Ученые ПНИПУ разработали загрузку для биофильтров из промышленных отходов

Остатки переработки нефтесодержащих отходов и избыточного активного ила могут стать сырьем для очистки воздуха на канализационных объектах. Ученые ПНИПУ разработали на их основе несколько загрузочных материалов для биофильтров: брикеты, синтетическо-углеродный носитель и модифицированный керамзит.

Как работает загрузка биофильтра

Сероводород и аммиак образуются при транспортировке и очистке сточных вод. Для очистки загрязненного воздуха используют биофильтры — емкости с загрузкой, на поверхности которой живут микроорганизмы. Они используют эти соединения в процессе жизнедеятельности.

Обычно загрузкой служат компост, опилки, кора или керамзит. Органические материалы со временем разлагаются и слеживаются, поэтому их приходится заменять. Важна и способность загрузки удерживать биомассу: от этого зависит работа фильтра.

В ПНИПУ предложили применять остатки пиролиза нефтесодержащих отходов и избыточного активного ила. По словам доцента кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ, кандидата технических наук Елены Калининой, получаемая загрузка на 15–23 % состоит из мелкодисперсного углеродного порошка. Его пористая структура помогает закрепляться микроорганизмам, а содержащиеся в материале фосфор и микродозы тяжелых металлов стимулируют их активность.

Три способа превратить порошок в загрузку

Порошкообразные остатки пиролиза неудобно использовать в биофильтре напрямую. Исследователи предложили три варианта их переработки.

Брикетирование. Остатки пиролиза смешивают с цементом и жидким стеклом, затем прессуют. В результате получают прочные брикеты.

Синтетическо-углеродный носитель. Остатки пиролиза соединяют с измельченными отходами полиэтилена низкого давления. При нагревании полимер плавится и связывает частицы. После охлаждения материал просеивают, удаляя несвязавшиеся остатки. По данным исследователей, на одном грамме такого носителя может закрепляться более 6 г бактериальной биомассы — в 2,7 раза больше, чем на традиционных аналогах.

Модифицированный керамзит. При его производстве в глину добавляют 5–15 % остатков пиролиза. Содержащиеся в них тяжелые металлы действуют как плавни и снижают температуру вспучивания глины на 80–100 °C, сокращая энергозатраты на обжиг. При выгорании углерода образуются дополнительные поры. На таком керамзите закрепляется на 10–15 % больше бактерий, чем на обычном.

Что показали испытания

Разработанные материалы сравнили с опилками и обычным керамзитом. Как сообщила заведующая кафедрой «Охрана окружающей среды» ПНИПУ, доктор технических наук Лариса Рудакова, в приведенном сравнении по аммиаку лучший результат показал синтетическо-углеродный носитель: снижение интенсивности запаха составило 79–82 %. Для опилок этот показатель достигал 60–63 %, для обычного керамзита — 54–57 %.

По сероводороду наиболее эффективными оказались остатки пиролиза нефтесодержащих отходов: интенсивность запаха снижалась на 81–83 %, тогда как у традиционных аналогов — примерно на 60–63 %.

В целом для разработанных материалов исследователи приводят диапазоны снижения интенсивности запаха на 78–97 % по аммиаку и на 65–83 % по сероводороду относительно исходного уровня.

Как подготовить материал к работе

Перед использованием загрузку заселяют микроорганизмами. Для этого ее погружают в аэротенк — резервуар с активным илом на очистных сооружениях — либо орошают активным илом. В течение 3–5 суток на поверхности формируется биопленка.

Для дальнейшего орошения и питания микроорганизмов можно использовать очищенные сточные воды. При необходимости в них добавляют азот и фосфор, поддерживая соотношение углерода, азота и фосфора 100 : 5 : 1.

Вторичное сырье для очистных сооружений

Разработка объединяет очистку воздуха и переработку отходов. Нефтесодержащие отходы и избыточный активный ил после пиролиза становятся компонентами загрузки, а в одном из вариантов используется также отработанный полиэтилен. На изобретение получен патент. Предлагаемая область применения — биофильтры для очистки воздуха, загрязненного аммиаком и сероводородом, в том числе на очистных сооружениях.