Метод предотвращения чрезвычайных ситуаций на полигонах твердых бытовых отходов

УДК 551.22+614.8

Е.В. Москвичева, А.А. Шишкин

МЕТОД ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ПОЛИГОНАХ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

Проблема утилизации твердых бытовых отходов обострена, что, безусловно, приводит к возникновению чрезвычайных экологических ситуаций. Предлагается эффективный метод обезвреживания фильтрата ТБО с целью минимизации их антропогенного воздействия на окружающую среду

А.А. Шишкин

Возникновение чрезвычайных ситуаций техногенного характера, обусловленных химическими загрязнениями существующих полигонов твердых бытовых отходов, можно предотвратить, если принципиально изменить технологию их эксплуатации.

Проблема утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) является одной из острых и близкой к критической, поэтому разработка проектов по совершенствованию полигонов твердых бытовых отходов с целью минимизации их антропогенного воздействия на живую природу — несомненно, актуальная задача, решение которой позволит предотвратить возникновение чрезвычайных ситуаций.

Анализ современных технологий утилизации твердых бытовых отходов показал, что в последние десятилетия, как в нашей стране, так и за рубежом, широкое применение находит такой метод утилизации, как складирование ТБО на специально оборудованных полигонах. Однако, в процессе эксплуатации полигонов, неизбежно возникает проблема обезвреживания фильтрационных вод (ФВ), образующихся в «теле» полигона. Источниками образования фильтрата, являются поступающие в толщу полигона атмосферные осадки (основной источник образования), а также влага, содержащаяся в отходах.

Образующийся фильтрат характеризуется высоким (в сотни раз превышающим ПДК) содержанием токсичных органических и неорганических веществ. Несмотря на то, что абсолютное количество фильтрата незначительно, из-за высоких концентраций загрязняющих веществ он представляет серьёзную угрозу для окружающей среды.

Анализ зарубежных и отечественных публикаций, многолетние исследования условий образования ФВ полигонов захоронения ТБО Волгоградской области, позволили из всего многообразия факторов, влияющих на их состав и объем, выделить наиболее значимые — морфологический состав ТБО; мощность полигона ТБО; влажность отходов; климатические особенности (температура, влажность); инженерная инфраструктура полигона; предварительная обработка отходов.

Ситуация со сбором и утилизацией ТБО в г. Волгограде типична для большинства городов России. Основная их часть (около 90 %) складируется на пяти полигонах твердых бытовых отходов.

В качестве объекта исследования был выбран полигон ТБО г. Волгограда, находящийся по адресу: Волгоградская область, Городищен-ский район, хутор Овражный, который, как и другие полигоны ТБО Волгограда является крупным источником загрязнения окружающей среды. В настоящее время полигон по устройству и технологическим параметрам не отвечает современным требованиям.

Полигон введен в эксплуатацию в 1959 г., и к концу 2004 г. на его площади 21,7 га накоплено около 15 млн. м3 отходов.

В течение трёх лет (2001—2004 гг.) изучался морфологический состав складируемых отходов. В результате установлено: пищевые отходы — 20,7—31 %; древесина — 0,4—1,0 %; макулатура — 30,2—38,3 %; текстиль — 5,1—6,2 %; кожа — 035—0,40 %; резина — 035—0,45 %; полимерные материалы — 11,2—13,1 %; черные и цветные металлы

— 7,6—9,8 %; стекло — 5,8—7,4 %; строительный мусор — 8,6—11,6 %;

Научно-технические разработки

Научно-технические разработки

прочие — 9,7—12,7 %.

Исходная влажность ТБО составляет в среднем 55—60 % и зависит от количества органических составляющих в отходах и их плотности.

Ложе полигона и борта не изолированы противо-фильтрационным экраном, поэтому образующийся в толще отходов фильтрат проникает в грунтовые воды, выходит на поверхность тела свалки и накапливается в углублениях рельефа местности, загрязняя почвы и

Для разработки метода очистки и обезвреживания фильтрата, образующегося в толще полигона, проведен предварительный химический анализ его состава.

Результаты химического анализа фильтрата, выполненного по общепринятой программе исследования сточных вод, отобранного из надземных скоплений изучаемого полигона ТБО, представлены в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика химического состава фильтрационной воды Волгоградского полигона ТБО

Показатели Размерность Значение Нормативный показатель*

Взвешенные вещества мг/л 1340 50

ХПК мгО2/л 1150 30

бпк5 мгО2/л 150 2

рН - 8,3 6,5-8,5

Солесодержание мг/л 5500 1000

Цветность Ц0 350 35

Электропроводность mS/см2 9,5 -

Жесткость мг-экв/л 20,5 10

Нитриты мг/л 5,9 0,08

Нитраты мг/л 1320 40,0

СПАВ мг/л 53 0,5

Сухой остаток мг/л 8850 1000

Ионы аммония мг/л 640 0,5

Сульфаты мг/л 122 500

Фосфаты мг/л 8,6 0,05

Марганец мг/л 3,60 0,01

Свинец мг/л 0,8 0,01

Медь мг/л 1,2 0,001

Бериллий мг/л 7,8 0,00023

Алюминий мг/л 3,6 0,53

Хром мг/л 1,28 0,005

Железо мг/л 47,0 0,1

Цинк мг/л 7,2 0,01

Кадмий мг/л 5,8-10-3 0,0013

Ртуть мг/л 8,110-4 0,00053

Фенол мг/л 2,5 0,001

Гуминовые соединения мг/л 120 -

* — нормативные показатели для вод рыбохозяйственного значения.

