CC BY
61ЭКОЛОГИЯ
М.В. Солодовник, аспирант Харьковская национальная академия городского хозяйства
СУЩЕСТВУЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ВОД ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
Фильтрат представляет собой буро-коричневую жидкую составляющую полигонов ТБО, с неприятным запахом (как правило, аммиака, гнилостных соединений), образующуюся за счет влажности отходов, инфильтрации атмосферных осадков, биохимических процессов, в результате которых выделяется вода. Его температура может достигать 380 С. Сточные воды полигонов очень опасны в санитарно-эпидемиологическом отношении для окружающей среды (грунтовые воды, почва) и здоровья человека.
Проблемами обезвреживания фильтрационных вод (ФВ) занимаются сравнительно недавно. И эффективных технологий очистки фильтрата полигонов ТБО не существует. Имеющиеся же технологии в основном опираются на зарубежный опыт и зачастую не адаптированы к нашим климатическим условиям, составу фильтрационных вод и финансовым возможностям.
Проблемой утилизации, сбора и очистки фильтрационных вод занимаются сравнительно недавно, и она очень актуальна с экологической точки зрения, особенно исходя из того, что при эксплуатации полигонов зачастую пренебрегают элементарными экологическими и технологическими требованиями. По данным научного гигиенического центра Минздрава Украины из примерно 2000 крупных организованных свалок только 267 (13%) отвечают санитарно-гигиеническим требованиям [1]. В результате происходит разнос мусора на прилегающие территории и просачивание фильтрата в грунтовые воды или, что вообще недопустимо, попадание его в поверхностные источники.
Во избежание этого необходимо проектировать и эксплуатировать полигоны в соответствии с определенными требованиями (многослойный противофильтра-ционный экран с использованием высшей водной растительности), а фильтрат отводить и направлять на очистку [2,3].
ФВ полигонов ТБО содержат целый букет примесей различного характера органических, неорганических, микробиологических, содержат тяжелые металлы, что влечет за собой необходимость разработки комплексных мероприятий по их обезвреживанию. К примеру, в Киеве фильтрационные воды свалок содержат: фенолов - в 400 раз, формальдегида - в 80 раз, нефтепродуктов - в 4 раза, свинца - в 10 раз, ртути - в 3 раза выше ПДК.[1]. Сильно загрязненный фильтрат поли-
гонов ТБО не является благоприятной средой для развития микроорганизмов. Значения показателей ХПК и БПК свидетельствует о высокой степени загрязнения фильтрата органическими веществами, которые при благоприятных условиях могут выступать в качестве питательной среды для болезнетворной микрофлоры и привести к ее массовому развитию [2].
Состав и количество фильтрата зависят от состава ТБО, который в свою очередь формируется в зависимости от рациона питания населения, наличия бытовых услуг, климатической зоны. Также состав фильтрата зависит от срока эксплуатации полигона (от стадии разложения отходов) и объема поступления поверхностных и грунтовых вод [1,2 ]. Следует отметить, что состав фильтрата меняется на протяжении всего жизненного цикла полигона, что не позволяет создать универсальную схему его очистки.
Фильтрат «молодых» свалок характерен для начальной, обычно более кислотной, стадии микробиологических и окислительных процессов и имеет относительно высокие показатели БПК и ХПК. Фильтрат «старых»» свалок и полигонов имеет сравнительно небольшие концентрации загрязнений [1].
Иногда фильтр ат сбр асыв ают в систему о бщегор од-ской канализации, но это допустимо лишь при определенных условиях (небольшой объем, концентрация примесей с учетом последующего разбавления не должна превышать показатели, допустимые к сбросу на биологические очистные сооружения). Совместная очистка фильтрата и сточных вод разрешается, если его объем составляет не более 5% от общего количества стоков. Но в большинстве случаев фильтрат высокотоксичен и может повлечь за собой гибель микроорганизмов при биологической очистке.
Анализ существующих технологий очистки фильтрационных вод показал, что для этой цели могут быть использованы биологические (аэробные и анаэробные) методы; мембранная очистка; гальванокоагуляция; комбинированный метод.
Фильтрационные воды, как правило, проходят предварительную механическую очистку, а после основной очистки проходят адсорбционную и ультрафильтрационную доочистку, обеззараживание. Следует подробно остановиться на каждом из них.
