ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОЧИСТКИ ФИЛЬТРАТОВ ПОЛИГОНОВ ХРАНЕНИЯ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕМБРАН

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

УДК 628.16:62-278 DOI: 10.22227/1997-0935.2021.6.698-719

Экономические аспекты очистки фильтратов полигонов хранения твердых коммунальных отходов с применением мембран

А.Г. Первов, Т.Н. Ширкова, Д.В. Спицов

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

(НИУ МГСУ); г. Москва, Россия

АННОТАЦИЯ

Введение. Сточные воды полигонов хранения твердых бытовых отходов (фильтраты ТБО) содержат в высоких концентрациях органические продукты разложения отходов, минеральные соли. Концентрации органических веществ (ОВ) в показателях химического потребления кислорода (ХПК) могут достигать 5000 мг/л, ионов аммония — 2500 мг/л, величина общего солесодержания — 15 000 мг/л. Для того чтобы очистить такие растворы методом обратного осмоса до значений, соответствующих современным нормативным требованиям сброса в окружающую среду, требуется очистка в две или в три ступени. Вследствие высоких значений солесодержания и ХПК, производительность современных обратноосмотических мембран, предназначенных для обессоливания подземных и морских вод, имеет очень низкое значение. С целью снижения затрат на мембранные аппараты авторами исследована возможность применения нанофильтрационных мембран на первой ступени очистки.

Материалы и методы. Проведены эксперименты, позволяющие определить изменение концентраций растворенных загрязнений в фильтратах обратноосмотических и нанофильтрационных мембран и снижение производительности мембран на каждой ступени очистки. Изучены варианты максимального снижения расхода концентрата при очистке фильтратов ТБО. Получены основные зависимости, позволяющие определить требуемые расходы концентрата в зависимости от глубины очистки по иону аммония. Описана методика выявления площади поверхности О о мембран на каждой ступени очистки в зависимости от состава фильтрата ТБО.

(У (У

, , Результаты. Для трех разных составов фильтратов ТБО Московской области представлены расчеты эксплуата-

ционных затрат в зависимости от выбранной схемы очистки и технологии дальнейшей утилизации концентратов О § мембранной установки.

Выводы. При обработке фильтратов твердых коммунальных отходов с высокими величинами ХПК и общего солесодержания целесообразно на первой ступени мембранной очистки использовать нанофильтрационные мембраны, что дает возможность сократить расход концентрата и уменьшить величину эксплуатационных затрат. Для утилизации концентрата установки обратного осмоса разработана технология, позволяющая разделить концентрат на два 2 Е потока: поток с высоким содержанием ОВ и поток с высоким содержанием минеральных солей, хлоридов натрия и

О тт аммония.

ф ф

Е о ¿Г О

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: обратный осмос, нанофильтрация, фильтрат полигонов хранения твердых бытовых отходов, увеличение выхода фильтрата, снижение производительности мембран, селективность мембран, затраты на замену

j= tj мембран

О <u

g о ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Первов А.Г., Ширкова Т.Н., Спицов Д.В. Экономические аспекты очистки фильтратов по-

§ < лигонов хранения твердых коммунальных отходов с применением мембран // Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. Вып. 6.

4 ]2 С. 698-719. DOI: 10.22227/1997-0935.2021.6.698-719

8 « ™ . I

от | Economic aspects of landfill leachate treatment

using reverse osmosis membranes

po Alexey G. Pervov, Tatiana N. Shirkova, Dmitriy V. Spitsov

9 E Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU);

2 -2 Moscow, Russian Federation

CD '

T- ^ -

от от

ABSTRACT

• • Introduction. Landfill leachates contain highly concentrated organic products of waste degradation and mineral salts. Con-(j D centrations of organic matter demonstrate high COD values up to 5,000 mg/l, concentrations of ammonium ions reach ^ jj 2,500 mg/l, while the total salt content may reach 15,000 mg/l. Two to three reverse osmosis treatment stages may be nees g ded to produce the water that meets effective regulations governing the composition of water discharged into the environS x ment. Also, high salt content and COD values dramatically reduce the membrane capacity. The co-authors explored the use I c of nanofiltration membranes at the first stage of the leachate treatment in an effort to reduce membrane operation costs. jj jj Materials and methods. The experiments, conducted within the framework of this research undertaking, allowed to identify U > a change in the concentrations of contaminants, dissolved in the leachates of reverse osmosis and nanofiltration membranes, as well as the reduced capacity of membranes at each stage of treatment. The co-authors have studied the alter-

