Анотація до роботи:

Котюк Ф.О. Зниження рівня екологічно небезпечного впливу осадів міських стічних вод на навколишнє середовище – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 – екологічна безпека. – Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, Харків, 2006.

Дисертацію присвячено науковому обґрунтуванню і розробці заходів, спрямованих на зниження рівня екологічно небезпечного впливу осадів міських стічних вод на навколишнє середовище. Розроблено новий, екологічно безпечний метод вилучення важких металів з осадів за допомогою гумінових речовин, які містяться у продуктах переробки бурого вугілля.

Для реалізації розробленого методу доцільно здійснювати збезводнення осаду на фільтр-пресах зі стаціонарним намивним шаром з вуглелужного реагенту або на центріфугах з рухливим шаром ВЛР. Рідку фазу (фільтрат або фугат) варто обробляти слабким підкисленням, що дозволить виділити (осадити) гумінові комплекси з важкими металами у вигляді осаду, який складає 0,01 % від первинної кількості осаду.

Доза ВЛР складає 0,18–0,26 кг/м³. Діючою речовиною в складі ВЛР є гумінові речовини, зокрема, гумати натрію.

Обґрунтовано можливість фільтрування осаду міських стічних вод через намивний фільтруючий шар, у якості якого рекомендується використовувати шар ВЛР. При цьому намивний шар може бути стаціонарним – при використанні фільтр-пресів, або рухливим – при застосуванні центрифуг.

Вибір типу устаткування для збезводнення ОМСВ повинен виконуватись в кожному конкретному випадку на підставі техніко-економічного порівняння варіантів.

Економічна ефективність від впровадження розробленого методу вилучення важких металів для міста Єнакієвого складає 1398,5 тис.грн.

1. Екологічною проблемою, яка вимагає невідкладного рішення, є розробка нових ефективних методів обробки (знешкодження і збезводнення) і наступної утилізації осадів міських стічних вод. Мулові майданчики є джерелами забруднення ґрунту, ґрунтових і поверхневих водних об'єктів, повітря. Розміри земельних ділянок, які виділяються для цих цілей, постійно збільшуються.

У дисертації розроблено новий метод вилучення важких металів з осадів міських стічних вод за допомогою гумінових речовин.

2. Установлено, що в складі осадів міських стічних вод, що утворюються на Комплексах біологічного очищення стічних вод м. Донецька, Макіївки, Єнакієвого, Харкова та інших міст України, у яких є підприємства машинобудування і металургії, міститься значна кількість важких металів, наприклад: Fe²⁺ – 12458,0 мг/кг сухої речовини, Сu_заг. – 266 мг/кг, 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 ряд інших елементів і сполук: Аl³⁺ – 11327 мг/кг сухої речовини, As⁵⁺ – 3,77 мг/кг і ін.

3. Установлено, що гумінові речовини володіють високою виборчою сорбційною здатністю стосовно важких металів. Як ефективний реагент для вилучення важких металів з осадів міських стічних вод запропоновано використовувати продукт обробки бурого вугілля лугом – вуглелужний реагент. Запропонована система рівнянь, яка описує процес фільтрування осадів через допоміжні речовини, зокрема через шар продуктів переробки бурого вугілля, що містить гумінові речовини. Доза ВЛР складає 0,18–0,26 кг/м³. Діючою речовиною в складі ВЛР є гумінові речовини, зокрема, гумати натрію.

4. Для реалізації розробленої технології доцільно здійснювати збезводнення осаду на фільтр-пресах зі стаціонарним намивним шаром з ВЛР або на центрифугах з рухливим шаром ВЛР. Рідку фазу (фільтрат або фугат) варто обробляти при використанні слабкого підкислення до значень рН = 6,5–6,8, що дозволить осадити гумінові комплекси, що містять важкі метали, у спеціально виділених для цього спорудах (відстійниках). Кількість цього осаду складає 0,01 % від первісної кількості осаду.

5. Обробка осадів за допомогою ВЛР дозволяє знизити концентрації важких металів до таких концентрацій, що нижче санітарних норм. Розроблений метод дозволяє видалити мідь на 88 %, нікель – 94 %, цинк – більш 90 %, хром загальний (тривалентний плюс шестивалентний) – 89,5 %, марганець – 40 %, кадмій – більш 86 %, миш'як – 64 %, ртуть – близько 90 %.

6. Випробувано ряд коагулянтів і флокулянтів для інтенсифікації процесу збезводнення осадів міських стічних вод. Як флокулянти випробувана: діметілдіалліламмонійхлорид (ВПК-402) (Росія), К-504 і К-506 (Фінляндія), поліетиленімін (ПЕІ) і Магнафлок (Німеччина), полімери К-100, К-200, Ф-100, Ф-200, ФК, ОКФ (Росія) та ін., як коагулянти – вапно, сірчанокислий алюміній, хлорне залізо та ін.

Найбільш ефективними є катіонні флокулянти. Їхнє застосування інтенсифікує процес збезводнення осадів як на мулових майданчиках, так і в апаратах механічного збезводнення – фільтр-пресах і центрифугах.

7. Встановлено, що розрахункова питома продуктивність камерного фільтр-преса при збезводненні осадів міських стічних вод складає 85–100 м³10^-3/м²год або 42,5–50 м³/год з одного фільтр-преса поверхнею фільтрування 500 м². Для збезводнення ОМСВ рекомендується застосовувати фільтр-преси вітчизняного виробництва. Для збезводнення ОМСВ також рекомендується застосовувати центрифуги вітчизняного або закордонного виробництва. При цьому вологість збезводненого осаду складає 70–80 %. Вибір типу устаткування для збезводнення ОМСВ виконується в кожнім конкретному випадку на підставі техніко-економічного порівняння варіантів.

