alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2017.13-15.134-143alternative-1050Research ArticleЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ, СИСТЕМЫ, МАТЕРИАЛЫ И ПРИБОРЫENERGY SAVING TECHNOLOGIES MATERIALS, SYSTEMS, AND INSTRUMENTSЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ИЗБЫТОЧНОГО АКТИВНОГО ИЛА В КАЧЕСТВЕ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ТОПЛИВАWASTE ACTIVATED SLUDGE AS ALTERNATIVE FUEL FOR ENERGY AND RESOURCE CONSERVATIONНиколаеваЛ. А.NikolaevaL. A.

канд. хим. наук, доцент ФГБОУ ВО «КГЭУ»,

д. 51, ул. Красносельская, Казань, 420066

Ph.D. (chemistry), Associate Professor,

51, Krasnoselskaya str., Kazan, 420066

imreginaiskh@gmail.comИсхаковаР. Я.IskhakovaR. Ya.

канд. техн. наук, старший преподаватель, ФГБОУ ВО «КГЭУ»,

д. 51, ул. Красносельская, Казань, 420066

Ph.D. (engineering), Senior Lecturer,

51, Krasnoselskaya str., Kazan, 420066

ЗариповаГ. М.ZaripovaG. M.

магистр (теплоэнергетика), ФГБОУ ВО «КГЭУ»,

д. 51, ул. Красносельская, Казань, 420066

M.Sc.,

51, Krasnoselskaya str., Kazan, 420066

ИсхаковА. Р.IskhakovA. R.

канд. техн. наук, младший научный сотрудник, ФГБОУ ВО «КГЭУ»,

д. 51, ул. Красносельская, Казань, 420066

Ph.D. (engineering), Junior Researcher,

51, Krasnoselskaya str., Kazan, 420066

ФГБОУ ВО «Казанский государственный энергетический университет»РоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian Federation201730062017013-15134143Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20172017Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1050

Рассматриваются вопросы энерго- и ресурсосбережения при использовании отходов производства в качестве альтернативного топлива. Объектом исследования выступает избыточный активный ил, который образуется на станциях биологической очистки сточных вод и складируется на иловых картах, что приводит к отчуждению значительных площадей земли. Для вторичного применения избыточного активного ила в качестве вторичного материального ресурса требуется его предварительное обезвоживание в связи с высокой обводненностью. Для повышения эффективности обезвоживания избыточного активного ила путем центрифугирования предлагается дозировать в суспензию активного ила карбонатный шлам водоподготовки, образующийся на тепловых электрических станциях на стадии известкования и коагуляции природной добавочной воды. После механического обезвоживания путем окатывания в присутствии связующего были получены топливные гранулы, которые могут использоваться для выработки тепловой и электрической энергии в качестве альтернативного топлива. По результатам исследования в качестве наиболее эффективного связующего был выбран лигносульфонат технический – побочный продукт деревообрабатывающей промышленности.

Представлен элементный анализ топливных гранул, а также их теплота сгорания. На основании полученных результатов предложена технологическая схема получения и сжигания топливных гранул на основе избыточного активного ила и шлама водоподготовки, включающая в себя стадию перемешивания компонентов, механического обезвоживания (центрифугирования), сушки, окатывания и сжигания отходов (сжигание происходит в печи с псевдоожиженным слоем). Использование топливных гранул на основе избыточного активного ила и шлама водоподготовки позволяет эффективно утилизировать отходы промышленных предприятий нефтехимического и теплоэнергетического комплексов и перейти к эксплуатации возобновляемых энергоресурсов. 

The paper deals with the energy and resource conservation using waste as an alternative fuel. The object of the study is waste activated sludge which is formed at biological wastewater treatment plants and is stored on sludge lagoons that leads to the alienation of large land areas. For the waste activated sludge recycling, its preliminary dehydration is required because of its high water cut. Dosing the carbonate sludge formed at thermal power plants at the stage of liming and coagulation of natural additional water is suggested to increase the efficiency of dewatering of waste activated sludge by centrifugation. After mechanical dehydration by pelletizing with a binder, fuel pellets, which can be used as an alternative fuel to generate heat and electricity, are produced. According to the results of the study, lignosulfonate – a technical by-product of the woodworking industry – is chosen as the most effective binder.