© А.Г. Первов, Т.Н. Ширкова, Д.В. Спицов Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial

native methods that may ensure maximal reduction of the concentrate consumption in the process of leachate treatment. Principal dependencies, derived as a result of the research, enabled the co-authors to identify the concentrate consumption rates depending on the extent of treatment focused on ammonium ions. The co-authors describe the methodology employed to identify the area of membranes at each treatment stage depending on the leachate composition. Results. Calculations of operating costs are provided for three compositions of leachates, typical for the Moscow region, depending on the treatment methodology and further recovery of membrane concentrates.

Conclusions. Nanofiltration membranes can be used at the first stage of the landfill leachate treatment in the case of high COD and salt content. The application of nanofiltration membranes allows to reduce the concentrate consumption rate and cut operating costs. A new technology is developed to split the concentrate into two flows: the flow that has a high organic matter content, and the flow that has a high content of mineral salts, sodium and ammonium chlorides in order to facilitate the recovery of the concentrate.

KEYWORDS: reverse osmosis, nanofiltration, landfill leachate, leachate recovery improvement, membrane capacity reduction, membrane selective ability, membrane replacement costs

FOR CITATION: Pervov A.G., Shirkova T.N., Spitsov D.V. Economic aspects of landfill leachate treatment using reverse osmosis membranes. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2021; 16(6):698-719. DOI: 10.22227/1997-0935.2021.6.698-719 (rus.).

ВВЕДЕНИЕ

Создание полигонов хранения твердых коммунальных отходов (ТКО) породило проблему загрязнения подземных и поверхностных вод токсичными продуктами разложения органических веществ (ОВ). «Тело» полигона хранения ТКО (рис. 1) пропитано водой, содержащей токсичные органические и неорганические загрязнения в высоких концентрациях.

При выпадении осадков дождевые воды вытесняют воду из «тела» полигона, образуя фильтрат. Попадание фильтрата полигона ТКО в подземные и поверхностные водоисточники вызывает их загрязнение и создает серьезную экологическую проблему [1-3].

Возможность очистки фильтрата ТКО до уровня современных требований, предъявляемых к очищенной воде, поступающей в водоемы рыбохо-зяйственного назначения, представляет сложную техническую задачу [4, 5]. Так, содержание ионов аммония следует снизить (в случае полигона «Ти-мохово» (табл. 1)) в 5-6 тысяч раз. Удаление из воды органических загрязнений при таких высоких показателях химического потребления кислорода (ХПК) (от 2000 до 4000 и выше) также требует серьезных затрат [6-8]. Рядом исследователей проводилось изучение возможности химического осаждения органических загрязнений, определяемых показателем ХПК, из фильтрата ТКО [9, 10]. Как показали результаты этих работ, для добавления реагентов —

0 3 A s Д Л

' С 0 3 A V

a b

Рис. 1. Загрязнение подземных и поверхностных вод токсичными продуктами разложения ОВ полигонов твердых бытовых отходов (ТБО): а — образование фильтрата ТБО во время дождя; b — очистка фильтрата ТБО методом обратного осмоса и возврат концентрата в «тело» полигона; 1 — объем, заполненный дождевой водой; 2 — «тело» полигона; 3 — водоем сбора фильтрата полигона; 4 — объем, заполненный концентратом установки обратного осмоса; 5 — рабочий насос установки обратного осмоса; 6 — мембранный аппарат обратного осмоса; 7 — выход очищенной воды; 8 — покрытие полигона; 9 — сброс концентрата на «тело» полигона

Fig. 1. Contamination of subterranean and surface waters by toxic products of organic matter decomposition at landfills: a — the landfill leachate generated during rainfalls; b — landfill leachate treatment using reverse osmosis techniques and the return of the concentrate into the landfill body; 1 — the area filled with rainwater; 2 — the landfill body; 3 — the landfill leachate collection tank; 4 — the area filled with the reverse osmosis concentrate; 5 — the reverse osmosis pump; 6 — the reverse osmosis membrane; 7 — treated water; 8 — landfill coating; 9 — concentrate discharge on the landfill body