8. Економічна ефективність від впровадження в проект реконструкції каналізаційних очисних споруд міста Єнакієвого розробленого методу вилучення важких металів складає 1398,5 тис. грн.

Публікації автора:

1. Пантелят Г.С., Котюк Ф.А. Количественная и качественная характеристики осадков городских сточных вод // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. – 2003. – Вип. 24. – С. 89-91.

2. Пантелят Г.С., Котюк Ф.А.Определение возможности утилизации осадков городских сточных вод // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. – 2004. – Вип. 26. – С. 86-88.

3.Котюк Ф.А. К вопросу об обработке, обезвоживании и утилизации осадков водопроводных и канализационных очистных сооружений // Збірник наукових праць. – Луганськ: ЛНАУ. – 2004. – №32 (44). – С. 79-86.

4. Котюк Ф.А. Технология удаления тяжелых металлов из осадков городских сточных вод // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. – 2005. – Вип. 32. – С. 172-175.

5. Котюк Ф.А., Штонда Ю.И. Разработка методов удаления тяжелых металлов из осадков городских сточных вод // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. – Одесса: ОДАБА. – 2005. – Вип. 19. – С. 165-169.

6. Пантелят Г.С., Котюк Ф.А. Новая технология удаления ионов тяжелых металлов из осадков городских сточных вод // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. – 2006. – Вип. 35. – С. 230-234.

7. Котюк Ф.А. Применение коагулянтов, флокулянтов и их композиций для интенсификации процесса обезвоживания осадков городских сточных вод // Вестник Белгородского гос.техн. универ. – Белгород: Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2004. – №8. – Часть 4. – С.88-90.

8. Пантелят Г.С., Черников В.А., Котюк Ф.А. Прогрессивные технологии обезвоживания и утилизации городских сточных вод // Сб. докл. Международного конгресса «Вода: экология и технология» (ЭКВАТЭК-2004). – М.: – 2004. – часть 2. – С. 721-722.

9. Пантелят Г.С., Котюк Ф.А. Направления решения вопроса обезвоживания и утилизации осадков городских сточных вод // Сборник научных статей к ХІІ-й Междун. науч.-практ. конф. «Экология и здоровье человека». – Харьков: Райдер. – 2004. – С. 311-312.

10.Пантелят Г.С., Котюк Ф.А. Результаты исследований обезвоживания осадков городских сточных вод на камерных фильтр-прессах // Тез. докл. ХХХІІ-й науч.-техн. конфер. преподавателей, аспирантов и сотрудников ХНАГХ. – Харьков: ХНАГХ. – 2004. – С. 48-49.

11. Котюк Ф.А. Химический состав и физико-химические свойства осадков городских сточных вод // Тез. докл. ХХХІІ-й науч.-техн. конфер. преподавателей, аспирантов и сотрудников ХНАГХ. – Харьков: ХНАГХ. – 2004. – С. 39-40.

12. Котюк Ф.А. Интенсификация процессов обработки осадков сточных вод // Матеріали Всеукр. наук.-практ. конфер. „Реалізація регіон. програм реформ. та розвитку житлово-комун. госп-ва”. – Алушта: ХОНТТ КГ та ПО, ХНАМГ. – 2005. – С. 79-80.

13. Пантелят Г.С., Котюк Ф.А.Современные методы обезвоживания, удаления тяжелых металлов и утилизации осадков городских сточных вод // Сборник науч. статей к ХІІІ -й Междун. науч.-практ. конф. «Экология и здоровье человека». – Харьков: Райдер. – 2005. – С. 105-108.

14. Котюк Ф.А. Новая технология удаления ионов тяжелых металлов из осадков городских сточных вод // Тезисы докл. ХХХIII-й науч.-техн. конфер. преподавателей, аспирантов и сотрудников ХНАГХ. – Часть 1. – Харьков: ХНАГХ. – 2006. – С.195-197.

15. Душкін С.С., Дем'янюк В.М., Булгакова О.В., Котюк Ф.О. Пристрій для активації розчинів реагентів. – Декл. патент на корисну модель, № 15380/1 від 09.11.2004 р.

16. Пантелят Г.С., Сироватський О.А., Котюк Ф.О. Спосіб виділення важких металів з осадів міських стічних вод. – Повідомлення про завершення формальної експертизи за заявкою на винахід, № 50683 від 29.08.05 р.

Особистий внесок здобувача в роботах, опублікованих у співавторстві, складається в: [1] – визначено хімічний склад і кількість осадів, що утворюються на Комплексах очисних споруд міст Донбасу; [2] – дано аналіз можливих напрямків утилізації осадів міських стічних вод; [5, 6] – приведені результати пошукових досліджень автора при обробці осадів відповідно до кислотної і лужної технологій; [8, 9] – вивчено процес збезводнення осадів на моделі фільтр-преса; [10, 13] – наведено результати досліджень збезводнення осадів на фільтр-пресах, і запропоновано метод вилучення важких металів з осадів міських стічних вод за допомогою гумінових речовин; [15] – обґрунтовано вибір реагентів для обробки осадів; [16] – запропоновані принципово нові технічні рішення по вилученню важких металів.