Комплексная технология очистки фильтрата полигонов захоронения твердых бытовых отходов

Комплексная технология очистки фильтрата полигонов захоронения твердых бытовых отходов

А.А.Коныгин

Полигонное захоронение является одним из наиболее распространенных методов обращения ствердыми бытовыми отходами (ТБО). В городах и поселках городского типа России ежегодно образуется около 130 млн. м3или 26 млн.т. ТБО,более 90% которых вывозятся на полигоны и простейшие свалки, в большинстве своем плохо организованные и являющиеся наиболее серьезным загрязнителем поверхностных и грунтовых вод. В результате миграции с территории действующих и рекультивированных полигонов (свалок) химических веществ, содержащихся в фильтрате ТБО, в поверхностные и грунтовые воды происходит загрязнение почвы и водоисточников.

Проблема управления отходами, их сбора, захоронения и переработки носит глобальный характер во всем мире. В последние годы по решению проблемы экологической безопасности полигонов ТБО проводятся широкие исследования специалистами Академии коммунального хозяйства им. К.Д.Памфилова (Москва), МГТУ им. Н.Э.Баумана (Москва), Пермского государственного технического университета.

Полигоны для захоронения отходов являются экологически небезопасными. Это объясняется тем, что при длительной их эксплуатации происходит образование «свалочных» газов, которые наносятущерб здоровью населения, проживающего в жилых микрорайонах на близлежащих к полигонам территориях. Кроме того, происходит утечка фильтрата через изолирующие слои в почву, поскольку состояние, характеристики и свойства изоляции резко изменяются при многолетней эксплуатации. Риски загрязнения объектов природы остаются даже при тщательном соблюдении правил обустройства и эксплуатации полигонов. Подобные воздействия обнаруживаются в течение всего периода эксплуатации и даже после «закрытия» полигона.

Создание локальных очистных сооружений для очистки фильтрата на базе современной технологии дает возможность: исключить негативное влияние фильтрата на почву, подземные и поверхностные воды;

обеспечить снижение токсичности фильтрата до уровня требований к стокам для повторного использования их на технические цели взамен свежей воды;

провести обезвреживание фильтрата за счет разрушения содержащихся в нем токсичных органических соединений и перевода оставшихся загрязнений в безопасную форму.

Существующие технологи и захоронения ТБО на полигонах предусматривают увлажнение поверхности полигона с целью ускорения гидролизных процессов и последующей их ферментации. Для увлажнения используют воду и природные осадки.

Отведение образующихся сточных вод в виде фильтрата через тело полигона требует создание системы сбора с последующей их локальной очисткой для обеспечения экологических условий сброса или повторного использования очищенного фильтрата. С этой целью разработаны технологические схемы, предусматривающие глубокую очистку фильтратов от токсичных и вредных компонентов.

Для очистки высококонцентрированного по органическим примесям фильтрата на первой стадии используют биохимические технологии, которые включают стадии анаэробной и аэробной его обработки.

Чтобы поддержать необходимые условия процессов биохимической очистки, вводятся реагенты: метанол, уксусная кислота, гидроксид натрия, часть воды из аэротенка. После биохимической очистки фильтрат поступает в отстойник, где отделяется шлам, а фильтрат подается на сорбцию и фильтрацию. Затем сбрасывается в буферные пруды, а шлам через накопитель и сгуститель шлама поступает на полигон.

Для доочистки фильтрата до качества, позволяющего использовать повторно для орошения тела полигона или сбрасывать очищенные стоки в открытый водоем, используется высокоэффективное современное оборудование на базе адсорбционного, ионообменного, мембранного и электрофизических методов глубокой очистки сточных вод.

К физико-химической очистке фильтрата полигонов ТБО можно отнести схему, разработанную в США. Фильтрат после усреднения поступает на установки осаждения тяжелых металлов с использованием полимерных флокулянтов, затем в нейтрализаторы и реакторы анаэробной очистки. В реакторах разлагается органическая часть загрязнений с образованием метана. После газ о отделителей фильтрат поступает на двухступенчатую аэробную очистку с последующей фильтрацией.

Высокая степень очистки и обеззараживания фильтрата характерна для полигонов ТБО в Японии с использованием биотехнологии с последующим осаждением тяжелых металлов и адсорбцией на активных углях.

Приведенные схемы очистки фильтрата обладают высокой эффективностью, но требуют значительных капиталовложений, высокопрофессионального обслуживания и могут использоваться обустроенных современными технологиями санитарных полигонов ТБО.

Ориентируясь на зарубежный опыт при разработке технологий очистки фильтрата, необходимо учитывать нашу специфику: климатические условия, состояние полигонов, состав почв и т.д. В России большинство полигонов не удовлетворяют

современным требованиям, на них даже не организована система сбора фильтрата. При техническом состоянии российских полигонов внедрение таких сложных и дорогостоящих систем очистки фильтрата малодоступно. Однако элементы рассмотренных технологических схем и опыт их реализации могут быть использованы при реконструкции действующих и проектировании новых полигонов ТБО.

