Способ очистки фильтрата полигонов ТКО
METHOD OF CLEANING THE FILTRATE IN SMW LANDFILLS

Изобретение относится к природоохранной области, а именно - к водоочистке и может быть использовано для очистки фильтрата полигонов твердых коммунальных отходов (ТКО) от диспергированных, эмульгированных и растворенных органических и неорганических веществ.
Известен способ очистки дренажных вод полигонов ТБО (патент РФ 2589139, опубл. 10.07.2016), включающий стадии двухступенчатой электрихимической очистки с выделением на аноде активного хлора и гидроксильных радикалов, двухступенчатой фильтрации, включающей отстаивание и ультрафильтрацию, а также двухступенчатое по пермеату обратноосмотическое разделение и очистку воды ионообменными смолами. Известный способ позволяет очищать дренажные воды полигонов ТБО до требуемых ПДК, однако характеризуется высокими энергозатратами, а также получением большого объема образующегося концентрата.
Известен способ очистки сточных, дренажных и надшламовых вод промышленных объектов и объектов размещения отходов производства и потребления (патент РФ 2740993, опубл. 22.01.2021). Загрязненную промышленную воду подвергают последовательно первичной очистке от механических примесей, электрофлотационной очистке, ультрафильтрации, обратноосмотическому обессоливанию первой ступени, обратноосмотическому обессоливанию второй ступени по пермеату и финальной очистке от ионов аммония. При этом первичную очистку загрязненной воды от механических примесей осуществляют с помощью гидроциклона, после чего подвергают коагулированию в трубчатом коагуляторе. После ультрафильтрации воду подвергают двухступенчатому озонированию в лабиринтных колоннах. Концентрат, полученный на первой ступени обратноосмотического обессоливания, подвергают обратноосмотическому обессоливанию второй ступени по концентрату, а полученный на этой второй ступени пермеат возвращают на первую ступень обратноосмотического обессоливания. Финальную очистку воды от ионов аммония осуществляют с помощью засыпного фильтра с цеолитом. В известном способе не предусмотрена максимальная очистка сточных вод, предшествующая этапу обратноосмотического обессоливания, поэтому образуется исходно больший объем концентрата.
Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа очистки фильтрата с полигонов ТКО с получением высокого качества очистки вод и снижением объема утилизируемого концентрата.
Для решения поставленной задачи предлагается способ очистки фильтрата полигонов ТКО, включающий первую ступень реагентной обработки коагулянтом и флокулянтом, флотационную очистку, озонирование, аэрацию с последующей второй ступенью реагентной обработки коагулянтом и флокулянтом, ионнообменную очистку, механическую очистку и трехступенчатое обратноосмотическое разделение, при этом на первой ступени обратного осмоса используют мембранные аппараты высокого давления и осуществляют рециркуляцию концентрата, на второй и третьей ступенях обратного осмоса производят доочистку по пермеату.
Способ может включать дозирование пермеата щелочью и последующую его дезинфекцию.
Технический результат заявленного изобретения заключается в достижении высокой степени очистки фильтрата полигонов ТКО и снижении объема утилизируемого концентрата.
Реагентную обработку фильтрата осуществляют на двух технологических стадиях. Во-первых, производят дозирование коагулянта и флокулянта для интенсификации процесса укрупнения взвешенных мелкодисперстных частиц перед флотационной установкой. Применение коагулянта способствует понижению степени окисляемости обрабатываемых водных масс, уменьшению содержания в них взвешенных частиц, улучшению основных технологических процессов обработки, которые происходят в очистных сооружениях и осветлителях. Флокулянт обеспечивает слипание неустойчивых агрессивных частичек и тем самым интенсифицирует процесс образования хлопьев. После реагентной обработки проводят флотационную очистку исходных вод. На входе флотационной установки, автоматически осуществляется контроль и коррекция pH (кислотой или щелочью). Затем во флотационной установке осаждаются взвешенные коллоидные вещества с помощью тонкослойных модулей. Флотационная установка удаляет более 70% всех взвешенных веществ, более чем на 60% снижает показатели БПК и ХПК.
Для интенсификации окислительного процесса органических соединений и других примесей исходные воды после флотационной очистки подвергают озонированию.
