CC BY
5
УДК 628.4.03
Гавва М. А., Кузин Е. Н.
СРАВНЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСНЫХ И ТРАДИЦИОННЫХ КОАГУЛЯНТОВ В ПРОЦЕССЕ ОЧИСТКИ ФИЛЬТРАТА ПОЛИГОНА ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ
Гавва Мария Алексеевна - бакалавр 4-го года обучения факультета биотехнологии и промышленной экологии; mariagavva@gmail.com.
Кузин Евгений Николаевич - к.т.н., доцент каф. промышленной экологии
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева»,
Россия, Москва, 125480, ул. Героев Панфиловцев, дом 20.
В статье рассмотрены возможности использования комплексных титансодержащих коагулянтов в процессах предварительной очистки фильтрационных вод полигона твердых коммунальных отходов. Проведены оценка эффективности сульфата алюминия и оксихлорида алюминия в сравнении с комплексными коагулянтами на основе тетрахлорида титана. Доказано, что эффективность комплексных титансодержащих коагулянтов превосходит традиционные реагенты.
Ключевые слова: коагуляция, флокуляция, комплексные титансодержащие коагулянты, фильтрат полигона твердых коммунальных отходов, очистка сточных вод
COMPARISON OF THE EFFICIENCY OF COMPLEX AND TRADITIONAL COAGULANTS IN THE PROCESS OF WATER TREATMENT OF THE MUNICIPAL LANDFILL LEACHATE
Gavva M. A., Kuzin E. N.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article considers the possibilities of using complex titanium-containing coagulants in the processes ofpreliminary
treatment of leachate of a municipal solid waste landfill. The effectiveness of aluminum sulfate and aluminum
oxychloride was compared with the efficiency of complex coagulants based on titanium tetrachloride. It has been
proven that the effectiveness of complex titanium-containing coagulants exceeds traditional reagents.
Key words: coagulation, flocculation, titanium-containing complex coagulants, landfill leachate, wastewater
treatment.
Введение
Сфера обращения с твердыми коммунальными отходами (далее по тексту - ТКО) требует особого внимания по многим причинам. Постоянный рост населения и образование городских агломераций приводит к тому, что количество отходов неуклонно возрастает, вследствие чего возникает потребность в оптимизации уже существующих методов обращения с ними. Своевременное удаление отходов предоставляет возможность сохранения санитарных норм, соблюдение которых необходимо для обеспечения безопасности населения, устранения угрозы распространения болезней и инфекций [1]. Для минимизации объемов образования отходов существуют различные методы раздельного сбора ТКО с последующей утилизацией. Несмотря на прогрессивность и популярность этих методов, значительные массы ТКО размещаются на полигонах [2].
В период эксплуатации и после вывода из нее на полигоне ТКО непрерывно образуются фильтрационные воды (фильтрат ТКО) в теплое время за счет осадков в виде дождя, в холодное время за счет таяния снежных масс [3].
Фильтрат ТКО - жидкий отход, загрязненный водорастворимыми веществами, которые содержатся в отходах [4].
Фильтрат ТКО имеет состав, зависящий от множества факторов: от состава отходов, их объема, возраста полигона ТКО, климатических и
гидрогеологических условий. В состав могут входить тяжелые металлы, органические, неорганические соединения, ПАВ, нефтепродукты, ввиду чего для фильтрата ТКО характерны высокие показатели ХПК и БПК [5].
В некоторых исследованиях отмечается, что уровень загрязнения фильтрата ТКО может превышать в 5-20 раз показатели, которыми характеризуются бытовые сточные воды [6].
Самые большие объемы фильтрата ТКО образуются при полностью заполненном отходами полигоне в период перед рекультивацией [7].
Вышеперечисленные параметры фильтрата ТКО способствуют усложнению процесса очистки. Тем не менее, очистка фильтрата на локальных очистных станциях необходима - показатели сточных вод фильтрата ТКО сильно превышают нормативы, по которым допустим сброс в городские системы отведения. За счет биогенных элементов, представленных в основном в виде соединений аммонийного азота, попадание фильтрата ТКО в водные объекты может вызывать процесс эвтрофикации [8].