Существенным отличием фильтрата от других типов сточных вод является неравномерность их накопления в течение года за счет сезонных колебаний уровня атмосферных осадков. На практике фильтрат принято подразделять на 2 вида: «молодой фильтрат», образующийся на первых этапах разложения отходов в аэробной и анаэробной ацетогенной фазе (от 2 до 7-10 лет складирования), «старый фильтрат», формирующийся на стадиях метаногенеза.

Фильтрационные воды, образующиеся в ацетогенной фазе (pH = 3,5-6,0), характеризуются высокими значениями ХПК (5000-30000 мг02/дм3) и БПК5 (2000-20000 мг02/дм3). Состав органических примесей в основном представлен летучими органическими кислотами жирного ряда. На этой стадии начинают также протекать процессы гумификации отходов.

В фильтрате, образующемся на стадии активного метано-генеза (pH - б,5-8,8), значительно снижаются величины ХПК (3000-4000 мг02/дм3) и БПК5 (100-400 мг02/д;;?'). На стабильной стадии метаногенеза (рекультивационный и пострекультива-ционный этапы жизненного цикла полигона) идет дальнейшее уменьшение концентрации органических веществ в фильтрате, однако увеличивается доля трудно окисляемых соединений, образующихся при дальнейшем распаде и гумификации отходов.

ТБО содержит черные и цветные металлы, которые способны подвергаться коррозии, участвовать в окислительновосстановительных реакциях, образовывать комплексные соединения с органическими лигандами - продуктами биохимического разложения органической части ТБО, образовывать трудно растворимые гидроксиды, карбонаты, фосфаты, сульфиды и др. Подвижность и концентрация ионов металлов в фильтрате меняется в зависимости от этапа жизненного цикла полигона.

Таким образом, особенностями фильтрата полигонов захоронения ТБО являются:

- сложный химический состав, представленный как органическими,так и неорганическими примесями, и изменяющийся на каждом этапе жизненного цикла полигона;

- зависимость объема и состава фильтрата от сезонных колебаний атмосферных осадков;

- высокое содержание токсичных компонентов;

- зависимость объема и состава фильтрата от возраста, площади и мощности полигона, инженерной инфраструктуры полигона, морфологического состава ТБО;

- наличие бактериального загрязнения.

В настоящей работе предлагается технология многоступенчатой физико-химической очистки фильтрата до нормативов на сбросы в водоемы культурно-бытового назначения. Очищенный фильтрат полигона может частично использоваться для орошения полигона как для ускорения гидролизных процессов, способствующих ферментации,так и во избежание пыления и возгорания,а частично направляться в пруд-испаритель для испарения и возврата осадка после обезвреживания в тело полигона.

При разработке технологии очистки фильтрата было проведено глубокое изучен нехарактеристик и свойств образующихся фильтратов на различных полигонах захоронения ТБО. Обобщенные данные представлены в таблице 1.

Приведенные характеристики свидетельствуют о специфическом составе фильтрата и изменении его свойств и характеристик в зависимости от времени эксплуатации полигона. Соответственно, не может быть однозначно принята технология очистки фильтрата для всех полигонов.

Предложенная при разработке проекта строительства локальных очистных сооружений полигона по захоронению ТБО «Икша-2» технологическая схема комплексной очистки фильтрата представлена на рисунке 1.

В соответствии с разработанной схемой загрязненный фильтрат проходит многоступенчатую очистку:

- перевод в осадок наиболее легко осаждаемых видов загрязнений (гуматов) осуществляется путем обработки

Таблица 1. Состав фильтратов полигонов с различным сроком функционирования

Наименование показателей фильтрата Единицы измерения фильтрат от полигона с начала работы 1-3 года фильтрат от полигона от 3 до 10 лет фильтрат от полигона более 10 лет

