СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЛЕТУЧИХ ДУРНОПАХНУЩИХ СОЕДИНЕНИЙ В ВОЗДУХЕ ОТ ИЛОВЫХ ПЛОЩАДОК Российский патент 2024 года по МПК G01N1/24 G01N1/28 

Область технического решения

Техническое решение относится к хозяйственно-бытовым исследованиям, в частности к анализу осадков сточных вод (ОСВ) путем определения их химических или физических свойств.

Уровень технического решения

Известно, что присутствие дурнопахнущих веществ в газовых выбросах обусловлено биологическим разложением органических соединений и соединений на основе азота и серы в зависимости от условий процесса обработки и хранения иловых осадков, что дает характерный неприятный запах от иловых площадок на сооружениях очистки сточных вод.

Известен способ инструментального контроля загрязняющих веществ на источниках выбросов, поступающих в атмосферу в процессе механической и биологической очистки сточных вод [1], включающий перечень загрязняющих веществ, подлежащих контролю при выбросах в атмосферу. Контролируются вентиляционные выбросы и дымовые газы котельной – организованные источники. Инструментальному контролю на источниках выбросов (открытых, организованных и неорганизованных) подлежат загрязняющие вещества, поступающие в атмосферу в процессе механической и биологической очистки сточных вод. Приводится пример перечня на примере крупных очистных сооружениях г. Санкт-Петербурга: дигидросульфид, аммиак, гидроксибензол (фенол), формальдегид, смесь природных меркаптанов.

Недостатком указанного способа является его ограниченность и не информативность применительно к специфическим загрязнениям воздуха, характерных для сооружений очистки сточных вод, отсутствие анализа определения выбросов от открытых поверхностей сооружений очистки сточных вод.

Известен способ организации и проведения наблюдений за загрязнением атмосферы с учетом источников выбросов [2], включающий выбор мест наблюдений, проведение измерений. Установлен анализ качества воздуха населенных пунктов и размещения точек отбора проб воздуха, время наблюдений, перечень веществ, подлежащих контролю и продолжительность отбора проб.

Недостатком указанного способа является его ограничения по проведению работ: проведение измерений при определенных температурах атмосферного воздуха, направлении ветра, отсутствие программы определения выбросов (перечня загрязняющих веществ) подлежащих контролю от открытых поверхностей сооружений очистки сточных вод.

Известен способ определения летучих органических соединений- ароматических углеводородов в самих осадках сточных вод, основанный на выделении летучих органических соединений из пробы при нагревании с последующим газохроматографическим анализом равновесной паровой фазы [3]. Недостатком указанного способа является ограничение на его применение – он проводится только для определения загрязняющих соединений в матрице и не позволяет оценить их эмиссию (выброс) в атмосферный воздух, изменения количественного и качественного состава выброса от времени хранения осадка.

Также известен способ определения фенола и фенолпроизводных в осадках сточных вод - измерения выполняют методом газовой хроматографии с использованием масс-спектрометрического детектора после извлечения водным раствором щелочи, дериватизации уксусным ангидридом и экстракции определяемых веществ из твердых объектов гексаном и последующего концентрирования экстракта [4]. Недостатком указанного способа является ограничение на его применение – измерения фенола и фенолопроизводных осуществляют в экстракте из осадка, что также не позволяет оценить их выброс в атмосферный воздух и процессы связанные с динамикой выделения конкретных химических веществ.

Известен взятый за прототип, способ проведения инструментальных измерений содержания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе вблизи неорганизованных источников станций аэрации сточных вод [5], включающий инструментальные измерения в воздухе вблизи приводной поверхности сооружений очистки сточных вод. Отбираются пробы и измеряются следующие загрязняющие вещества: метан, аммиак, сероводород, смесь природных меркаптанов в пересчете на этилметилмеркаптан, метилмеркаптан, фенол, формальдегид, углеводороды С₆-С₁₀, углеводороды С₁₂-С₁₉, азота диоксид, азота оксид. Перед проведением экспериментальных работ осуществляют предварительную подготовку, измерения и отбор проб воздуха проводятся в теплый сезон года в точках как можно ближе к водной поверхности и к центру сооружения.

Недостатком указанного способа является его технологическая сложность отбора проб атмосферного воздуха над водной поверхностью и вблизи сооружений очистки сточных вод, а также его ограничения по проведению работ: проведение измерений при определенных температурах атмосферного воздуха, воды, направлении ветра, мощности сброса загрязненных сточных вод в сооружение, необходимость проведения дополнительных серий измерений, не обозначен временной промежуток, в который надо проводить замеры после поступления обработанных осадков на иловые поля. Нет уточнений по качественному составу ЗВ в зависимости от времени хранения (биоразложения, биотрансформации) осадков.