Основным и наиболее распространенным методом предварительной очистки фильтрата является коагуляция. Коагуляционная очистка эффективна при размере частиц до 100 мкм [9]. В качестве коагулянтов традиционно используются соли алюминия (сульфат алюминия и оксихлорид алюминия) и железа (хлорид железа (III)). Среди
инновационных коагулянтов набирают популярность коагулянты на основе титана [10], а также комплексные алюмокремниевые флокулянты-коагулянты[11]
Использование комплексных титансодержащих коагулянтов позволяет увеличить диапазон рН коагуляции [12], что является важным преимуществом для очистки фильтрационных вод, так как рН фильтрата не постоянен во времени и имеет свойство изменяться в течение года.
Помимо прочих достоинств коагулянтов на основе титана в связи с развитием и ростом титановой промышленности их стоимость постепенно приближается к стоимости обычных коагулянтов. Не менее важным фактором является низкая токсичность соединений титана [13], а также более мягкий по сравнению с алюминием норматив ПДК.
Целью проведенной работы является сравнение эффективности использования различных коагулянтов на основе солей алюминия и комплексных титансодержащих коагулянтов в процессах предварительной очистки фильтрата ТКО.
Экспериментальная часть
Объектом исследования являлся фильтрат полигона ТКО «Саларьево», предварительно разбавленный в 5 раз.
Разбавленный фильтрат в объеме 250 мл обрабатывали разными дозами коагулянтов. Коагуляцию проводили на флокуляторе VELP JLT 4; быстрое перемешивание (150 об/мин) - 2 минуты, стадия образования хлопьев (10 об/мин) - 8 минут, отстаивание в течение 20 минут. Пробы жидкости анализировали на содержание взвешенных веществ фотометрическим способом на КФК-3-01. Коррекцию рН проводили раствором 10%-ого КаОИ. Подбор максимально эффективных доз коагулянта определяли по эффективности очистки от взвешенных веществ.
Параметры используемого в экспериментах фильтрата:
• Содержание взвешенных веществ - 124,5 мг/л
• рН - 6,45 - 6,85
Эффективность очистки традиционными алюмосодержащими коагулянтами представлена на графике рис. 1.
Исходя из экспериментальных данных (рис. 1), эффективная доза сульфата алюминия составляет 100 мг/л, а оксихлорида алюминия составила 400 мг/л. Максимальная эффективность очистки составила 97 % для сульфата алюминия и 92,4 % для оксихлорида алюминия.
Для определения доз комплексного коагулянта (далее по тексту - КК) значение дозы алюмосодержащего коагулянта уменьшали вдвое (для СА - 50 мг/л, для ОХА - 200 мг/л), а далее в систему вводили тетрахлорид титана до достижения наилучших показателей очистки.
Эффективность очистки алюмосодержащими
коагулянтами \
100 ■ ■ , ■ /ш
^ 80 ^ у
| 40 \
5 20 /
4 о 200 400
а
¡т, Доза коагулянта, мг/л
Рис. 1. Эффективность очистки традиционными алюмосодержащими коагулянтами.
1 - сульфат алюминия, 2 - оксихлорид алюминия.
Результаты эксперимента представлены в таблицах 1 и 2. Рисунки 2 и 3 отображают зависимость эффективности очистки от отношения дозы ^04 к дозе основного алюмосодержащего реагента, в %.
Таблица 1. Эффективность очистки
комплексным коагулянтом (ОХА+ ЖЛ 4), %
Доза коагулянта ТЮ4, % от основного коагулянта 0 0,5 0,95 1,4 2,85 4,3
КК (ОХА+ ТЮО 51 96,8 98,5 97 96 98
Таблица 2. Эффективность очистки комплексным коагулянтом(СА+ Т1СЬ), %
Доза коагулянта
ТЮ4, % от 0 1,9 3,8 5,7 11,4 17,2
основного
коагулянта
КК (СА+ ТЮО 88 95,5 96 97 97,6 98
Эффективность КК (ОХА+ ТлС14),
%
100
£ • -•---*
90 /
И /
о 80 /
и и /
В 70
и /
-е- 00 50 1 /.......................................................................................................