The paper presents an elemental analysis of fuel pellets, as well as their heat of combustion, and proposes a technological scheme including the following components: mechanical dewatering (centrifugation), drying, pelletizing and incineration of waste (the incineration takes place in a fluidized bed furnace). The use of fuel pellets based on waste activated sludge and water treatment sludge makes it possible to efficiently utilize waste from industrial petrochemical and heat energy complexes and to switch from traditional energy resources to renewable ones. 

утилизацияизбыточный активный илкарбонатный шлам водоподготовкивлагоотдача осадкатопливные гранулыобезвоживаниеrecyclingwaste activated sludgecarbonate sludgewater yielding capacitydehydrationpelletsReferencesЦыбина, А.В. Состояние и перспективы обработки и утилизации осадков сточных вод / А.В. Цыбина [и др.] // Экология и промышленность России. – 2013. – № 12. – С. 56–61.Tsybina A.V. Status and prospects of treatment and disposal of sewage sludge (Sostoyanie i perspektivy obrabotki i utilizatsii osadkov stochnyh vod). Ekologiya i promyshlennost' Rossii, 2013;(12):56–61. (in Russ.).Лукашевич, О.Д. Экологические проблемы обработки и утилизации осадков сточных вод / О.Д. Лукашевич, И.В. Барская. – 3-е изд. Экология промышленного производства, 2007. 68–75 с.Lukashevich O.D., Barskaya I.V. Environmental problems of treatment and disposal of sewage sludge. Industrial ecology (Ekologicheskie problemy obrabotki i utilizatsii osadkov stochnyh vod). Ekologiya promyshlennogo proizvodstva, 2007, pp. 68–75 (in Russ.).Наумов, А.В. Основы биологической очистки промстоков ЦБП / А.В. Наумов // Наумов А.В. Учебное пособие / А.В. Наумов, А.Н. Николаева. − Л.: ЛТА, 1984. – С. 79.Naumov A.V., Nikolaeva A.N. Fundamentals of biological treatment of industrial wastewater pulp and paper (Osnovy biologicheskoy ochistki promstokov TSBP). Leningrad: LTA, 1984, 79 p. (in Russ.).Гюнтер, Л.И. Состояние и перспективы обработки и утилизации осадков сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. – 2005. – № 12. – Ч. 2. – С. 5–9.Gyunter L.I. Status and prospects for processing and utilization of precipitation wastewater (Sostoyanie i perspektivy obrabotki i utilizatsii osadkov stochnyh vod). Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika, 2005;12(2):5–9. (in Russ.).Дрозд, Г.Я. Новые технологии утилизации осадков – путь к малоотходным канализационным очистным сооружениям / Г.Я. Дрозд // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. – 2014. – № 3. – С. 20–29.Drozd G.Ya. New technologies of sludge disposal – the path to low-waste sewage treatment plants (Novye tekhnologii utilizatsii osadkov – put' k maloothodnym kanalizatsionnym ochistnym sooruzheniyam). Vodoochistka. Vodopodgotovka. Vodosnabzhenie, 2014;(3):20–29. (in Russ.).Nduka, K.C. Characterization of wastewater and use of cellulosic waste as biological material / K.C. Nduka, O.J. Ezeakor, A.C. Okoye // Journal of Engineering Science and Technology. – 2007. – No. 11. – Р. 722–726.Nduka K.C., Ezeakor O.J., Okoye A.C. Characterization of wastewater and use of cellulosic waste as biological material. Journal of Engineering Science and Technology, 2007;(11),722–726 (in Eng.).Annadurai, G. Use of cellulose-based wastes for adsorption of dyes from aqueous solutions / G. Annadurai, S. Juang, J. Lee // Journal of Hazardous Materials. – 2002. – No. 3. – Р. 263–274.Annadurai G., Juang S., Lee J. Use of cellulosebased wastes for adsorption of dyes from aqueous solutions. Journal of Hazardous Materials, 2002;(3):263–274 (in Eng.).