После этого фильтрат полигонов ТКО подвергают аэрации в аэротенках для их биологической доочистки активным илом и окисления органических веществ, а также некоторых металлов и их перехода в нерастворенную форму. После этого воды повторно обрабатывают флокулянтом и коагулянтом - для укрупнения оставшихся в фильтрате примесей, в частности железа, марганца и др.
В дальнейшем фильтрат полигонов ТКО подвергают воздействию анионообменной и катионообменной смолы, что помогает избавиться от нитратов, нитритов, фосфатов, катионов аммония, алюминия, цинка, свинца, лития, натрия и тп.
После ионнообменной очистки фильтрат поступает на механическую доочистку, в процессе чего из вод удаляют мутность и другие взвеси, укрупненные на стадии второй реагентной обработки.
Описанные выше технологии для очистки фильтрата полигонов ТКО известны, однако по отдельности не обеспечивают высокую степень очистки. Благодаря приведенной последовательности этапов очистки и их сочетанию в заявляемом способе, на последний этап очистки - трехступенчатое обратноосмотическое разделение - поступают максимально очищенные и обессоленные воды, что предопределяет образование меньшего по объему концентрата. Так, максимальному очищению вод способствует осуществляемая перед флотационной очисткой первоначальная реагентная обработка, благодаря которой укрупняются взвешенные частицы. После этого воды озонируют, интенсифицируя процесс окисления веществ, который далее продолжается в аэротенках. Заявленный способ предусматривает повторную реагентную обработку для укрупнения оставшихся примесей, которые далее осаждают на механических фильтрах. Сорбция анионообменной и катионообменной смолами способствует эффективному удалению из фильтрата полигонов ТКО определенных примесей, в частности кислотных остатков. Таким образом, заявленный способ включает операции, направленные на очистку загрязненных вод от разнообразных примесей. Совокупность и последовательность указанных операций позволяет подавать на финальную стадию очистки - обратноосмотическое разделение - максимально очищенные, осветленные и обессоленные воды, что вместе с каскадным использованием трехступенчатого обратного осмоса и возвратом концентрата в систему (рециркуляцией концентрата) на первой ступени приводит к значительному уменьшению объема концентрата - 5-15% в остатке и получению качественно очищенной воды - с допустимыми показателями сброса в окружающую среду.
На этапе обратноосмотического разделения фильтрата полигонов ТКО осуществляют следующее. На первой ступени под воздействием высокого давления воды (45-85 атмосфер), проходя через ряд мембранных аппаратов, разделяются на пермеат и концентрат, при этом пермеат последовательно проходит через ряд мембранных аппаратов, концентрат после последующих мембранных аппаратов рециркулирует - возвращается на первый мембранный аппарат. Таким образом идет постоянный возврат концентрата в системе, что позволяет значительным образом снизить процентное содержание концентрата на выходе. На второй и третьей ступени обратного осмоса происходит доочистка по пермеату. Концентрат, полученный на этих ступенях, отводится в накопительную емкость.
После этапа обратноосмотического разделения полученный пермеат может быть подвергнут дозированию щелочью для корректировки его рН и перекисью водорода для его дезинфекции.
Пример.
3
2
3
3
Исходные воды - фильтрат полигона ТКО в количестве 10 000 литров с помощью установок дозирования реагентов обрабатывают растворами флокулянта (высокомолекулярного полимера) и коагулянта, в качестве которого используют, например, хлорное железо (FeCl). После реагентной обработки проводят флотационную очистку фильтрата, после которой осветленные воды озонируют и подают в аэротенки, где подвергают биологической очистке активным илом, после чего повторно обрабатывают флокулянтом и коагулянтом, в качестве которого применяют хлорид кальция (CaCl). После этого воды подают на сорбцию катионообменной и анионообменной смолами, например, R-COOH или R-HSO и R-OH или R-Cl, в результате чего снижается содержание натрия, кальция, некоторых кислотных остатков. Далее воды очищаются механическими фильтрами для снижения мутности, цветности, удаления железа, марганца, механических частиц различной природы. В качестве фильтрующей загрузки используется гравий и фильтрующая загрузка: смесь гидроантрацита и кварцевого песка в соотношении 50/50. Поток 9,7-10,7 м/час (суммарная смесь исходного фильтрата и концентрата второй и третьей ступеней обратного осмоса) подается на блок мешочных фильтров тонкой очистки с рейтингом фильтрации 5 мкм, предотвращающий попадание в каналы мембранных обратноосмотических элементов мельчайших взвесей и далее на блок дозирования ингибитора осадкообразования на поверхности мембран вкупе со статическим миксером ингибитора.
