. Сложившаяся в странах Европейского союза практика в области обращения с ОСВ представлена на рисунке [2].

Рис. Использование в европейских странах различных методов обращения с ОСВ

В настоящее время все больше стран отдают предпочтение такому термическому методу переработки ОСВ, как сжигание. Это связано

279

стем, что данный метод обладает рядом существенных преимуществ, в частности, позволяет значительно снизить объем и массу утилизируемого отхода и вместе с тем решить проблему, связанную с задалживанием значительных земельных ресурсов под места размещения отхода. Последний вопрос особенно актуален для европейских стран

снебольшой территорией, таких как Нидерланды, где сжиганию подвергается весь объем образующихся ОСВ [2].

Вто же время утилизация ОСВ методом прямого сжигания сопряжена с рядом проблем. Сжигание ОСВ может быть экономически целесообразным при производительности технологической линии более 7500 т/год, которая может быть достигнута при использовании современных печей с кипящим слоем. Экспериментально доказано, что сырой осадок сточных вод способен гореть самостоятельно без добавления топливных элементов при содержании в ОСВ сухого вещества не менее 37 %, однако эффективное горение ОСВ достигается при условии предварительного глубокого обезвоживания осадка методом сушки до влажности не более 10 % [3].

Основная экологическая проблема, возникающая при сжигании осадка, заключается в образовании содержащих токсичные соединения продуктов сгорания, в том числе отходящих газов, золы, содержащей в себе тяжелые металлы, и ряда токсичных продуктов, входящих в состав недожога. В настоящее время найдены эффективные методы очистки отходящих газов, образующихся при сжигании отходов, однако проблема утилизации золы до сих пор остается нерешенной.

По своему морфологическому составу зола, образующаяся при сжигании ОСВ, представляет собой относительно легкий тонкодисперсный порошок однородной структуры, состоящий из мелких частиц (размером от 1–2 до 10–50 мкм). Основными компонентами золы являются: диоксид кремния, фосфаты железа, кальция, гематит, силикаты кальция, магния, железа, калия, алюминия, натрия [4]. Анализ литературных данных позволяет сделать вывод о том, что зола от сжигания ОСВ может быть использована в производстве строительных материалов и многокомпонентных строительных смесей [5]. Были проведены исследования по использованию золы от сжигания осадка сточных вод для производства кирпича, материалов для дорожного строительства, зольного керамзита, пенобетона, фосфорных удобрений, а также рекультивации полигонов твердых бытовых отходов [6].

Добавление золы в цементную смесь при производстве пенобетона – современного конструкционного материала – повышает прочность

280