Разработка технологии переработки осадков сточных вод и их использование с глауконитом в качестве удобрений в условиях орошения / Е.Ф. Помогаев. – Волгоград, 2011.Pomogaev E.F. Development of technology for the processing of sewage sludge and the use of glauconite as a fertilizer in the irrigation (Razrabotka tekhnologii pererabotki osadkov stochnyh vod i ih ispol'zovanie s glaukonitom v kachestve udobreniy v usloviyah orosheniya), Volgograd, 2011 (in Russ.)Евилевич, А.З. Осадки сточных вод. / А.З. Евилевич. – Л.: Издательство литературы по строительству, 1965.Evilevich, A.Z. Sewage sludge (Osadki stochnyh vod). Leningrad: Izdatel'stvo literatury po stroitel'stvu Publ., 1965 (in Russ.)Дьяков, М.С. Разработка технологии термоэнергетического обезвреживания избыточного активного ила нефтеперерабатывающих предприятий: Автореф. дисс. … канд техн. наук. Пермь, 2009.Dyakov M.S. Development of technology of thermal energy the disposal of surplus active sludge of oil refineries (Razrabotka tekhnologii termoenergeticheskogo obezvrezhivaniya izbytochnogo aktivnogo ila neftepererabatyvayushchih predpriyatiy: Ph.D. diss. (engineering), Perm, 2009 (in Russ.)Afif, Elie. Catalytic hydrothermal gasification of activated sludge/ Elie Afif, Pooya Azadi, Ramin Farnood// Applied Catalysis B: Environmental. – 2011. – Vol. 105. – Iss. 1–2. – P. 136–143.Elie Afif, Pooya Azadi, Ramin Farnood. Catalytic hydrothermal gasification of activated sludge. Applied Catalysis B: Environmental, 2011;1–2(105):136–143 (in Eng.).Young, Nam Chun. Pyrolysis gasification of dried sewage sludge in a combined screw and rotary kiln gasifier/ Young Nam Chun, Seong Cheon Kim, Kunio Yoshikawa // Applied Energy. – 2011. – Vol. 88. – Iss. 4. – P. 1105–1112.Young Nam Chun, Seong Cheon Kim, Kunio Yoshikawa. Pyrolysis gasification of dried sewage sludge in a combined screw and rotary kiln gasifier. Applied Energy, 2011;4(88):1105–1112 (in Eng.).Thana, Phuphuakrat. Characterization of tar content in the syngas produced in a downdraft type fixed bed gasification system from dried sewage sludge / Thana Phuphuakrat [et al.] // Fuel. – 2010. –Vol. 89. – Iss. 9. – P. 2278–2284.Thana Phuphuakrat, Nimit Nipattummakul, Tomoaki Namioka, Somrat Kerdsuwan, Kunio Yoshikawa. Characterization of tar content in the syngas produced in a downdraft type fixed bed gasification system from dried sewage sludge. Fuel, 2010;9( 89):2278–2284 (in Eng.).Marcos, V.S. Wastewater Characteristics, Treatment and Disposal / V.S. Marcos // IWA Publishing. – 2007. – P. 295.Marcos V.S. Wastewater Characteristics, Treatment and Disposal. IWA Publishing, 2007; p. 295 (in Eng.).Thomas, M. The solar sludge dryer / M. Thomas [et al.] // Maroochydore’s first year, AWA Water Journal. – 2008. – No. 5. – P. 83–88.Thomas M. The solar sludge dryer. Maroochydore’s first year, AWA Water Journal, 2008;5:83–88.Николаева, Л.А. Экологические аспекты утилизации твердых промышленных отходов / Л.А. Николаева, Р.Я. Исхакова. – Казань: Изд-во Казан. гос. энерг. ун-та, 2015.Nikolaeva L.A., Iskhakova R.Ya. Environmental aspects disposal of industrial solid waste (Ekologicheskie aspekty utilizatsii tverdyh promyshlennyh othodov). Kazan: Izd-vo Kazan. gos. energ. un-ta Publ., 2015 (in Russ.).Николаева Л.А., Недзвецкая Р.Я. Система биологической очистки сточных вод промышленных предприятий. Пат. 115777 РФ МПК C02F 9/14 / (2006.01), заявитель и патентообладатель: ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет». Научн-исслед. ин-т связи. – № 2011144998/05; опубл. 