СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ И ПОЛИГОН ДЛЯ ИХ РАЗМЕЩЕНИЯ
METHOD OF SOLID HOUSEHOLD REFUSES RECLAMATION AND POLYGON FOR THEIR PLACEMENT

Изобретение относится к способам и устройствам совместной утилизации твердых бытовых отходов и осадков сточных вод очистных сооружений канализации населенных пунктов.
Известен способ переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов нефтеокисляющими микроорганизмами, навозом и адсорбентами, при котором навоз вводят порциями равномерно в количестве от 120 до 500% к объему грунта, затем вводят гипс. Создают условия проникновения в образованный компост кислорода, в результате чего интенсифицируется микробиологический процесс с повышением температуры до 60°С (Патент РФ № 2250146, МПК В09С 1/10, опуб. 2005.20.04).
Недостатком способа является использование дефицитного органического удобрения для понижения класса опасности замазученных грунтов и нефтешламов с целью их последующего размещения на полигонах.
Известно устройство полигона твердых бытовых отходов, включающее основание, ограждающие сооружения, противофильтрационный экран, дренажную систему сбора и очистки фильтрата, газосборную систему, изолирующее покрытие поверхности полигона (Патент РФ № 2330733, МПК В09В 1/00, опуб. 2008.08.10).
Недостатками устройства полигона являются анаэробные условия протекания процесса с образованием углеводородных газов, медленное протекание процесса микробиологической обработки полигона, а соответственно, уплотнение размещенных отходов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ размещения твердых бытовых отходов на полигоне с нагнетанием в толщу свалочного тела жидких осадков сточных вод очистных сооружений канализации (Чертес К.Л., Штеренберг A.M., Назаров М.В. и др. Размещение осадков сточных вод в толще полигона ТБО. // Экология и промышленность России. № 1. 2008. - с.2-4). Нагнетание сточных вод осуществляют через систему перфорированных нагнетательных скважин с аэрацией. Нагнетание жидких осадков приводит к фильтрации жидкости в вертикальном и горизонтальном направлениях, постепенному образованию конгломерата из осадков сточных вод и твердых бытовых отходов. После нагнетания влажных осадков сточных вод осуществляется периодическая продувка воздухом с помощью компрессора. Оптимальное расстояние между скважинами составляет 7,5-15 м. Рекомендуется бурить скважины диаметром 150-200 мм с перфорационными отверстиями диаметром 15-20 мм и шагом 1-2 мм в нижней части. В условиях нагнетания осадков сточных вод, содержащих биогенные элементы и штаммы микроорганизмов, и воздуха происходит замена анаэробных биологических процессов на аэробные. Аэробные процессы предпочтительней, т.к. ускоряется процесс минерализации органических веществ, стабилизации свалочного тела, его уплотнение. Установлено, что при этом свалочное тело по вертикали делится на аэробную, промежуточную и анаэробную зоны, отличающиеся пористостью, коэффициентом фильтрации, влагонасыщенностью, степенью минерализации органических веществ.
Недостатками способа являются увеличение количества дренажных вод, ухудшение их качества вследствие увеличения показателей биохимического потребления кислорода (БПК) и химического потребления кислорода (ХПК), уменьшение температуры свалочного тела за счет теплопередачи окружающему грунту.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство полигона твердых бытовых отходов с сетью нагнетательных скважин, с помощью которых в свалочном теле размещаются осадки сточных вод (Михайлов Е.В. Совершенствование технологии совместного размещения осадков сточных вод и твердых бытовых отходов. / Автореферат диссертации на соискание уч. степени к.т.н. - Уфа, 2008).
Полигон содержит чашу, в которой размещено свалочное тело, чаша гидроизолирована от окружающего грунта геомембраной. В свалочном теле размещена сеть нагнетательных скважин с перфорацией и дренажная система. Полигон содержит испарительный пруд, в котором накапливается дренажная вода. В состав полигона входит: мобильная техника для транспортировки осадков сточных вод влажностью 95-99,5% мас. и их закачки под давлением 0,5-0,7 МПа, а также компрессоры для последующего нагнетания воздуха. Осадки сточных вод представлены сырыми осадками, извлеченными из первичных отстойников очистных сооружений канализации, и избыточным активным илом, извлеченным из вторичных отстойников очистных сооружений канализации. Результатом совместного размещения твердых бытовых отходов и осадков сточных вод явилось образование трех зон в свалочном теле, размещенных в направлении сверху вниз в следующем порядке: аэробная, переходная и анаэробная.
Нагнетательные скважины представляют собой трубы диаметром 150-200 мм с перфорационными отверстиями диаметром 15-20 мм и шагом 1-2 мм в нижней части. Трубы возвышаются над свалочным телом на 0,6-0,7 м, в верхнюю часть трубы опускают нагнетательный шланг мобильной техники. Скважины образуют сеть нагнетательных скважин, расположенных рядами с оптимальным расстоянием между скважинами и между рядами 7,5-15,0 м.