Технической задачей является расширение функциональных возможностей известного способа – определение в лабораторных условиях эмиссии дурнопахнущих летучих загрязняющих соединений в воздух испытательной камеры от осадков сточных вод.

Раскрытие сущности технического решения

Техническое решение вышеприведенной задачи заключается в разработке способа определения содержания летучих дурнопахнущих соединений в атмосферном воздухе от иловых площадок с целью расчета их выбросов на сооружениях очистки сточных вод, включающий: отбор проб воздуха и измерения химических веществ и отличающийся тем, что осуществляется помещение образцов, таких как осадков сточных вод, поступающих на иловые поля или прошедших обработку на станции очистки сточных вод в экспериментальную установку – климатическую камеру, оснащенную аспирационной системой для отбора проб воздуха и с поддержанием в ней на заданном уровне необходимых условий: температура 200С, влажность 65 % и атмосферное давление 760 мм. рт. ст., при этом эксперимент длится не менее 15 суток, в течении которых проводят отбор проб воздуха испытательной камеры не менее 4 раз. Указанное техническое решение обеспечивает создание воздушной среды с качественными и количественными характеристиками химического загрязнения, характерных для соответствующих реальных условий при эксплуатации иловых площадок на сооружениях очистки сточных вод.

Возможен вариант технического решения, где экспериментальная установка – это климатическая камера или система камер. Указанное техническое решение обеспечивает создание и поддержание на заданном уровне необходимых условий: температуры, влажности, атмосферного давления, воздухообмена.

Возможен вариант технического решения, где эксперимент проводится в двух режимах: статическом и динамическом. Указанное техническое решение обеспечивает установление необходимых условий: температуры, влажности, атмосферного давления.

Возможен вариант технического решения, где эксперимент в динамическом режиме проводится с кратностью воздухообмена системы 1,2 раза в час. Указанное техническое решение обеспечивает характерную для натурных условий кратность воздухообмена.

Возможен вариант технического решения, где химические вещества - это метилмеркаптан, диметилдисульфид, диметилсульфид, сероводород, ацетальдегид, бутанальдегид, уксусная кислота, толуол. Указанное техническое решение обеспечивает определение летучих дурнопахнущих соединений от иловых площадок на сооружениях очистки сточных вод.

Осуществления технического решения

После перемешивания образец осадка помещают в стеклянный лоток (или другую посуду из инертных материалов) в количестве от 1 до 5 кг с высотой осадка от 10 до 15 см и устанавливают в испытательную камеру. Исследования ОСВ проводят при температуре 20⁰С (20-23⁰С), влажности 65 % (63 - 65 %), давлении 760 мм. рт. ст. (760-767 мм. рт. ст.). Благодаря моделированию в климатической камере условий окружающей среды теплого периода года, приведенных к стандартным (нормальным), создается воздушная среда с качественными и количественными характеристиками химического загрязнения воздушной среды от ОСВ.

Исследования ОСВ в течение первых 2-х суток проводят в статическом режиме (без вентилирования камеры) для установления в климатической камере необходимых условий. Далее проводят исследования в динамическом режиме, с данной целью устанавливают параметры воздухообмена в климатической камере с кратностью 1,2 раза в час. Отбор проб воздуха испытательной камеры проводят с помощью аспирационной системы на выходе из установки через 2-е суток с момента установления моделируемых условий и затем на 5, 10, 15 сутки от начала эксперимента. Определение летучих загрязняющих соединений в воздухе проводят доступными в лаборатории методами определения. Полученные концентрации ЗВ (мг/кг образца) используют для расчета выбросов дурнопахнущих веществ от иловых площадок на сооружениях очистки сточных вод.

Реализация технического решения поясняется на примерах:

Исследование эмиссии газообразных химических соединений из ОСВ выполнено в санитарно-гигиенической лаборатории Испытательного лабораторного центра ФБУН «Северо-Западный научный центр гигиены и общественного здоровья» в моделированных условиях. Создание моделированных условий осуществлялось при помощи экспериментальной установки - климатической камеры ККТВ-0,5; данная система обеспечивала создание и поддержание необходимых условий на заданном уровне. Изучение выделения летучих дурнопахнущих веществ из ОСВ проводилось на примере канализационных очистных сооружений г. Зеленогорска. Образец ОСВ с очистных сооружений, после процесса его механической и биологической очистки, перед его поступлением на иловые поля, был отобран и доставлен в санитарно-гигиеническую лабораторию. В лаборатории образец перемешали и гомогенный ОСВ в количестве 1 кг поместили в стеклянный лоток 20х30 см с высотой бортика 10 см и расположили в нижней части климатической камеры ККТВ-0,5 при заданных метеорологических условиях. Исследование образца проводили при нормальной температуре 20⁰С, влажности 65 %, атмосферном давлении 760 мм. рт. ст. в двух режимах: статическом и динамическом. Статический режим включал в себя экспозицию образцов осадков при заданных метеорологических условиях без воздухообмена в течение 2-х суток, необходимых для установления динамического равновесия в системе. В статическом режиме происходило накопление газообразных выделений, по истечении которого был проведен отбор воздушных проб на выходе из камеры. Далее образцы исследовались в условиях динамического режима с кратностью воздухообмена системы 1,2 раза в час. Во время экспериментальных испытаний контролировалась температура и скорость входного воздушного потока. Отбор газообразных компонентов в условиях динамического режима проводился на выходе из установки на 5-е, 11-е, 15-е сутки эксперимента. По результатам проведенных химических анализов были обнаружены летучие органические соединения, относящиеся к классам спиртов, кетонов, альдегидов, терпенов, серосодержащих, хлорорганических, ароматических, азотсодержащих, бициклических соединений, концентрации которых были использованы в целях расчета их выбросов в атмосферный воздух от иловой площадки г. Зеленогорска.

Заявленное техническое решение обеспечивает определение в лабораторных условиях дурнопахнущих веществ в воздухе из ОСВ в определенных условиях окружающей среды теплого периода года, приведенных к стандартным.

Источники информации:

1. ИТС 22.1 – 2016 Общие принципы производственного экологического контроля и его метрологического обеспечения. Москва. Бюро НДТ. 2016.

2. РД 52.04.186-89 «Руководство по контролю загрязнения атмосферы», Москва 1991.

3. ПНД Ф 16.1:2.2:2.3:3.79-2013 «МВИ массовых долей ароматических углеводородов в почвах, донных отложениях, осадках сточных вод и отходах производства и потребления газохроматографическим методом с масс-спектрометрическим детектированием».

4. ПНД Ф 16.1:2.2:2.3:3.60-09 «МВИ фенола и фенолпроизводных в почвах, донных отложениях, осадках сточных вод и отходах производства и потребления».

5. Методические рекомендации по расчёту выбросов загрязняющих веществ в

атмосферный воздух от неорганизованных источников станций аэрации сточных вод. С.Э. Левен. СПб., 2015.

Изобретение относится к хозяйственно-бытовым исследованиям. Раскрыт способ определения содержания летучих дурнопахнущих соединений в атмосферный воздух от иловых площадок с целью расчета их выбросов на сооружениях очистки сточных вод, включающий отбор проб и измерения химических веществ. При этом осуществляется помещение образцов осадков сточных вод, поступающих на иловые поля или прошедших обработку на станции очистки сточных вод, в климатическую камеру или в систему камер, оснащенных аспирационной системой для отбора проб воздуха, и с поддержанием в ней на заданном уровне необходимых условий: температура 200С, влажность 65 % и атмосферное давление 760 мм. рт. ст., при этом эксперимент длится не менее 15 суток, в течение которых проводят отбор проб воздуха испытательной камеры не менее 4 раз. Изобретение обеспечивает определение в лабораторных условиях эмиссии дурнопахнущих летучих загрязняющих соединений в воздухе испытательной камеры от осадков сточных вод. 3 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ определения содержания летучих дурнопахнущих соединений в атмосферный воздух от иловых площадок с целью расчета их выбросов на сооружениях очистки сточных вод, включающий отбор проб и измерения химических веществ и отличающийся тем, что осуществляется помещение образцов осадков сточных вод, поступающих на иловые поля или прошедших обработку на станции очистки сточных вод, в климатическую камеру или в систему камер, оснащенных аспирационной системой для отбора проб воздуха, и с поддержанием в ней на заданном уровне необходимых условий: температура 20°С, влажность 65 % и атмосферное давление 760 мм. рт. ст., при этом эксперимент длится не менее 15 суток, в течение которых проводят отбор проб воздуха испытательной камеры не менее 4 раз.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эксперимент проводится в двух режимах: статическом и динамическом.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что химические вещества - это метан, аммиак, сероводород, смесь природных меркаптанов в пересчете на этилметилмеркаптан, метилмеркаптан, фенол, формальдегид, углеводороды С6-С10, углеводороды С12-С19, азота диоксид, азота оксид.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что эксперимент в динамическом режиме проводится с кратностью воздухообмена системы 1,2 раза в час.