Кислотность(pH) - 4-7 5-6 7-8

БПК п мг02/л 15000 6000 1000

ХПК мг 02/ л 21000 13000 6000

Ион аммония мг/л 800 300 500

Солесодержание мг/л 1000 2000 6000

Рис. 1. Принципиальная технологическая схема очистки фильтрата полигона ТБО

1. Насос для подачи осадка в накопительную емкость

2. 6. Емкость для приема фильтрата и его обработки известью

3. 7. Емкость для приема пены

4. Компрессор для аэрирования емкостей

5. Склад извести и система его подачи в емкости

8. Насос для отбора-фильтрата из емкостей

9. Тонкослойный отстойник

10. Промежуточная емкость перед градирней

11. Насос перед градирней

12. Градирня для отгонки аммиака

13. Промежуточная емкость перед смесителем

14. Насос для подачи фильтрата в смеситель

15. Емкость с нейтрализующим раствором

16. Насос-дозатор для нейтрализующего раствора

17. Смеситель

18. Контактный осветлитель

19. Промежуточная емкость

20. Насос для подачи фильтрата на установку электрохимической обработки

21. Установка электрохимической обработки

22. Аэрируемый биопруд

23. Пруд-испаритель

24. Компрессор для аэрации пруда

25. Насос для промывки контактного осветлителя

26. Резервуар - накопитель осадка

Таблица 2. Проектное содержание загрязняющих веществ по основным показателям

№ п/п Наименование загрязняющих веществ Проектное содержание загрязняющих веществ в фильтрате, мг/л

в поступающем на очистку в очищенном

1. ХПК, мгО,/л 15000 1000

2. БПКп 7000 10

3. Ион аммония, мг/л 3200 100-500

4. Ион железа, мг/л 14 0,15

5. Взвешенные вещества, мг/л 15000 450

4 2011 107

фильтрата известью. Образующийся при этом карбонат кальция выпадает в осадок, соосаждая с собой нерастворимые в щелочной среде (pH > 11) гуматы кальция:

Са(0Н)2+Са(НС03)2 -+2СаС03|+2Н20 (1),

Са(0Н)2 +№2Нит —>>-СаНит|+2№0Н (2);

- отделение осадка от фильтрата осуществляется путем предварительной декантации и последующего разделения на тонкослойном отстойнике;

- основной объем амммиака отделяется от фильтрата при высоких значениях pH (pH 11-12) в градирне:

Са(0Н)2+МН4С1 —>-МН3|+2Ма0Н (3);

- после нейтрализации до pH 6-8 фильтрат дополнительно очищается на электрокоагуляторе;

- фильтрат направляется для окончательной очистки в биологический пруд. Очищенный фильтрат направляется в пруд-испаритель, где частично испаряется, а частично расходуется на производственные нужды полигона.

Токсичные компоненты фильтрата после их обработки известью переходят в нерастворимое состояние, осаждаются и возвращаются в виде осадка на полигон. Возможно использование образующегося осадка при создании изолирующих слоев. Для этого образовавшийся в емкости осадок илососом направляется в накопительную емкость, из которой вывозится на полигон.

Основные проектные технические характеристики очистных сооружений:

Таблица 3. Эффективность очистки фильтрата по стадиям

1) проектная производительность, м3/сутки - 120;

2) режим работы установки очистки фильтрата - круглосуточный, 6 месяцев в году с 1 мая по 1 октября (153 дня).

3) проектное содержание загрязняющих веществ по основным показателям приведено в таблице 2.

4) эффективность очистки фильтрата от загрязняющих веществ, %:

- от взвешенных веществ 97

- от органических веществ по показателю ХПК 93,3

- по показателю БПКп 99,8

-от аммония 84-97

- от железа 99

Описание технологической схемы очистки фильтрата

Глубокая очистка фильтрата является многостадийным процессом и включает следующие основные методы: реагентный, электрохимический, биологический.

В соответствии с разработанной технологической схемой фильтрат с площадки полигона поступает в сборный колодец, из которого насосом направляется в приемные железобетонные емкости локальных очистных сооружений.

Каждая приемная емкость разделена посередине стенкой на две секции: одна секция служит для приема фильтрата и его обработки известью, другая секция служит для гашения пены. В качестве реагента используется известковое молоко.

Подача известкового молока начинается одновременно с подачей фильтрата. После подачи в емкость последней порции

№№ п/п Наименование показателей Показатели исходного фильтрата, мг/л Степень очистки, % к исходным показателям Содержание примесей в очищенном фильтрате фильтрата

После осаждения известью После отстойника и градирни После электрохи- мической обработки После биопруда по проекту/ факт

1 ВПК, 7000 85 92 95 99 10/70

2 ХПК 15000 83 70 85 97 1000/450

3 Сульфаты 300 - - - - 300

4 Хлориды 4000 - - - - 4000

5 Нитраты 20 25 40 50 80 4/4

б Аммоний 3200 25 60 80 84-97 100-500

7 Натрий 4000 - - - - 4000

8 Железо 14 57 79 99 99 0,15/0,14

9 Взвеш. вещества 15000 33 70 85 97 450/450

10 Свинец 1,5 47 66 98 99,8 0,05/0,05

11 Медь од 60 60 80 80 0,8/0,02

12 Цинк 0,6 80 90 95 95 0,5/0,03

13 Никель 0,4 50 63 80 87,5 0,05/0,05

14 Хром 0,11 55 64 80 87 0,07/0,01

15 Нефтепродукты 0,7 57 57 80 87 0,1/0,09

108 4 2011

известкового молока перемешивание прекращается, и втече-ние 6 часов проходит процесс осаждения образовавшегося осадка. Образовавшаяся пена через перелив перетекает во вторую секцию емкости, где постепенно оседает.

