Александр Анатольевич Белов, доктор технических наук, главный научный сотрудник
Москва
Alexander A. Belov, Dr.Sc.(Eng.), chief researcher
Moscow
Дмитрий Александрович Ковалев, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник
Москва
Dmitry A. Kovalev, Ph.D.(Eng.), leading researcher
Moscow
Алексей Семенович Дорохов, доктор технических наук, академик Российской академии наук, главный научный сотрудник
Москва
Alexey S. Dorokhov, Dr.Sc.(Eng.), member of the Russian Academy of Sciences, chief researcher
Moscow
Дмитрий Юрьевич Павкин, кандидат технических наук, старший научный сотрудник
Москва
Dmitry Yu. Pavkin, Ph.D.(Eng.), senior researcher
Moscow
Мария Юрьевна Карелина, доктор технических наук, профессор
Москва
Maria Yu. Karelina, Dr.Sc.(Eng.), professor
Moscow
Андрей Александрович Ковалев, доктор технических наук, главный научный сотрудник
Москва
Andrey A. Kovalev, Dr.Sc.(Eng.), chief researcher
Moscow
Интеграция в производственные цепочки животноводческих предприятий технологии анаэробного сбраживания сталкивается с проблемой утилизации органогенных сточных вод (эффлюента). Существующие способы утилизации могут сопровождаться побочными выбросами нежелательных веществ, что требует значительных затрат на материалы и оборудование. Альтернативной технологией ограничения выбросов является обработка стока плазмой, при которой возникает ряд нерешенных проблем. (Цель исследования) Изучение влияния плазмы разрядов на эффлюент. (Материалы и методы) Использовалась лабораторная установка с гибридной плазмой надводных коронных и подводных искровых разрядов. В качестве субстрата использовался мезофильный эффлюент свиноводческого предприятия. (Результаты и обсуждение) Применение гибридной плазмы приводило к снижению водородного показателя с 9 до 6, увеличению электропроводности с 1 до 2 миллисименсов на сантиметр и окислительно-восстановительного потенциала с 300 до 600 милливольт, что коррелировало со смягчающим выбросы газов эффектом. Наблюдалась прямая корреляция между снижением водородного показателя и повышением содержания нитратов с 0 до 600 миллиграммов на литр, что связано с их стабильностью и низкой реакционной активностью. Обратная взаимосвязь изменения показателя кислотности и двуокиси азота обусловлена ее участием в реакциях с кислородом с образованием пероксинитрита. Увеличение окислительно-восстановительного потенциала смещает химическое равновесие аммиак-аммоний в нелетучую форму, что приводит к снижению выбросов аммиака в окружающий воздух. Искровые разряды оказывали малое влияние на эффлюент, однако в составе гибридной плазмы их вклад был более значимым как в изменении электрохимических свойств (3-20 процентов), так и в приросте активных форм кислорода и азота на 7-9 процентов в сравнении с коронными разрядами. (Выводы) Повышенная экологичность, отсутствие образования побочных вредных химических соединений, сокращение выбросов газов, предотвращение пенообразования, масштабируемость являются преимуществами обработки гибридной плазмой разрядов в сравнении с существующими способами утилизации сточных вод.
The integration of anaerobic digestion technology into the production chains of livestock enterprises is associated with the challenge of managing organic wastewater (effluent). Existing disposal methods can generate by-product emissions and require substantial material and equipment costs. Plasma treatment of effluent represents a promising alternative technology for reducing such emissions, although several issues remain unresolved. (Research purpose) The study aimed to investigate the effect of discharge plasma on effluent. (Materials and methods) A laboratory setup generating hybrid plasma produced by above-water corona discharges and underwater spark discharges was used. Mesophilic effluent obtained from a pig-breeding enterprise was used as the substrate. (Results and discussion) The use of hybrid plasma resulted in a decrease in the potential of hydrogen from 9 to 6 and an increase in electrical conductivity from 1 to 2 millisiemens per centimeter, while the oxidation–reduction potential rose from 300 to 600 millivolts. These changes correlated with a reduction in gas emissions. A direct correlation was observed between the decrease in the potential of hydrogen and the increase in nitrate concentration from 0 to 600 milligrams per liter, which is associated with nitrate stability and low reactivity. The inverse relationship between acidity changes and nitrogen dioxide content is explained by its participation in reactions with oxygen to produce peroxynitrite. The increase in oxidation-reduction potential shifts the ammonia-ammonium chemical equilibrium toward a non-volatile form, thereby reducing ammonia emissions into the ambient air. When used separately, spark discharges had only a limited effect on the effluent; however, as part of the hybrid plasma system, their contribution was more pronounced, both in changing the electrochemical properties by 3–20 percent, and in increasing the concentration of reactive oxygen and nitrogen species by 7–9 percent compared with corona discharges. (Conclusions) Improved environmental safety, the absence of harmful chemical by-products, reduced gas emissions, foam prevention, and scalability are the main advantages of treatment with hybrid discharge plasma compared with existing wastewater disposal methods.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.