07.11.2011.Nikolaeva L.A., Nedzvetskaya R.Ya. System of biological wastewater treatment of industrial enterprises (Sistema biologicheskoy ochistki stochnyh vod promyshlennyh predpriyatiy). Pat. 115777 RF. МПК C02F 9/14 / (2006.01), zayavitel' i patentoobladatel':FGBOU VPO “Kazanskiy gosudarstvennyy energeticheskiy universitet”. Nauchnissled. in-t svyazi. – № 2011144998/05; opubl.07.11.2011. (in Russ.).Малиновская, Т.А. Разделение суспензий в химической промышленности / Т.А. Малиновская [и др.] – М.: Химия, 1983. – 264 с.Malinovskaya T.A. [et al.]. The separation of suspensions in chemical industry (Razdelenie suspenziy v himicheskoy promyshlennosti). Moscow: Himiya Publ., 1983, p. 264 (in Russ.).Филиппов, В.Н. Оборудование и технология очистки сточных вод / В.Н. Филиппов. – Уфа: УГНТУ, 2003. – 300 с.Filippov V.N. Equipment and technology of wastewater treatment (Oborudovanie i tekhnologiya ochistki stochnyh vod). Ufa: UGNTU Publ., 2003, p. 300 (in Russ.).Яковлев, С.В. Очистка производственных сточных вод / С.В. Яковлев [и др.]. – М.: Изд-во Стройиздат, 1985. – 320 с.Yakovlev S.V., Karelin Ya.A., Laskov Yu.M., Voronov Yu.V. The industrial wastewater treatment (Ochistka proizvodstvennyh stochnyh vod). Moscow: Izd-vo Stroyizdat Publ., 1985, p. 320 (in Russ.).Жужиков, В.А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. / В.А. Жужиков. – М.: Изд-во Химия, 1971. – 440 с.Zhuzhikov V.A. Fil'trovanie. Theory and practice of separation of suspensions (Teoriya i praktika razdeleniya suspenziy). Moscow: Izd-vo Himiya Publ., 1971, p. 440 (in Russ.).Kopp, J. Prediction of full-scale dewatering results by determining the water distribution of sewage sludges / J. Kopp, N. Dichtl // Water Science & Technology. – 2001. – Vol. 43. – No. 9. – P. 135–143.Kopp J., Dichtl, N. Prediction of full-scale dewatering results by determining the water distribution of sewage sludges. Water Science & Technology, 2001;9(43):135–143 (in Eng.).Patent document 10-239494/A/ Japan. Jp patent document 10-239494/A/; Jp patent application 9-37657. Burning method for activated sludge / Ozaki, Shigeru; Kaji, KoichiToshiba Corp., Kawasaki, Kanagawa (Japan); NGK Insulators Ltd., Nagoya (Japan). № 30004698; published 1998.Ozaki, Shigeru; Kaji, KoichiToshiba Corp., Kawasaki, Kanagawa (Japan). Burning method for activated sludge. Patent document 10-239494/A/ Japan. Jp patent document 10-239494/A/; Jp patent application 9-37657; NGK Insulators Ltd., Nagoya (Japan). №30004698; application date: 21 Feb 199, published 1998 (in Eng.).Бреус Р.В., Дрозд Г.Я. Спосіб утилізації осадів міських стічних вод. Пат. 26095 Україна, МПК СО2F1/52, CO2F1/56, CO4B 26/26. /; заявитель и патентообладатель Україна. Науч.-исслед. инт-т связи. № U200612901; заявл. 06.12.2006; опубл. 10.09.2007. Бюл. № 14.Breus R.V., Drozd G.YA. The method of disposal of municipal wastewater precipitation (Sposіb utilіzatsії osadіv mіs'kih stіchnih vod). Pat. 26095 Ukraїna, MPK SO2F1/52, CO2F1/56, CO4B 26/26; zayavitel' i patentoobladatel' Ukraїna. Nauch.-issled. intt svyazi. № U200612901; zayavl. 06.12.2006; opubl. 10.09.2007. Byul. № 14 (in Ukr.).Сюняев, Х.Х.Технология и экономика почвенного пути утилизации осадков сточных вод с иловых площадок // Естествознание и гуманизм: сборник научных работ / Х.Х. Сюняев, А.А. Слипец, М.В. Тютюнькова; под ред. Н.Н. Ильинских. – Томск: СибГМУ, 2005. – Т. 2. – № 4 – С. 41.Syunyaev H.H., Slipets A.A., Tyutyun'kova M.V. The technology and Economics of soil path of recycling of wastewater sludge from the sludge sites (Tekhnologiya i ekonomika pochvennogo puti utilizatsii osadkov stochnyh vod s ilovyh ploshchadok). Estestvoznanie i gumanizm : sbornik nauchnyh rabot; Ed. N.N. Il'inskih. Tomsk: SibGMU Publ., 2005;4(2):41. (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.