Недостатками устройства полигона являются уменьшение температуры свалочного тела за счет теплопередачи окружающему грунту, высокая загрязненность дренажных вод и увеличение их количества при нагнетании влажных осадков сточных вод, сложность нагнетания влажных осадков и воздуха в разветвленную сеть скважин.
Задачей изобретения является ускорение процесса совместного компостирования твердых бытовых отходов и осадков сточных вод, приводящего к увеличению плотности свалочного тела, а также улучшение качества дренажных вод.
3
3
Сущность способа утилизации твердых бытовых отходов, включающего размещение ТБО в чаше полигоне, отведение дренажных вод на испарительный пруд, последовательное нагнетание осадков сточных вод, состоящих из смеси сырых осадков и избыточного активного ила, и воздуха в нагнетательные скважины, расположенные в свалочном теле, формирование аэробной, переходной и анаэробной зон, заключается в том, что согласно изобретению осадки сточных вод и избыточный активный ил влажностью 40-50% размещают вблизи испарительного пруда, осадки и избыточный активный ил смешивают в соотношении 30:70-70:30 мас., разбавляют дренажной водой, нагнетают в скважины, затем нагнетают воздух, делают паузу на 1-3 суток, после чего повторяют процесс нагнетания в скважины осадков и воздуха, дренажную воду откачивают в испарительный пруд, откуда избыток дренажной воды очищают фильтрованием в свалочном теле в направлении сверху вниз последовательно в аэробной, промежуточной и анаэробной зоне в режиме «сухой» фильтрации в незатопленной загрузке. Смесь осадков сточных вод с влажностью 70-90% нагнетают в скважины с расходом 10-20 м/ч в течение 1 ч, воздух нагнетают в скважины с расходом 50-100 м/ч в течение 1 ч, дренажные воды фильтруют в теле полигона со скоростью 0,005-0,01 м/ч.
Полигон для размещения ТБО, включающий чашу полигона, гидроизолированную от окружающего грунта геомембраной, вмещающую свалочное тело, сеть нагнетательных скважин с перфорацией, дренажную систему, испарительный пруд, согласно изобретению дополнительно имеет систему нагнетания влажных осадков сточных вод, включающую водозаборное устройство, площадку для хранения обезвоженных осадков сточных вод и устройство их подачи в смеситель, смеситель для перемешивания осадков и дренажных вод, насосные станции для подачи дренажных вод в смеситель и подачи влажных осадков в горизонтальные параллельные коллектора, объединяющие нагнетающие скважины, компрессор, а также систему фильтрования дренажных вод в свалочном теле, включающую водозаборное устройство, насосную станцию, распределительное устройство, выполненное в виде горизонтальных щелевых труб, расположенных параллельно коллекторам системы нагнетания осадков, дренажную систему, колодец, насос откачки дренажных вод в испарительный пруд, причем глубина расположения нагнетательных скважин составляет 0,5-0,8 Н, где Н - глубина чаши полигона, а испарительный пруд имеет приямок для сползания осадка, в котором расположено водозаборное устройство системы нагнетания осадков сточных вод, а распределительное устройство и коллектора нагнетательных скважин расположены в чаше полигона ниже глубины промерзания, при этом дно чаши полигона имеет уклон в сторону колодца.
На фигуре 1 представлен план полигона твердых бытовых отходов, на фигуре 2 - сечение чаши полигона.
Полигон включает чашу 1, изолированную от окружающего грунта геомембраной и слоем теплоизоляционного материала, например вспененным пенополистиролом. Чаша заполнена полностью или частично свалочным телом 2. В свалочном теле размещены нагнетательные скважины 3, заглушенные в верхней части. Нагнетательные скважины объединены коллекторами 4. Нагнетательные скважины входят в состав системы нагнетания осадков сточных вод, включающей испарительный пруд 5, насосную станцию 6, вихревой смеситель 7, площадку для размещения сухих осадков сточных вод 8 с устройством дозирования осадков в вихревой смеситель, насосную станцию 9, компрессор 10, нагнетательные скважины 3.
В свалочном теле также размещена распределительная система 11, состоящая из труб со щелевыми отверстиями. Распределительная система входит в состав системы фильтрования дренажных вод в свалочном теле, включающей испарительный пруд 5, насосную станцию 12, распределительную систему 11, свалочное тело 2, дренажную систему 13, колодец 14, насосную станцию 15.