подстилающие грунты, испарение фильтрата приводит к загрязнению атмосферы, все эти негативные факторы наносят непоправимый урон окружающей среде.

Для выбора метода защиты окружающей среды от ФВ полигона ТБО первоначально необходимо определить количество и состав образующегося фильтрата.

Ориентировочный объём фильтрата на рассматриваемом полигоне образовавшейся, за период эксплуатации 1959—2004 г., составил 3758 тыс.м3.

Анализ полученных данных показал, что по содержанию загрязняющих веществ фильтрат Волгоградского полигона ТБО подобен другим аналогичным фильтратам полигонов. В составе ФВ определено 26 металлов превышающих нормативные показатели, из них наибольшую угрозу для окружающей среды представляют: бериллий, алюминий, хром (VI), железо, медь, цинк, марганец, свинец. По высокому содержанию взвесей (26,8 ПДК), а также перечисленных металлов исследуемый фильтрат следует отнести к высокозагрязненным сточным водам.

Показано, что среди веществ фильтрата идентифицировано значительное количество металлов (марганец, свинец, медь, бериллий, алюминий, хром, железо, медь, цинк, ртуть) способных образовывать комплексные соединения с органическими соединениями гуминовыми веществами.

Гуминовые вещества, концентрация которых в ФВ составляет 120 мг/л, выступают в качестве органических лигандов, образуя устойчивые комплексные соединения с ионами ряда металлов.

Для определения возможности применения биологического метода очистки ФВ исследуемого полигона, были проведены эксперименты на примере очистки реального фильтрата, состав которого представлен в табл. 1, а также с использованием модельных растворов, содержащих типичные компоненты для ФВ: фенолы, крезолы, комплексные соединения тяжелых металлов и гуминовые вещества.

В качестве модельных растворов были выбраны: гуматы железа (II), гуматы меди (II), растворы неорганических солей железа (II), цинка (II), меди (II), хлориды.

Исследование процесса биологической очистки, с использованием адаптированного активного ила, отобранного на сооружениях биологической очистки городских сточных вод г. Волгограда, проводили на модельных лабораторных установках работающих в режиме идеального вытеснения.

Эксперименты по аэробной очистке показали, что очистка ФВ, в аэротенках затруднена за счет высокого содержания в ФВ соединений фенольного типа, тяжелых металлов, хлорорганических соединений и других ингибирующих и биорезистентных примесей, а также высокой минерализации.

Решение обозначенной задачи потребовало проведение химического анализа ФВ по органическим компонентам и, далее, выявление химической составляющей, снижающей эффективность биохимической очистки.

На основании проведенных исследований установлено:

отравляющее воздействие на активный ил при биологической очистке фильтрата оказывают тяжёлые металлы, хлорорганические соединения, комплексные соединения — продукты взаимодействия тяжёлых металлов с органическими соединениями

— гуминовыми веществами, выступающих лигандами. Это выявило необходимость обязательного удаления перечисленных веществ перед биологической очисткой фильтрационных вод.

Результаты многочисленных экспериментов показали, что в качестве доступного и эффективного способа разрушения указанных соединений, возможно использовать электрохимическую обработку ФВ постоянным током, что позволяет далее эффективно проводить биологическую очистку фильтрата.

Предлагаемая схема позволяет доступными приемами обезвредить фильтрат полигонов ТБО, а избыточный активный ил после соответствующей обработки, может использоваться в качестве сельскохозяйственных удобрений, за счет извлечения из ФВ тяжёлых металлов, на начальной — электрохимической стадии очистки. Процессы очистки осуществляются при нормальных температурах, в открытых емкостях, при небольшой продолжительности, без применения дорогостоящих реагентов. В результате внедрения предлагаемой схемы очистки ФВ, предотвращенный эколого-экономический ущерб от загрязнения окружающей среды фильтратом Городи-щенского полигона ТБО г. Волгограда ориентировочно составил 6,32 млн. руб./год.

Исходя из того, что загрязнение окружающей среды фильтратом составляет в среднем 40—45 % от общего загрязнения полигоном, то можно судить о том, что внедрение предлагаемой метода очистки ФВ, позволяющго перевести фильтрат полигона из группы токсичных сточных вод, в группу условно чистых, пригодных для сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения, снизит антропогенное воздействие полигона ТБО на окружающую среду на 40—45 % и, соответственно, вероятность возникновения чрезвычайной экологической ситуации.

Научно-технические разработки