Для очистки ФВ часто используют технологии,
HCL
Рис.1. Схема биологической очистки фильтрата с доочисткой ультрафильтрацией и абсорбцией: 1 - приемный резервуар; 2 - емкость денитрификации; 3 - емкость нитрификации; 4 - отстойник; 5 - ультрафильтрация; 6 - фильтры с АУ
Концентрат
Очищенный фильтрат
включающие стадии анаэробной и аэробной обработки. В этом случае процесс строго контролируется, поддерживается необходимое соотношение биогенных элементов , температурный режим.
При биологической очистке дренажные воды со свалки собираются в резервуар и последовательно проходят предварительную фильтрацию, стадию денитрификации и нитрификации. Этот метод (Бауег-ТигшЬю^1е) используется при очистке ФВ в Кельне. В Польше же в 1994 г. были построены дополнительные сооружения для доочистки с помощью ультрафильтрации и адсорбции на активных углях (рис.1) [1,2].
Денитрификационный реактор оборудован мешалкой. В качестве питательных веществ дозируются соляная и фосфорная кислоты, а также лимонная кислота, которая является поставщиком углерода. На данной стадии нитраты превращаются в элементарный азот. После прохождения денитрификационной стадии аммоний попадает на нитрификационную стадию, которая сконструирована в виде замкнутого реактора. На нитрификационной стадии достигается следующее: аммоний переходит в нитраты, нитраты - в газообразный азот. На выходе устанавливается установка ультрафильтрации. Заключительная стадия очистки - адсорбционная установка на активных углях, на которой удаляются остаточные БПК и ХПК. Снижение БПК и ХПК достигает 90-80% соответственно.
Глубокая очистка сточных вод свалок возможна при использовании фильтрационных систем обратного осмоса, выпускаемых фирмой «ROSHEM», Германия [1]. Обратноосмотические установки способны в зависимости от качеств а исходной воды и ступеней каждой отдельной фильтрационной системы задерживать около 99% органических и неорганических примесей. При фильтрации через мембрану поток разделяется на очищенную воду (пермеат) и концентрат (рис. 2). Давление на установках составляет от 65 до 150 бар (в зависимости от ступени очистки). Полученный пермеат восстанавливается на биотопах и сливается в поверхностные водоемы или используется для полива озелененной территории свалки. Полученный концентрат (5-10% от исходной воды) должен утилизироваться. Данный метод широко используется в Германии (свалки «Huntere Dollart», «Helvesiek», «Guda-Buscheritz»)[1]. Использование данной схемы очистки позволяет значительно снизить содержание БПК и ХПК, хлоридов, аммиака.
Метод гальвано- и электрокоагуляции. В основе гальв аноко агуляции лежит принцип раб оты гальв ани-ческого элемента, при этом очищаемая вода обрабатывается смесью токопроводящих материалов, один из которых обладает коагулирующей способностью. Установка содержит блок гальванокоагуляции (гальванокоагулятор, скорый песчаный фильтр) и блок адсорбции (рис. 3).
Рис. 3. Схема очистки фильтрата полигонов ТБО методом гальванокоагуляции: 1 - пруд-накопитель; 2 - система подачи воды; 3 - гальванокоагулятор; 4 - песчаный фильтр; 5 - каскадные биологические пруды
За счет разности электрохимических потенциалов токопроводящих элементов на контакте «железная стружка - углеродсодержащий материал» возникает множество гальванопар, что вызывает интенсивное окисление и растворение металла, электролиз воды, смещение рН. Образующиеся ионы железа или алюминия переходят в различные гидроксидные и оксигидратные формы: Ге(ОН), ГеООН, Ге(ОН), Ге(ОН)2+, А1(ОН)2+, [А1(ОН) ] , А1(ОН) , которые способствуюткоагуляции, осаждению, сорбции примесей из очищаемой воды. В качестве гальванопар применяются металлический скрап (железная или алюминиевая стружка) и углеродсодержащие отходы р азличных произв одств.
Оптимальным соотношением реагентов «сорбент-Н - железные опилки» является 1:2, при этом эффективность очистки по ХПК равна 60%, по цветности -80%, содержание ионов металлов в очищенной воде составляло менее 0,01 мг/л. Воду после гальванокоагуляции с такими показателями можно направлять в биологические пруды.
Метод гальванокоагуляции может быть использован на стадии предочистки фильтрационных вод для удаления высокомолекулярных и коллоидных примесей, ионов тяжелых металлов и хлоридов.