■е-т (.........................................................................................................
0 12 3 4
Отношение дозы Т1С14 к ОХА, %
масс
Рис. 2. Эффективность КК ОХА + Т1Си, %
Рис. 3. Эффективность КК СА + Т1СЬ, %
Как следует из представленных в таблицах 1 и 2 данных, максимальное увеличение степени очистки достигается уже при малых добавках модифицирующей добавки соединений титана, при этом доза основного коагулянта может быть снижена в 2 раза от дозы базового (традиционного) коагулянта. Эффективной дозой добавки 'ПСЬ для оксихлорида алюминия является 1,9 мг/л с отношением к основному коагулянту ~1 %, для сульфата алюминия 1,9 мг/л с отношением к основному коагулянту 3,8%. Увеличение эффективности очистки оксихлорида алюминия при дозе 200 мг/л с добавкой тетрахлорида титана в возросло более, чем на 40%. Эффективность сульфата алюминия при дозе 50 мг/л с добавкой тетрахлорида титана в количестве 1,9 мг/л возросла на 8 %.
Повышенная эффективность коагулянтов в присутствии титансодержащей добавки обусловлена процессами поликонденсации соединений титана, а также процессами зародышеобразования на поверхности отрицательно заряженных продуктов гидролиза соединений титана.
Заключение
Основываясь на полученных экспериментальных данных, можно сделать вывод о высокой эффективности комплексных титансодержащих коагулянтов в процессах очистки фильтрата ТКО. Для принятия решения о целесообразности использования конкретного реагента необходимо проведение комплексной эколого-экономической оценки.
Список литературы
1. Памфилов К. Д. Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов //М.: Министерство строительства РФ, АКХ им. Памфилова. - 1996.
2. Об утверждении комплексной стратегии обращения с твердыми коммунальными (бытовыми)
отходами в Российской Федерации: Министерство природных ресурсов и экологии Российской федерации приказ от 14 августа 2013 года № 298.
3. Сметанин В. И., Стрельников А. К., Пчёлкин В. В. Образование фильтрата на свалках и полигонах ТБО //Природообустройство. - 2014. - №. 3. - С. 2528.
4. СП 320.1325800.2017 СВОД ПРАВИЛ ПОЛИГОНЫ ДЛЯ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ. Проектирование, эксплуатация и рекультивация Polygons for solid communal waste. Projecting, operation and reclamation.
5. Кручинина Н. Е., Кузин Е. Н., Азопков С. В. Использование коагулянтов на основе хлоридов титана и кремния в процессах очистки фильтрата полигона твердых коммунальных отходов // Химическая промышленность сегодня. 2017. № 8. С. 36 - 40.
6. Трифонова Т. А. и др. Проблемы утилизации ТБО на полигонах //Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2013. - Т. 15. -№. 3-2. - С. 685-687.
7. Вострецов С.П. Влияние плотности укладки ТБО на образование фильтрата/ Мат-лы V Междунар.конф. «Сотрудничество для решения проблемы отходов». - Харьков: 2008. - С. 187-190.
8. Витковская С. Е., Шилова Ю. О., Малюхин Д. М. Оценка потенциальной экологической опасности фильтрационных вод полигонов твердых коммунальных отходов Ленинградской области //Агрохимия. - 2019. - №. 1. - С. 1-7.
9. Wang, J. Hazardous waste treatment technologies / J. Wang, Y. Shin, P. Y. Wang // Water environment research . - 2019. - V.91. - №9. - P. 1177-1198.
10. Кручинина Н.Е., Кузин Е. Н., Азопков С. В. Комплексные коагулянты в процессах очистки сточных вод с высоким содержанием нефтепродуктов / Материалы 8-й международной научно-технической конференции Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2018. С. 209210.
11. Кузин Е.Н., Кручинина Н. Е. Получение отвержденных форм алюмокремниевого коагулянта и их использование в процессах водоочистки и водоподготовки. Цветные металлы. 2016. № 10. С. 813.
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. Wu Y. F. et al. A study of titanium sulfate flocculation for water treatment //Water research. -2011. - Т. 45. - №. 12. - С. 3704-3711.
