Введение 4
Глава 1 Литературный обзор 10
1.1 Состав и свойства осадка сточных вод 10
1.2 Анализ использования осадков сточных вод промышленных
предприятий как вторичного сырья 11
1.3 Исследование требований к осадкам сточных вод для дальнейшего
использования в качестве органоминерального удобрения 22
Глава 2 Исследование осадков сточных вод с промышленных предприятий 25
2.1 Отбор проб отработанного илового осадка 25
2.2 Анализ ключевых показателей качества отработанного иловогоосадка и
набор статистических данных 25
2.3 Описание экспериментальных исследований 26
2.4 Результаты анализа образцов активного ила 29
Глава 3 Моделирование процесса пиролиза осадков сточных вод 34
3.1 Описание физической модели пиролиза отхода осадка сточных вод в
лабораторных условиях 34
3.2 Оптимальный режим пиролиза для извлечения тяжелых металлов из
осадков сточных вод 35
3.3 Изменение свойств осадка сточных вод после процесса пиролиза 42
3.4 Биоуголь как основной компонент органоминерального удобрения из
осадка сточных вод 43
3.5 Экспериментальные исследования полученного посредством пиролиза
биоугля 44
3.5.1 Пиролиз осадка сточных вод 44
3.5.2 Анализ ключевых показателей качества осадка сточных вод после
процесса пиролиза 46
3.5.3 Результаты экспериментальных исследований 47
3.5.4 Материальный баланс процесса пиролиза осадков сточных вод
(образца№1) 50
3.5.5 Материальный баланс процесса пиролиза осадков сточных вод
(образца№2) 51
3.5.6. Отгонка водяным паром твердого продукта пиролиза 52
Глава 4 Разработка рецептуры органоминерального удобрения на основе осадка сточных вод 59
4.1 Оценка качества агрохимических показателей различных образцов
почв 60
4.1.1 Отбор проб 60
4.1.2 Анализ ключевых показателей качества отработанных образцов
почв 60
4.1.3 Результаты анализа образцов почв 61
4.2 Эксперимент по росту растений 64
Глава 5 Техническое решение по использованию осадков сточных вод 91
5.1 Подбор оптимального оборудования для производства
органоминерального удобрения на основе осадка сточных вод 91
5.1.1 Пиролизная печь 93
5.1.2 Устройство для транспортировки сыпучих материалов 95
5.1.3 Устройство для измельчения сырья 96
5.1.4. Циклон для сухих опилок 97
5.1.5 Устройство для смешивания сыпучих материалов 97
5.1.6 Устройство для получения гранул 98
5.1.7 Устройство для возврата некондиционных гранул обратно в цикл
гранулирования 99
5.1.8 Ленточный транспортер L-образного типа 100
5.2 Расчёт экономической эффективности технологического решения 100
5.3 Расчет углеродного следа, обусловленного выбросами парниковых газов
при утилизации осадка сточных вод 104
Заключение 108
Список используемых источников 110
Актуальность и научная значимость настоящего исследования
В последнее время проблема образования большого количества осадков сточных вод на очистных сооружениях промышленных и химических предприятиях как никогда актуальна. По данным, в России, ежегодно образуется до 2,5 млрд. тонн осадков сточных вод с влажностью 95-97% или порядка 110-140 млн. тонн по сухому веществу. Уровень их вторичного использования оценивается всего в 1,2-1,7%.
Как правило, осадки сточных вод размещают на иловых картах, что влечет за собой отчуждение большого количества территорий. В городе Тольятти иловые карты занимают по площади порядка 130 га. Поэтому необходимо подобрать оптимальный метод вторичного использования осадка сточных вод для снижения илового осадка и его объёмов, сокращая площади земель, отводимых под строительство иловых карт и экологическую нагрузку.
Осадок сточных вод имеют в своем составе необходимые для роста и развития растений биогенные элементы и органические соединения, такие как общий фосфор, азот и калий. По этой причине осадок сточных вод представляет большой интерес в сфере агротехнике в роли органоминерального удобрения и средства для улучшения структуры почвы. При внесении осадка сточных вод понижается кислотность почвы, повышается содержание азота, фосфора, калия и гумусовых веществ. На кислые почвы, особенно благоприятно влияют осадки сточных вод после обработки известью.