Комбинированный (комплексный) метод. Обычно включает несколько стадий, позволяющих довести качество очищенного фильтрата до требуемого или допустимого для сброса. На начальной стадии происходит извлечение нерастворимых компонентов, ВМС, окисление органических веществ до безвредных продуктов. В состав этого блока входят химический реактор-смеситель, отстойник и фильтр.
В сточную воду вводят реагенты для обеспечения условий образования взвеси компонентов, обусловливающих мутность воды, и для химического осаждения и соосаждения компонентов, обусловливающих цветность, токсичность, общий уровень минерализации.
Разделение образующейся взвеси осуществляется путем последовательного отстаивания и фильтрования. В результате БПК снижается на 60% (до 50 мг/л), взвешенные вещества - на 80% (до 20 мг/л), содержание
фосфатов - на 90%, общее содержание солей - на 20%.
Далее происходит окисление токсичных компонентов (СМ, N0^ Н28, хлорфенолов и других) до безвредных компонентов без образования промежуточных продуктов и повышения общего содержания солей.
Деаммонизация осуществляется путем воздушной десорбции, очистки воздуха от аммиака, хемосорбции. Доочистка от аммиака и растворимых компонентов осуществляется на сорбционных фильтрах, загруженных природными цеолитами, для деминерализации обрабатываемой воды фильтрование через катионито-вую Н+ форму и анионитовую ОН- форму.
Для обработки осадка в целях его обезвреживания и обезвоживания используют анаэробный стабилизатор, отстойник-рециркулятор, центрифуги. Полученный осадок рекомендуется к использованию в качестве удобрения.
Также получила распространение биолого-химическая технология очистки ФВ. Данная схема очистки предполагает дальнейший сброс сточных вод в городскую канализацию. Она включает две последовательно расположенные ступени биореакторов (аэробно-термофильный и аэробно-мезофильный), которые работают в аэробных условиях при различных температурных параметрах процесса на каждой ступени. После биологической обработки очищаемую жидкость подвергают реагентному осветлению. В качестве коагулянта применяют раствор сульфата алюминия.
Применение этой технологии позволяет значительно снизить уровень органических загрязнений, удалить аммонийные соединения, фосфаты, снизить общую минерализацию, улучшить органолептические показатели стока по окраске, уменьшить содержание ряда специфических соединений (свинца, железа, меди). В то же время необходимо отметить периодическое ухудшение качества очищаемого фильтрата на отдельных этапах очистки: значительное увеличение содержания железа и меди после биологической очистки, рост концентрации азота нитратов после реагентной обработки. Такая схема позволяет по большинству показателей сбрасывать очищенный сток в городскую канали-
зацию. Однако по ряду показателей перед сбросом требуется применение дополнительной очистки или разведения.
Таким образом, выбор метода очистки зависит от состава фильтрата, требуемой эффективности очистки, а также финансового обеспечения. Ситуация с утилизацией и очисткой ФВ на Украине остается критической и влечет за собой ухудшение и так нестабильной экологической ситуации. Процесс очистки и утилизации фильтрата усложняется и тем, что у нас распространен совместный сбор мусора, следовательно, получаем сложную многокомпонентную составляющую, практически не поддающуюся очистке. На Украине, в частности в Харькове, проводились эксперименты по раздельному сбору мусора, но население оказалось не готово к сортировке мусора в разноцветные контейнеры. Необходимо поддержать этот эксперимент на государственном уровне (принять соответствующий закон) и внедрять его повсеместно, с про-
ведением предварительной пропагандно - разъяснительной работы, к тому же в данный момент разрабатывается «Национальная стратегия переработки отходов», которая регламентирует обращение с отходами. В этом случае фильтрат будет менее трудоемок с точки зрения его очистки и утилизации. К тому же отсортированный таким образом мусор используется в качестве вторичного сырья, что позволяет получить немалый доход.
ЛИТЕРАТУРА
1. Касимов А.М., Семенов В.Т., Коваленко А.М., Александров А.М. Твердые бытовые отходы. Технологии, оборудование. Проблемы и решения: Учебное пособие.- Харьков, ХНАГХ , 2006. -301с.
2. Гриценко А.В., Горох Н.П.,. Внукова Н.В., Коринько И.В., Туренко А.Н., Шубов Л.Я. Технологические основы промышленной переработки отходов мегаполиса: Учебное пособие.-Харьков: ХНАДУ, 2005.-340с.