3
3
Способ осуществляется следующим образом: свалочное тело полигона 2 представляет собой анаэробный реактор, в котором под действием природных анаэробных микроорганизмов происходит минерализация органической части твердых бытовых отходов, стабилизация отходов, их уплотнение. Однако эти процессы протекают с низкой скоростью. Увеличение скорости биологических процессов возможно за счет организации аэробных процессов в свалочном теле. В качестве реагентов использованы осадки сточных вод очистных сооружений канализации населенных пунктов. Эти осадки представлены сырыми осадками, содержащими биогенные элементы (углерод, азот, фосфор), и избыточным активным илом, содержащим консорциум аэробных микроорганизмов. Смесь этих осадков в соотношении 30:70-70:30 мас.% представляет собой оптимальный по составу реагент для интенсификации аэробных процессов в свалочном теле. Влажность этих осадков составляет 95-99%. При нагнетании таких осадков в скважины увеличивается влагосодержание свалочного тела и количество дренажных вод, утилизация которых представляет самостоятельную проблему из-за высоких значений БПК и ХПК. Вследствие этого осадки сточных вод должны обезвоживаться на очистных сооружениях канализации до влажности 40-50%, транспортироваться в сухом виде на полигон, складироваться на площадях 8, дозироваться в вихревой смеситель, в который подают дренажную воду из отстойной зоны испарительного пруда 5 с помощью насосной станции 6. Далее осадок сточных вод влажностью 70-90% с помощью насосной станции 9 нагнетают в нагнетательные скважины 3 в течение одного часа с расходом 10-20 м/ч, а затем с помощью компрессора 10 нагнетают воздух в течение одного часа с расходом 50-100 м/ч, делают паузу на 1-3 суток, после чего процесс нагнетания осадков сточных вод и воздуха повторяют.
При глубине погружения нагнетательных скважин 0,5-0,8 Н, где Н - глубина чаши полигона, в свалочном теле образуются аэробная, переходная и анаэробная зона.
Образующуюся дренажную воду отводят дренажной системой 13 самотечно в колодец 14, откуда откачивают насосной станцией 15 в испарительный пруд 5.
С целью улучшения качества дренажных вод предложено проводить их очистку фильтрованием в свалочном теле. Для этого дренажную воду из испарительного пруда 5 насосной станцией 12 подают в распределительную систему 11, фильтруют в пористой среде со скоростью 0,005-0,01 м/ч. Наибольший эффект очистки дренажных вод, как установлено экспериментально, наблюдается в нижней анаэробной зоне свалочного тела.
Наибольший эффект компостирования в аэробных условиях наблюдается при температуре 60-65°С, поэтому чашу полигона необходимо теплоизолировать от грунта с помощью любых теплоизоляционных материалов, например вспененного полистирола.
Таким образом, с одной стороны, свалочное тело является аэробно-анаэробным реактором, в котором происходит процесс совместного компостирования твердых бытовых отходов и осадков сточных вод, с другой стороны, свалочное тело является биологическим фильтром с аэробной и анаэробной зоной для очистки дренажных вод от взвешенных веществ и органических загрязнений в режиме сверхмедленного фильтрования (скорость фильтрования на порядок меньше, чем в медленных фильтрах) в незатопленной загрузке в режиме «сухого» фильтрования.
Дно чаши полигона 1 имеет уклон 3-5° в сторону колодца 14, что позволяет самотечно удалять дренажную воду дренажной системы 13, выполненной из щелевых труб.
Для возможности эксплуатации полигона в зимнее время глубина заложения коллекторов подачи осадков сточных вод и распределительной системы в свалочном теле должна быть больше глубины промерзания грунта, т.е. более 1,8 м.
Фильтрование дренажных вод в свалочном теле имеет побочный эффект, т.к. является эффективным средством борьбы с самовозгоранием полигона, позволяет относительно равномерно распределить температуру внутри свалочного тела.
Пример 1. Проводили натурные опыты по определению плотности свалочного тела до и после закачки осадков сточных вод в нагнетательные скважины. Режимы нагнетания осадков сточных вод и воздуха приведены в тексте заявки. Время проведения опыта - 1 год. Пробы отбирали в середине аэробной, промежуточной и анаэробной зоны. Результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1
Время, месяцы
Плотность, т/м<sup>3</sup>
Аэробная зона
Промежуточная зона
Анаэробная зона
до
после
до
после
до
после
0
0,22
0,22
0,41
0,41
0,63
0,63
4
0,24
0,27
0,43
0,44
0,64
0,65
8
0,26
0,31
0,46
0,49
0,66
0,69
12
0,28
0,38
0,49
0,57
0,68
0,74
Из таблицы 1 следует, что происходит уплотнение свалочного тела во всех трех зонах, причем скорость уплотнения свалочного тела увеличилась при закачке осадков сточных вод.
Пример 2. Проводили анализ дренажной воды до и после фильтрования воды в свалочном теле со скоростью 0,001-0,05 м/ч. Результаты приведены в таблице 2.
Таблица 2
Показатель
Исходное значение
Скорость фильтрования, м/ч
0,001
0,005
0,01
0,05
ХПК, мг/л
1140
254
246
292
433
БПК, мг/л
540
105
96
137
266
Из таблицы 2 следует, что за один цикл фильтрования качество дренажной воды существенно улучшилось. Оптимальным значением скорости фильтрования следует считать 0,005-0,01 м/ч. При скорости фильтрования 0,001 м/ч показатели качества воды практически такие же, как при скорости 0,005 м/ч. При скорости фильтрования 0,05 м/ч показатели качества воды ухудшились.