Подготовленный таким образом исходный фильтрат полигона ТКО - максимально очищенный и обессоленный - поступает на первую ступень трехступенчатой установки обратного осмоса, где происходит частичная его деминерализация (задерживаются практически все ионы на 96,5-99%). Высоконапорный плунжерный насос подает воды на мембранные аппараты первой ступени в количестве пяти аппаратов по пять мембранных элементов высокого давления в каждом, обеспечивая необходимое давление.
3
Сначала воды поступают на первый мембранный аппарат, где с помощью насоса первого аппарата производительностью 13-17 м/ч производится их многократная циркуляция по контуру. Указанная скорость циркуляции препятствует образованию на поверхности мембраны гелиевого слоя загрязнений, которые могут заблокировать разделительную способность мембранных элементов. В результате воздействия избыточного давления и тангенциального потока жидкости над поверхностью мембранного полотна исходные воды разделяются на частично обессоленную воду - пермеат и воду с повышенным содержанием солей - концентрат. На втором мембранном аппарате происходит аналогичный процесс - разделение исходной жидкости на пермеат и концентрат. Концентрат после каждого мембранного аппарата возвращается на доочистку на первый мембранный аппарат, что способствует его максимальному обессоливанию и последующей утилизации наименьшего объема концентрата. Пермеат с первой ступени поступает на вторую ступень обратного осмоса, которая включает высоконапорный насос с одним мембранным аппаратом с пятью обратноосмотическими средненапорными мембранными элементами. При прохождении мембранного аппарата поступающая вода разделяется на обессоленную воду - пермеат (второй ступени) и воду с повышенным содержанием солей - концентрат, который возвращается в исходную накопительную емкость. Далее пермеат после второй ступени поступает третью ступень. При прохождении мембранного аппарата третьей ступени  поступающая вода разделяется на обессоленную воду - пермеат третьей ступени и воду с повышенным содержанием солей - концентрат, который возвращается в исходную накопительную емкость. Подача воды на мембранный аппарат третьей ступени осуществляется высоконапорным насосом, обеспечивая необходимое давление. В корпусе мембранного аппарата расположены пять обратноосмотических средненапорных мембранных элемента.
На выходе установки обратного осмоса может быть предусмотрен блок дозирования щелочи для корректировки рН выходящего пермеата и блок дозирования перекиси водорода для дезинфицирования пермеата.
В таблице приведены показатели эффективности очистки по стадиям, подтверждающие высокое качество очистки исходных вод. Так, при сравнении значения показателей качества фильтрата и пермеата, согласно данным таблицы, заявленным способом получаем очищенные воды с содержанием всего около 1,3% примесей, что свидетельствует о высоком качестве очистки. Так, показатели БПК и ХПК уменьшились более чем на 99,8%, общие показатели сухого остатка становятся меньше на 97%, показатели общего органического углерода и азота аммонийного уменьшились более чем на 99%, химические показатели хлорид анионов и сульфат анионов уменьшились на 67 и 99% соответственно, показатели железа и кальция уменьшились на 99%, почти целиком удалось удалить кремний (на 99,9%), показатели нефтепродуктов понизились более чем на 99,8%, а цвет воды с темно-коричневого стал характерным прозрачным. Состав полученного пермеата соответствует нормативам для сброса на рельеф и в поверхностные водоемы. Количество пермеата, получаемого на выходе установки составляет 9 350 литров - 93,5% от исходного значения, что говорит о получении сниженного объема концентрата - в количестве 6,5% от исходного объема сточных вод.
Таким образом, заявленный способ за счет максимального очищения и обессоливания исходных вод на стадиях, предшествующих обратноосмотическому разделению, а также за счет применения трехступенчатого обратноосмотического разделения с рециркуляцией концентрата на первой ступени - позволяет уменьшить объем получаемого концентрата и эффективно очистить фильтрат полигонов ТКО до нормативов сброса на рельеф и в поверхностные водоемы.