< П

iH

kK

G Г

S 2

0 CO § CO

1 S

У 1

J to

^ I

n °

S 3 o

zs (

о §

E w

§ 2

n 0

S 6

r 6

t (

Cc §

S )

ii

. В

T

s

s У с о <D Ж б>б>

О О 10 10

5

9

сернокислого железа [11-13], извести [11, 14-16], флокулянтов [7, 8, 15, 17] и других реагентов в сте-хиометрических количествах (не менее 5-7 г на 1 л фильтрата ТКО) необходимы значительные затраты [18, 19]. Большое количество образующегося осадка вызывает решение проблем по его утилизации и вывозу на специальные полигоны. Поэтому в практике очистки фильтратов ТКО методом обратного осмоса [15, 17] часто стадия предварительной очистки используется только для удаления взвешенных веществ. А удаление растворенных солей и органических соединений производится с помощью метода обратного осмоса [15, 17, 20] с получением очищенной воды и концентрата.

Как известно, технология обратного осмоса позволяет эффективно удалять из воды не только загрязнения в ионной форме (аммоний), но и растворенные органические соединения, определяемые показателем ХПК [4, 5, 11-13, 15]. Современные обратноос-мотические мембраны при очистке снижают концентрацию аммония в воде в 20-30 раз [20-22]. Чтобы снизить содержание аммония в 2000-5000 раз, нужно не менее трех ступеней обработки воды, когда очищенная мембранами вода проходит обработку на следующей ступени обратного осмоса (рис. 2) [20-22]. При этом с ростом величины ХПК и общего солесо-держания производительность мембран снижается [17, 22]. Часто при обработке воды с высоким содер-

7,5 м3/ч / m3/hour

2,5 г/л, хпк-2000 мг/л / g/l, COD-2000 mg/l 2

IX

z

2,5 м3/ч / m3/hour

7,0 г/л, хпк-6000 мг/л / g/l, COD-6000 mg/l

\

Концентрат Concentrate

Пермеат установки 00

Permeate of the 00 module ✓--

N N

О О

tV N

(О (О

* (V

U 3 > 1Л

С И

to <0

5,0 м3 /ч, хпк-100 мг/л / m3/hour, COD-100 mg/l 10,25 г/л / g/l

<0

о H

<u <u

О ё

CO [J со E

E о

CL °

^ с

ю о

s ц

о E

со ^

T- ^

CO CO

Концентрат установки 00 Concentrate of the 00 module

^Пермеат установки нанофиль трации

Пермеат аппаратов нано-фильтрации II ступени Permeate of the nanoscale filtering units of the second stage

Пермеат аппаратов нанофильтра-ции II ступени Permeate of nanoscale filtering units of the second stage

Концентрат установки на-нофильтрации Concentrate of the nanoscale filtering unit

b

Рис. 2. Балансовые схемы обработки фильтратов ТКО с применением установок обратного осмоса и нанофильтрации: а — балансовая схема разделения фильтрата ТКО методом обратного осмоса на пермеат и концентрат; b — принципы сокращения расхода концентрата установки обратного осмоса путем применения «каскада» нанофильтрационных мембранных аппаратов; 1 — рабочий насос; 2 — обратноосмотический аппарат; 3 — регулирующий давление вентиль; 4 — бак сбора концентрата; 5 — рабочий насос установки нанофильтрации для сокращения расхода концентрата; 6 — нанофильтрационные аппараты-концентраторы

Fig. 2. Balance diagrams of landfill leachate treatment using reverse osmosis and nanofiltration facilities: a — the balance diagram of the landfill leachate division into permeate and concentrate using reverse osmosis membranes; b — concentrate consumption reduction principles based on the "cascade" of nanofiltration membrane modules; 1 — main pump; 2 — reverse

osmosis module; 3 — pressure regulation valve; 4 — concentrate collection tank; 5-pump of the nanofiltration unit reducing

the concentrate consumption rate; 6 — nanoscale filtering concentrators

1

a

жанием солей и ОВ низконапорные мембраны могут оказаться неприменимы в силу низкой величины удельной производительности. Потому в ряде случаев для очистки фильтратов ТКО используют мембраны, предназначенные для опреснения морской воды, работающие при давлении 50-70 бар [22].

