1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология
  4. № 1, 2020

Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 2020, № 1, стр. 72-75

ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ГЕТЕРОФАЗНЫХ ОТХОДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УПРАВЛЯЕМЫХ ГАЗОКОНТАКТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Д. В. Зеленцов 1, *, К. Л. Чертес 1, **

1 ФГБОУ ВО Самарский государственный технический университет
443100 Самара, ул. Молодогвардейская, д. 244, Россия

* E-mail: dvzelentsov@mail.ru
** E-mail: chertes2007@yandex.ru

Поступила в редакцию 14.10.2019
После доработки 18.10.2019
Принята к публикации 18.10.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

Рассматривается перспективная технология, позволяющая минимизировать негативное воздействие накопленных массивов гетерофазных отходов путем применения процессов ускоренной минерализации органики, входящей в состав данных отходов.

Поставлена задача преобразования нарушенных деятельностью человека геосред через создание на их основе новых искусственных геосред и восстановление нарушенных природных геосред с использованием инженерных методов. Наиболее перспективным способом ускорения процесса снижения вредного воздействия нарушенной геосреды, является применение газоконтактных технологий, включающих процесс аэрации.

Выделены и изучены основные параметры геосред, влияющие на состояние газового потока, которые необходимо учитывать при реализации той или иной газоконтактной технологии. Показана технология управления газовыми потоками, примером которой выступают комплексы биотермической обработки нефтезагрязненных грунтов, основным элементом которых выступает система комбинированной аэрации, необходимая для повышения скорости биохимического разложения трудноразлагаемых углеводородов в нефтеотходах.

Проведенный анализ показал, что для снижения зависимости от проведения физических экспериментов нужно использовать предварительную оценку массивов отходов методами обработки многомерных данных. Конструирование комплексов биотермической обработки нефтезагрязненных грунтов показало перспективность и возможность практической реализации технологии управления газовыми потоками в гетерофазной среде.

Ключевые слова: геосреда, гетерофазные отходы, газоконтактные технологии, аэрация

ВВЕДЕНИЕ

За последние десятилетия в строительной, жилищно-коммунальной, нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслях России сформировалось значительное количество крупнотоннажных массивов отходов, представляющих из себя отдельный тип геосреды. Подавляющее большинство из них имеют органоминеральную природу. Вступая в контакт с компонентами окружающей среды – почвой, поверхностными и подземными водами, атмосферой, данные отходы являются источниками вторичного загрязнения. Таким образом, перед современной геоэкологической наукой стоит задача преобразования подобных геосред через создание на их основе новых искусственных геосред и восстановление нарушенных природных геосред с использованием инженерных методов [1, 2]. Одной из перспективных технологий, позволяющих минимизировать негативное воздействие подобных массивов является применение процессов ускоренной минерализации легко- и трудноразлагаемой органики, входящей в состав гетерофазных отходов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Добиться ускорения процесса перевода геосреды, оказывающей вредное воздействие, в нейтральное состояние возможно путем интенсификации аэробиоза. Большинство аэробных методов включает в себя такой процесс как аэрация [6–8]. Совокупность данного процесса с другими технологиями обезвреживания является предметом газоконтактных технологий [5]. Данный термин предполагает, что извлекаемый или подаваемый в массив отходов газовый поток оказывает воздействие на механические, физические и химические свойства трансформируемой геосреды.

В аэробных методах обезвреживание в основном достигается путем химического или биохимического окисления токсичных составляющих отхода газовым потоком. При этом характер взаимодействия для разных отходов различен. Некоторые малоопасные отходы до 3 класса опасности, не содержат первичных соединений, отрицательно воздействующих на компоненты системы. В этом случае газовый поток оказывает воздействие на массив (отход) без химического взаимодействия, например, отдувка свободной воды из свалочного тела с его последующим обезвоживанием и компостированием. Некоторые виды отходов при контакте с газовым потоком способны на физические трансформации. Основными являются газоконтактные технологии, приводящие к трансформации химического состава техногенных образований. При этом у некоторых токсичных веществ сложного химического состава при контакте с газовым потоком возможно образование новых химических соединений, более опасных, чем сам отход. В таком случае технология усложняется за счет необходимости создания дополнительных сооружений обезвреживания вторичных токсикантов. При этом желательно совмещать технологии первичного и вторичного обезвреживания в едином технологическом узле.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

При рассмотрении различных видов газоконтактных технологий, используемых в практике обращения с отходами и в смежных отраслях, были выделены и изучены основные параметры геосред, влияющие на состояние газового потока, которые необходимо учитывать при реализации той или иной газоконтактной технологии (табл. 1).

Таблица 1.