После заполнения фильтратом первой емкости в соответствии с графиком подачу фильтрата переключают на вторую емкость, в которой последовательно проводятте же операции, что и в первой емкости.

Обработанный в емкости фильтрат с помощью насоса подается через тонкослойный отстойник в промежуточную емкость. Отделенный от осадка в тонкослойном отстойнике фильтрат поступает в промежуточную емкость, которая является буфером перед градирней. Назначение буфера

- согласовать скорость подачи жидкости из тонкослойного отстойника со скоростью ее подачи в градирню. Из промежуточной емкости фильтрат насосом подается в градирню, где проводится отгонка аммиака.

Образовавшийся в емкостях нерастворимый осадок откачивается илососом и направляется в резервуар-накопитель. Из резервуара- накопителя осадок поступает на захоронение в специально отведенных местах полигона.

Фильтрат, пройдя градирню через промежуточную емкость, направляется в смеситель, где нейтрализуется серной кислотой. Нейтрализованная жидкость из проточного смесителя поступает в контактный осветлитель - фильтр с зернистой песчаной загрузкой.

Профильтрованная жидкость насосом подается для доочистки на установку электрохимической обработки (электрокоагуляции). Обработка проводится в электрокоагуляторе с растворимым А1-электродом. Образующийся при электролизе осадок собирается в специальную емкость.

Из установки фильтрат поступает в биологический пруд и затем в окончательный пруд-испаритель.

Осадок от всех стадий технологического процесса с помощью илососа поступает в накопитель.

Сравнение расчетной и фактической эффективности очистки фильтрата по стадиям представлена в таблице 3.

Таким образом, в работе показана эффективность предложенного комплексного подхода для создания и успешного применения технологии очистки фильтрата на примере конкретного объекта полигона по захоронению ТБО «Икша-2». При строительстве новых объектов необходимо предусматривать управление процессом очистки фильтрата с учетом возможных неоднородностей и изменения его состава. В этих случаях особое внимание следует уделить процессу предварительного накопления фильтрата и усреднению его по составу, а также в ряде случаев предусмотреть его предварительное разбавление.

Литература

1. Анфимова Ю.В., Глушанкова И.С. Фильтрат: технологии очистки. «Твердые бытовые отходы». 2008, №2.

2. Поворов А.А. Комплексная установка по очистке

дренажных вод полигонов твердых бытовых отходов. ЗАО «Мембрана», г. Владимир. Тезисы доклада II Международного конгресса по управлению отходами. Москва, 2001.

3. Вайсман Я.И. Физико-химические методы защиты биосферы. Очистка фильтрационных вод полигонов захоронения твердых бытовых отходов. Учебное пособие. Пермь, изд-во Пермского Государственного технического университета, 2005.

4. Гончарук В.В., ШкавроЗ.Н., Кучерук Д.Д. и др. Комплексная очистка сточных вод свалок твердых бытовых отходов. «Химия и технология воды», 2007, Т. 29, №1, С. 55-66

Literatura

1. Anfimova U.V., Glushankova I.S. Filtrat: technologii ochistki. «Tverdye bytovie otchodi», 2008, №2.

2. Povorov A.A., Kompleksnaya ustanovka po ochistke drenazhnih vod poligonov tverdych bytovih othodov. ZAO «Membrani», g. Vladimir. Tezisy doklada II Mezhdunarodnogo kongressa po upravleniu othodami. Moskva, 2001.

3. Vaysman Y.I. Fiziko-hemicheskie metodi zashity biosfery. Ochistka fiItracionnich vod poligonov tverdyh bytovih othodov: Uchebnoe posobie. Perm, Izdatelstvo Permskogo Gossudarstvennogo Tehnicheskogo Universiteta.

4. GoncharukV.V.,ShkavroZ.N., KucherukD.D. Kompleksnaya ochistka stochnych vod svalok tverdyh bytovih othodov. «Himia i tehnologia vody», 2007, t. 29, s. 55-56.

Complex Technology for Filtrate Treatment at Solid

Domestic Waste Landfills. By A.A.Konygin

The article looks at technological and building aspects of the problem of formed filtrate neutralization at solid domestic waste landfills.

Ключевые слова: фильтрат, полигоны захоронения ТБО, локальные очистные сооружения полигонов ТБО, аэри руемые сооружения, организация обезвреживания фильтратов полигонов захоронения ТБО.

Key words: filtrate, solid domestic waste landfills, local treatment facilities for domestic waste landfills, aeration constructions, organizing of solid domestic landfill filtrate neutralization.