Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали новый материал для биофильтров, который позволяет эффективнее устранять неприятные запахи канализации. В качестве основы для наполнителя исследователи использовали остатки пиролиза нефтесодержащих отходов и избыточного активного ила. По данным разработчиков, новая загрузка превосходит традиционные материалы по эффективности в 2-2,5 раза. На изобретение уже оформлен патент, сообщили в пресс-службе вуза.
Сероводород и аммиак, которые выделяются при транспортировке и очистке сточных вод, способны вызывать головную боль, тошноту и длительное ухудшение самочувствия. Особенно остро эта проблема стоит в густонаселенных городах, где очистные сооружения и канализационные коллекторы расположены вблизи жилых кварталов. Положение усугубляют сложные химические соединения, поступающие в канализацию от промышленных предприятий, которые делают запах более едким и стойким.
Одним из распространенных способов борьбы с такими выбросами остаются биофильтры - емкости со специальной загрузкой, на поверхности которой живут бактерии. Загрязненный воздух пропускается через наполнитель, а микроорганизмы используют сероводород и аммиак в качестве питания. Обычно в качестве загрузки применяют дешевые и доступные материалы: компост, древесные опилки, кору деревьев или керамзит. Однако они снижают интенсивность запаха лишь на 54-60%, к тому же органические материалы быстро гниют и слеживаются, требуя регулярной замены. Отработанный наполнитель приходится вывозить на полигоны, что порождает новую экологическую проблему.
Специалисты Пермского политеха предложили альтернативное решение. Новый материал на 15-23% состоит из мелкого пористого углеродного порошка, похожего на сажу. В его составе присутствуют фосфор и микродозы тяжелых металлов, которые естественным образом стимулируют активность бактерий. Как пояснила доцент кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ, кандидат технических наук Елена Калинина, получается идеальная среда для микроорганизмов.
Исходные остатки пиролиза образуются в виде порошка, неудобного для использования в биофильтре. Чтобы устранить этот недостаток, ученые разработали несколько способов. Первый предполагает брикетирование: остатки смешивают с цементом и жидким стеклом, а затем спрессовывают под давлением, получая прочные брикеты. Второй способ - создание синтетическо-углеродного носителя биомассы, при котором остатки пиролиза соединяют с измельченными отходами полиэтилена низкого давления. Смесь нагревают, пластик плавится и связывает частицы в единую массу, после остывания ее просеивают. В результате получается легкий, прочный и пористый материал: на одном грамме такого носителя может поселиться более 6 граммов бактерий, что в 2,7 раза больше, чем на традиционных аналогах.
Третий способ - модификация керамзита. При его производстве в обычную глину добавляют 5-15% остатков пиролиза. Содержащиеся в отходах тяжелые металлы играют роль плавней и снижают температуру вспучивания глины на 80-100 градусов, что дает экономию газа или электричества при обжиге. Выгорание углерода приводит к формированию в готовых гранулах дополнительных пор, в которых закрепляется на 10-15% больше бактерий, чем на керамзите традиционного состава.
Результаты испытаний показали высокую эффективность новых материалов. По словам заведующей кафедрой «Охрана окружающей среды» ПНИПУ, доктора технических наук Ларисы Рудаковой, при очистке от аммиака лучшим оказался синтетическо-углеродный носитель с эффективностью 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 около 60-63%. В целом новая разработка позволяет снизить интенсивность запаха аммиака на 78-97%, а сероводорода - на 65-83% от исходного уровня.
Чтобы загрузка начала показывать такие результаты, ее необходимо заселить бактериями. Для ускорения процесса изготовленные составы погружают в аэротенк - резервуар с активным илом, применяемым на очистных сооружениях, либо используют этот ил для орошения материала. В течение 3-5 суток на поверхности формируется биопленка - плотная колония микроорганизмов, которые закрепляются на материале и начинают размножаться. В качестве питательной среды можно использовать очищенные сточные воды с добавлением при необходимости азота и фосфора в пропорции 100:5:1. Это делает технологию практически безотходной и снижает затраты на эксплуатацию.
Разработка пермских ученых позволяет одновременно решить две экологические задачи: очистить воздух от неприятных запахов и утилизировать отходы - нефтешламы, избыточный активный ил и потерявший потребительские свойства полиэтилен. Вместо размещения этих материалов 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 жителей - уменьшение запахов от канализации.