Физические параметры состояния геосреды

Вид отхода Объект размещения Параметры состояния геосреды
Плотность массива, ρd, т/м3 Плотность частиц, ρs, т/м3 Модуль деформации, Ep, МПа Влажность, w, % Коэффициент фильтрации, Кф, см/с Пористость, n, % Коэффициент воздухопрони- цаемости, Квп, кг/(м2ч Па)
ТБО свежие Полигон ТБО “Узюково”, г. Тольятти 0.3–1.3 0.5–1.5 х 70 х 30–40 х
ТБО 1 год Полигон ТБО “Эколайн”, г. Тольятти 0.7–1.4 0.9–1.6 х <65 х 30–40 х
ТБО 10 лет Полигон, г. Новокуйбышевск 0.9–1.5 1.1–1.7 2.5–5.5 <50 8 × 10–4 35–45 х
ТБО 50 лет Рекультивированная свалка “Красный Пахарь”, г. Самара 1.6 2.7 3–6 15–35 7 × 10–4 40–50 х
Компостирование нефтегрунтов (стадия роста температуры) Комплекс биодеструкции Михайловско-Коханского месторождения Самаранефтегаз 1.5 2.7 1.5–3.5 <55 10–4 40–50 0.0006–0.001
Компостирование нефтегрунтов (стадия высоких температур) Комплекс биодеструкции Михайловско-Коханского месторождения, Самаранефтегаз 1.65 3 1.5–3.5 <55 10–4 40–50 0.0006–0.001
Компостирование нефтегрунтов (стадия снижения температуры) Комплекс биодеструкции Михайловско-Коханского месторождения, Самаранефтегаз 1.8 3.3 2–4 <55 10–4 30–40 0.0005–0.0009
Буровые шламы Ванкорнефть Красноярский край 1–1.2 1.2–1.3 0.9–1.4 80–95 5 × 10–5–10–4 4–7 х
Шламы водного хозяйства Куйбышевский НПЗ 0.8–1.1 0.9–1.2 0.1–0.3 65–80 4 × 10–5–6 × 10–4 8–11 х
Избыточный активный ил КОС г. Новокуйбышевск 0.7–0.8 0.9–1 0 45–97 х 20–22 х

х – параметр не определяется

Для математической обработки массива данных по этим параметрам необходим соответствующий математический аппарат. Кроме того, важной составляющей выступает конструктивно-аппаратурное оформление процессов аэрации в пористых средах с изменяемой за счет физических процессов и химического взаимодействия пористостью.

ВЫВОДЫ

Проведенный в рамках работы анализ показал, что для снижения зависимости от проведения физических экспериментов нужно использовать предварительную оценку массивов отходов методами обработки многомерных данных. Для упрощения решения задачи управления газовыми потоками, особенно на предварительной стадии, необходимо иметь обобщенное решение.

Пример конструирования комплексов биотермической обработки нефтезагрязненных грунтов [3, 4] показал перспективность и возможность практической реализации технологии управления газовыми потоками в гетерофазной среде, хотя для этого потребовалось провести комплекс теоретических и экспериментальных исследований.

Список литературы

  1. Быков Д.Е., Мартыненко Е.Г., Савельев А.А., Тупицына О.В., Чертес К.Л. Освоение территорий, занятых массивами твердых коммунальных отходов // Экология и промышленность России. 2016. Т. 20. № 1. С. 8–13. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2016-1-8-13

  2. Быков Д.Е., Чертес К.Л., Тупицына О.В., Щербина Е.В., Савельев А.А. Обеспечение геоэкологической устойчивости массивов коммунальных отходов для их строительно-хозяйственного освоения // Экология и промышленность России. 2016. № 8. С. 4–11. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2016-8-4-11

  3. Зеленцов Д.В., Тупицына О.В., Чертес К.Л., Пыстин В.Н. Обработка осадков нефтесодержащих сточных вод с применением принудительной высоконапорной аэрации // Градостроительство и архитектура. 2012. № 3 (7). С. 72–74.

  4. Зеленцов Д.В., Чертес К.Л., Быков Д.Е., и др. Комплекс биодеструкции нефтеотходов // Экология и промышленность России. 2011. № 3. С. 33–34.

  5. Чертес К.Л., Быков Д.Е., Тупицына О.В. и др. Интенсивная биотермическая обработка шламовых отходов нефтяного комплекса // Экология и промышленность России. 2010. № 3. С. 36–39.

  6. Чертес К.Л., Зеленцов Д.В., Тупицына О.В., и др. Обезвреживание гетерофазных отходов с использованием управляемых газоконтактных технологий // Экология и промышленность России. 2019. Т. 23. № 2. С. 4–9. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2019-2-4-9

  7. Haug R.T. Sludge composting: a discussion of engineering principles // Compost Science. Journal of Waste Recycling. 2001. V. 26. № 6. P. 6–11.

  8. Yu Huiyong, Xie Beitao, Khan Rayyan. The changes in carbon, nitrogen components and humic substances during organic-inorganic aerobic co-composting // Bioresource technology. T. 271. P. 228–235.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал