CC BY
7
УДК 631.824:658.567.1
Мискичекова З.К., Кручинина Н.Е., Азопков С.В., Гавва М.А.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ФИЛЬТРАТОВ ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ
Мискичекова Зоя Константиновна, студентка 1 курса магистратуры кафедры промышленной экологии, zk.miskichekova@gmail.com;
Кручинина Наталия Евгеньевна - д.т.н., зав. каф. промышленной экологии, krutch@muctr.ru; Азопков Сергей Валерьевич - аспирант кафедры промышленной экологии, sergej.azopkov@mail.ru; Гавва Мария Алексеевна - студентка 3 курса кафедры промышленной экологии, mariagavva@gmail.com. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Ежегодный рост объема твердых коммунальных отходов представляет собой огромную проблему. К сожалению, в настоящее время большая их часть размешаются на постоянное хранение на полигоны, которые могут оказывать существенное негативное воздействие на окружающую среду. Одним из опаснейших продуктов жизненного цикла полигона является высокотоксичный жидкий фильтрат. В работе проведена оценка возможности применения метода коагуляции для предочистки фильтратов полигонов твердых коммунальных отходов Изучено влияние добавки соединений титана на эффективность очистки. Проведена оценка эффективности совместной обработки пары коагулянт/флокулянт.
Ключевые слова: коагуляция, флокуляция, фильтрат полигонов твердых коммунальных отходов, очистка воды
PHYSICO-CHEMICAL PURIFICATION OF SOLID WASTE LANDFILL FILTRATES
Miskichekova Z.K.,, Kruchinina N.E., Azopkov S.V., Gavva M.A. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The annual increase in the volume of municipal solid waste is a huge problem. Unfortunately, at present most of them are placed for permanent storage in landfills, which can have a significant negative impact on the environment. One of the most dangerous products of the landfill's life cycle is a highly toxic liquid filtrate. The paper assesses the possibility of using the coagulation method for pretreating leachate from solid municipal waste landfills. The effect of adding titanium compounds on the purification efficiency is studied. Evaluation of the efficiency of joint treatment of the coagulant /flocculantpair was carried out.
Key words: coagulation, flocculation, filtrate of municipal solid waste landfills, water purification
Введение
Интенсивная хозяйственная деятельность человека и непрерывный рост городов приводят к образованию огромного количества твердых коммунальных отходов (ТКО), существенно различающихся по своему фракционному и химическому составу. Данная проблема особенно характерна для крупных промышленных центров, в которых сосредоточена большая часть населения, а также объекты промышленности и ЖКХ. Так в результате жизнедеятельности человека несмотря на распространение идеи раздельного сбора мусора и увеличения доли переработки отходов, объем ежегодно образуемых и размещаемых на постоянное хранение ТКО в России достигает 70 млн. тонн.
Несмотря на серьезные достижения в процессе сортировки, термической утилизации и обезвреживания отходов (мусоросжигательные заводы), наиболее распространенным методом обращения с ТКО в России является их размещение на площадках открытого хранения (полигонах). Полигоны ТКО представляют из себя сложное техническое сооружение и являются источниками длительного негативного воздействия на окружающую среду и останутся таковыми еще на долгие годы после их рекультивации.
Различные физико-химические и биологические процессы, происходящие в слоях отходов, приводят к образованию высокоопасных фильтратов, имеющих способность мигрировать за пределы санитарно-защитной зоны полигона в объекты окружающей природной среды, в связи с чем происходит загрязнение почвы и природных вод [1]. На состав фильтрата могут оказывать влияние как климатические условия (дождь, температура), состав размещаемых отходов и даже фаза жизненного цикла полигона (ацетогенез/метаногенез).
Состав образующихся фильтратов разнообразен и включает в себя множество загрязняющих компонентов: тяжелые металлы,
галогенпроизводные, биологически окисляемые органические вещества, различные соединения азота, растворители, соли и многое другое [2-5]. Примерный состав фильтратов представлен в таблице 1 [6, 7].
Обезвредить подобные жидкие отходы гораздо труднее, чем канализационные стоки ввиду крайне высоких значений показателя химического потребления кислорода (ХПК), наличия в составе высоких концентраций тяжелых металлов и токсичных веществ, а также непостоянного объема.
Таблица 1. Примерный состав фильтратов
полигонов ТКО
Компонент Содержание, мг/л
Железо 200 - 1 700
Цинк 1 - 135
Фосфор 5 - 130
Сера 25 - 500
Хлор 100 - 2 400
Натрий 100 - 3 800
Азот 20 - 500
Никель 0,01 - 0,08
Медь 0,1 - 9
Жесткость 200 - 5 250
ХПК 100 - 51 000
Экспериментальная часть
Стандартная схема предочистки фильтрата ТКО перед подачей на доочистку на систему обратного осмоса включает в себя физико-химическую обработку (коагуляция/флокуляция) [8]. Для очистки фильтрата ТКО обычно применяю коагулянты на основе солей алюминия, так как соли железа могут образовывать комплексы с органическими
кислотами, полностью ингибируя процесс очистки, дополнительно увеличивая содержание железа в воде. Согласно данным научных работ [9, 10], коагулянты на основе соединений алюминия имеют высокую коагулирующую способность. В последние годы все чаще стала появляться информация о высокой эффективности титансодержащих коагулянтов в процессах очистки сточных вод различного происхождения [11-13].
Основной целью данной работы является оценка возможности реагентной очистки фильтрата ТКО с использованием инновационных комплексных титансодержащих коагулянтов.
Подбор и оптимизацию расхода реагентов проводили на лабораторной установке VELP JLT 4. Время быстрого смешения 2 минуты, хлопьеобразование - 8 минут, седиментация - 20 минут. Определение содержания взвешенных веществ проводили фотометрическим методом.
На первом этапе исследований была определена эффективная доза оксихлорида алюминия, в качестве реагента использовался Аква-Аурат-30. Зависимость степени очистки фильтрата от взвешенных веществ от дозы коагулянта представлена в таблице 2.
Таблица 2. Зависимость эффективности очистки фильтрата от дозы коагулянта
Доза коагулянта , мг/л 50 100 150 200 250 300 350 400
Эффективность, % 12,5 35,67 52,3 77,3 72,7 68,0 69,6 92,4
По результатам, приведенным в таблице 2, был сделан вывод, что оптимальная доза оксихлорида алюминия составляет 400 мг/л.
На следующем этапе экспериментов была проведена оценка влияния добавки соединений титана на эффективность очистки. К постоянной дозе оксихлорида алюминия (350 мг/л) вводили различные добавки ТЮ4. Полученные в результате экспериментов данные представлены в таблице 3.
Таблица 3. Влияние добавки соединений титана на эффективность очистки фильтрата ТКО
Доза по ТЮ2, мг/л 0 4,2 8,3 12,6 16,8
Эффективность, % 69,6 70,6 71,1 73,4 73,6
Из данных таблицы 3 видно, что суммарная эффективность очистки по взвешенным веществам увеличилась примерно на 4 %, при этом доза оксихлорида была снижена приблизительно на 15 %. Кроме того, визуально было замечено, что образующиеся в случае использования добавки тетрахлорида титана хлопья отличались высокой скоростью седиментации и фильтрации, а коагуляционный шлам был более плотным.
На втором этапе экспериментов были получены зависимости эффективности очистки фильтрата от взвешенных веществ в зависимости от типа и дозы применяемых флокулянтов. В качестве флокулянтов использовались Praestol 650BC (катионный), Magnafloc 155 (анионный) и Бе8Йос К4000
(неионогенный). Результаты экспериментов представлены на рисунке 1.
Доза, мг/л
Рис. 1. Зависимость эффективности очистки фильтратов ТКО от дозы применяемых флокулянтов
Из данных на рисунке 1 видно, что вне зависимости от типа применяемого реагента добавка флокулянта не дает существенного увеличения эффективности очистки, однако в значительной мере интенсифицирует процесс седиментации осадка.
Заключение
В результате проведенного эксперимента получены данные об эффективности коагуляционной очистки фильтрата полигона ТКО с помощью оксихлорида алюминия, определена его эффективная доза (400 мг/л). Установлено, что добавление тетрахлорида титана и флокулянтов различного типа
не оказывают существенного влияния на эффективность очистки, однако, позволяет значительно интенсифицировать процесс
седиментации и фильтрации образующегося осадка.
Список литературы
1. Потапов, П.А. Методика локализации и обработки фильтрата захоронения твердых бытовых отходов/ П. А. Потапов, Е. И. Пупырев, А. Д. Потапов.
- Москва: Ассоциации строительных вузов, 2004. -168 с.
2. СП 2.1.7.1038-01 Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов. - Взамен СанПиН 2.1.7.722-98; введ. с 30.05.2001. - Москва, 2001. - 12 с.
3. Вайсман Я. И., Коротаев В. Н., Глушанкова И. С., Максимова С. В. Управление отходами. Сточные воды и биогаз полигонов захоронения твёрдых бытовых отходов: монография/. - Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2012. - 258 с.
4. Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов/ Министерство строительства РФ, академия коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова. - Введ. с 10.06.1996.
- Москва, 1996.
5. Родионов, А.И. Техника защиты окружающей среды/ А. И. Родионов, В. П. Клушин, Н. С. Торочешников. - Москва: Химия, 1989, - 512 с.
6. Методические указания по разработке нормативов предельно допустимых сбросов вредных веществ в поверхностные водные объекты. - Введ. с 26.02.1999. Москва, 1999. -14 с.
7. Экологическая биотехнология/ Под ред. К. Ф. Форстера и Д. А. Дж. Вейза. - Ленинград: Химия, 1990. - 383 с.
8. Милютина, Н. О. Анализ методов очистки фильтрата полигонов твердых коммунальных отходов/ Н. О. Милютина, Н. А. Политаева, П. С. Зеленковский и др.// Вестник евразийской науки. 2020. - №3. Т. 12. С. 11.
9. Воробьева, А. С. Современные реагенты для очистки воды/ А. С. Воробьева, С. А, Колупаев// Поколение будущего: Взгляд молодых ученых. -Курск, 10 - 11 ноября, 2016. - С. 103 - 106.
10. Гандурина, Л. В. Будыкина Т. А. Сравнение эффективности алюмосодержащих коагулянтов для очистки воды от взвешенных и растворенных загрязнений/ // Вода: Химия и экология, 2011. №1. С. 39 - 43.
11. Kuzin E. N., Kruchinina N. E., Gromovykh P.S., TyaglovaYa. V. Coagulants in the Processes of Waste Water Treatment in Dairy Complex Industry // Chemistry for sustainable development. 2020. V. 28. P 388 -393. DOI: 10.15372/CSD2020244.
12. Кузин Е. Н., Кручинина Н. Е. Оценка эффективности использования комплексных титансодержащих коагулянтов в процессах очистки сточных вод машиностроительного производства // Изв. вузов. Химия и хим. технология. - 2019. Т. 62. Вып. 10 С. 140 - 146.
13. Кузин Е.Н., Аверина Ю. М., Курбатов А. Ю, Сахаров П. А, Очистка сточных вод гальванического производства с использованием комплексных коагулянтов-восстановителей // Цветные металлы. -Москва, 2019. - №10. - С.91-96.
