Ученые ПНИПУ разработали загрузочные материалы для биофильтров, которые в 2,5 раза эффективнее очищают воздух от запаха канализации
Неприятные запахи — это не просто бытовой дискомфорт, а реальная угроза здоровью миллионов людей. Сероводород и аммиак, образующиеся в процессе транспортировки и очистки сточных вод, вызывают головную боль, тошноту и хронические недомогания. Традиционные биофильтры с опилками и керамзитом снижают интенсивность запахов на 54–60%, а их отработанная загрузка сама становится новой экологической проблемой. Для решения этой проблемы ученые Пермского Политеха разработали загрузку для биофильтров из промышленных отходов. Новая технология в 2–2,5 раза эффективнее традиционных материалов (опилок, коры, керамзита) и при этом не создает новых рисков для природы.
На изобретение получен патент.
Неприятные запахи — это не просто бытовой дискомфорт, а вполне реальная угроза здоровью и качеству жизни миллионов людей. Сероводород и аммиак, источником которых являются производственные и хозяйственно-бытовые сточные воды, вызывают головную боль, тошноту и хронический дискомфорт у населения. Особенно актуальна эта проблема для густонаселенных городов, где очистные сооружения, насосные станции и канализационные коллекторы расположены вблизи жилых кварталов.
Положение усугубляет тот факт, что в сточных водах промышленных предприятий, поступающих в канализацию, содержатся сложные химические соединения, которые делают запах еще более едким и стойким.
Одним из распространенных вариантов борьбы с ними сегодня являются биофильтры. По сути, это огромные емкости, наполненные специальным материалом, на котором живут бактерии. Загрязненный воздух пропускается через емкость, где микроорганизмы используют сероводород и аммиак как питание.
Они живут на поверхности наполнителя, в качестве которого обычно применяют дешевые и доступные материалы: компост, древесные опилки, кору деревьев или керамзит. Однако у таких традиционно используемых загрузочных материалов есть недостатки. Во-первых, невысокая эффективность — опилки и керамзит плохо удерживают бактерии, поэтому ощущение запаха снижается лишь на 54–60%. Во-вторых, недолговечность: органические материалы быстро гниют и слеживаются, требуя постоянной замены. В результате старый наполнитель вывозят на полигоны — так борьба с одной экологической проблемой порождает другую.
Для решения этой проблемы ученые Пермского Политеха разработали новые загрузочные материалы для биофильтров из отходов, которые в 2–2,5 раза эффективнее традиционных материалов.
— В их основе — остатки пиролиза нефтесодержащих отходов и избыточного активного ила, позволяющие получить загрузку для биофильтров, на 15–23% состоящую из мелкого углеродного порошка (похожего на сажу), с большим количеством пор, содержащих фосфор и микродозы тяжелых металлов, которые естественным образом стимулируют активность бактерий. Получается идеальная среда для микроорганизмов, — рассказала Елена Калинина, доцент кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Однако у исходных остатков пиролиза есть недостаток — они получаются в виде порошка, неудобного для использования в биофильтре. Устранить этот недостаток можно несколькими способами.
Первый — брикетирование. Остатки пиролиза смешивают с цементом и жидким стеклом, а затем спрессовывают под давлением. На выходе получаются прочные брикеты.
Второй — создание синтетическо-углеродного носителя биомассы, когда остатки пиролиза смешивают с измельченными отходами полиэтилена низкого давления — теми самыми пакетами и пленкой, которые уже непригодны для использования. Смесь нагревают, пластик плавится и связывает частицы в единую массу. После остывания ее просеивают, отделяя несвязавшиеся остатки. В итоге получается очень легкий, прочный и пористый материал. На одном грамме такого носителя может поселиться более 6 г бактерий — это в 2,7 раза больше, чем на традиционных аналогах.
Третий способ — модификация керамзита, то есть изменение его состава и свойств. При его производстве в обычную глину добавляют 5–15% остатков пиролиза. Содержащиеся в отходах тяжелые металлы играют роль «плавней»: они снижают температуру вспучивания глины на 80–100°C, что приводит к экономии газа или электричества, затрачиваемых на обжиг. Выгорание содержащегося в остатках пиролиза углерода приводит к формированию в готовых гранулах дополнительных пор, в которых дополнительно закрепляется на 10–15% больше бактерий, чем на керамзите традиционного состава.
— Мы сравнили эффективность снижения интенсивности запахов в биофильтрах с разработанными материалами и традиционной загрузкой — опилками и обычным керамзитом. По аммиаку лучшим оказался синтетическо-углеродный носитель: его эффективность составила 79–82%. Для сравнения: опилки снизили запахи лишь на 60–63%, а обычный керамзит — на 54–57%. По сероводороду более эффективны остатки пиролиза нефтесодержащих отходов — 81–83%, тогда как аналоги показали лишь около 60–63%, — добавила Лариса Рудакова, заведующая кафедрой «Охрана окружающей среды» ПНИПУ, доктор технических наук.
Новая разработка позволяет снизить интенсивность запаха аммиака на 78–97%, а сероводорода — на 65–83% от исходного уровня. Это в 2–2,5 раза эффективнее, чем традиционные загрузки. При использовании разработанных материалов в биофильтрах для очистки загрязненных аммиаком и сероводородом выбросов от различных источников, люди, находящиеся рядом, перестанут чувствовать неприятный запах.
Но чтобы загрузка начала показывать такие результаты, ее недостаточно просто изготовить — нужно заселить бактериями. Поэтому для ускорения этого процесса изготовленные составы либо погружают в аэротенк — специальный резервуар с активным илом, применяемым на очистных сооружениях, либо используют этот же активный ил для орошения загрузочного материала биофильтров. Там в течение 3–5 суток на поверхности материала формируется биопленка. Это плотная колония микроорганизмов, которые буквально прилипают к материалу и начинают на нем жить и размножаться. В качестве питательной среды и орошающей жидкости для этих бактерий можно использовать очищенные сточные воды — с добавлением при необходимости азота и фосфора в строго выверенной пропорции (углерод : азот : фосфор = 100 : 5 : 1). Это делает технологию практически безотходной и снижает затраты на эксплуатацию.
Следовательно, разработка ученых позволяет одновременно решить две экологические проблемы: очистить воздух от неприятных запахов и утилизировать отходы — нефтешламы, избыточный активный ил и потерявший потребительские свойства полиэтилен. Вместо того чтобы размещать эти материалы на полигонах, исследователи предлагают превращать их в эффективную загрузку для биофильтров. Технология уже запатентована и готова к внедрению на очистных сооружениях. Для предприятий это означает снижение экологических платежей и экономию на загрузочных материалах, а для обычных людей — снижение запахов от канализации.