Объект исследования: технология получения органоминерального удобрения на основе осадка сточных вод.
Предмет исследования: осадок сточных вод с очистных сооружений с промышленных предприятий.
Цель: повышение эффективности использования осадка сточных вод в качестве компонента органоминерального удобрения.
Гипотеза исследования состоит в предположении возможности использования осадков сточных вод, образующихся на очистных сооружениях промышленных предприятий в качестве компонента органоминерального удобрения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• провести качественный анализ осадков сточных вод на соответствие агрохимическим показателям, согласно требованиям, предъявленным к удобрениям на основе осадков сточных вод (ГОСТ Р 546512011);
• провести дополнительную обработку осадка сточных вод методом пиролиза для повышения эффективности органоминерального удобрения;
• провести анализ возможной рецептуры и технологии получения органоминерального удобрения из осадка сточных вод промышленных предприятий;
• подобрать оптимальный компонентный состав
органоминерального удобрения для разного вида почв (городской, сельскохозяйственной, промышленной);
• рассчитать экономическую эффективность предлагаемого решения и подобрать необходимое оборудование для его реализации;
• рассчитать углеродный след, образующихся в результате размещения осадка сточных вод на иловых картах.
Методы исследования: анализ литературных и патентных источников, ГОСТы, ПНДФы и СанПиНы, аналитические исследования, расчеты технологических процессов и оборудования.
...
В результате исследований в рамках магистерской диссертации выполнено:
• изучена патентная и научно-исследовательская литература для подбора эффективного решения вторичного использования осадка сточных вод, который размещается на иловых картах и наносит существенный вред окружающей среде. В результате патентное решение N RU 2 514 221 C1 было взято за основу научной работы, так как использование осадка сточных вод в качестве компонента органоминерального удобрения на сегодняшний день одно из наиболее оптимальных решений с точки зрения рационального вторичного использования природных ресурсов;
• в лабораториях Тольяттинского государственного университета на кафедре «Химическая технология и ресурсосбережение» были выполнены исследования качественного состава осадка сточных вод двух образцов с промышленных предприятий на соответствие требованиям ГОСТ Р 546512011 «Удобрения органические на основе осадков сточных вод» для подтверждения возможности дальнейшего использования его в качестве компонента органоминерального удобрения. В результате лабораторных исследований имеющие образцы осадка сточных вод соответствуют требованиям ГОСТа и могут быть использованы в качестве компонента органоминерального удобрения, имеются небольшие отклонения по таким показателям как органическое вещество (требуемое значение = не менее 30, фактическое=18,5), общий фосфор (требуемое значение = не менее 0,7, фактическое=0,56). Данные показатели будут стабилизированы при помощи подбора оптимальной рецептуры удобрения;
• для повышения эффективности предлагаемой рецептуры органоминерального удобрения, осадок сточных вод подвергли дополнительной обработки на установки пиролиза для снижения активности подвижных форм тяжелых металлов. Посредством литературного обзора и изучения патентных решений была подобрана оптимальная температура пиролиза (500°С и 600°С);
• после процесса пиролиза полученный на выходе биоуголь подвергся дополнительным исследования агрохимических показателей на соответствие требованиям ГОСТ Р 54651- 2011 «Удобрения органические на основе осадков сточных вод» для возможности дальнейшего использования в качестве компонента органоминерального удобрения. В результате экспериментальных данных полученный биоуголь соответствует требованиям ГОСТа и может быть использован в качестве компонента органоминерального удобрения, но имеется ряд нестабильных показателей, которые будут учтены при подборе оптимальной рецептуры. Это показатели: органическое вещество (требуемое значение = не менее 30, фактическое=0,013), общий фосфор (требуемое значение= не менее 0,7, фактическое=0,06).
• для подтверждения эффективности предлагаемой технологии был рассчитан материальный баланс процесса пиролиза при 500°С и при 600°С;
• в лаборатории Тольяттинского государственного университета были проведены лабораторные исследования качественных показателей почв разного назначения (городские, промышленные и сельскохозяйственные) для подбора оптимального компонентного состава органоминерального удобрения. В результате лабораторных исследований наиболее лучшим качественным составом обладают почвы сельскохозяйственного назначения, а у почв городского и промышленного назначения имеется ряд отклонений по органическому веществу и нехватке минеральных элементов;
...
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