Серьезную проблему при применении технологии обратного осмоса представляют образование концентратов и их утилизация [23-27]. Расходы концентратов при обработке фильтратов ТКО методом обратного осмоса даже с помощью мембран, предназначенных для опреснения морской воды, составляют не менее 30 % от всей поступающей на обработку воды. Уменьшение расхода концентрата влечет за собой увеличение концентраций солей и органических веществ в концентрате, увеличение осмотического давления и, как результат — резкое падение производительности мембран. Именно это обстоятельство создает сложности для применения метода обратного осмоса для очистки фильтратов полигонов ТКО.

В практике эксплуатации систем обратного осмоса на полигонах ТБО получаемый концентрат установок обратного осмоса, составляющий порядка 30 % от общего количества обрабатываемого фильтрата, после обработки возвращается в «тело» полигона путем его равномерного «разбрызгивания» над поверхностью (рис. 1). Это приводит к тому, что к получаемому после дождя фильтрату ТКО прибавляется еще 30 % его расхода. Таким образом, на установку обратного осмоса поступает дополнительно расход, составляющий 30 % поступающей на очистку воды, а после обработки этих «дополнительных тридцати процентов» методом обратного осмоса к этой части прибавляется еще 10 % общего расхода (1/3 расхода концентрата). Для получения 1 м3 очищенного фильтрата ТКО установка обратного осмоса должна быть рассчитана на получение 1,4 м3 очищенного фильтрата, что практически в полтора раза увеличивает ее капитальные и эксплуатационные затраты.

Поступление с концентратом всех удаленных из фильтрата ТКО загрязнений и смешение его с дождевой водой сохраняет баланс загрязнений: после смешивания дождевой воды и концентрата получается вода, соответствующая по составу фильтрату ТКО. Накопление загрязнений в теле полигона ведет со временем к увеличению их концентраций и усложнению очистки фильтратов ТКО. С целью повышения очистки фильтратов ТКО следует искать решения по утилизации концентратов установок обратного осмоса. Одним из наиболее эффективных путей решения этой проблемы может быть: радикальное снижение расхода концентрата до величины 1-5 % от расхода исходной воды и возможный вывоз и утилизация концентрата вместе с обезвоженным осадком, который уже осуществляется на ряде объектов при очистке стоков ливневых вод пром-

площадок и предприятий химической промышленности [20, 21, 28]. При обработке воды с высоким солесодержанием увеличение величины выхода фильтрата (отношения расхода фильтрата к расходу исходной воды, поступающей на очистку) ведет к падению производительности мембран. Увеличить величину выхода фильтрата можно, применяя низкоселективные нанофильтрационные мембраны [17, 20, 24]. Такой «каскадный» подход применяется при опреснении морской воды [8, 24-27], а также при концентрировании солевых растворов [27]. При этом значение величины выхода фильтрата при обработке стоков ТКО может достигать 90-95 %, а концентрация солей в концентрате достигать 75-80 г/л [28-30].

В настоящей работе рассмотрены три варианта решения проблемы. В первом случае изучен традиционный подход, применяемый сейчас при очистке фильтратов ТКО на большинстве полигонов Московской области. Перед подачей на установки обратного осмоса фильтрат ТКО проходит предварительную обработку с применением коагулянтов и флокулянтов в режиме контактного осветления с целью удаления взвешенных веществ. Такая схема получила название «кайзеровской» по имени генерального директора компании «Экокон» Оливера Кайзера (Австрия), первой начавшей «освоение» полигонов ТКО в Московской области. «Кайзеровская» схема ведет обработку фильтрата ТКО в три ступени, на первой ступени используются мембраны для опреснения морской воды, работающие под давлением 60-70 МПа. Это связано с тем, что фильтрат ТКО имеет не только высокое солесодержание (от 2000 до 9000 мг/л), но и высокое значение ХПК (1700-3000 мг/л). Это повышает требуемую величину рабочего давления. Потому «кайзеровская» схема может обеспечить расход концентрата не менее 30 % от расхода исходного фильтрата (рис. 2). Балансовая схема первой ступени такой схемы показана на рис. 2, а. Принципы дальнейшей обработки концентрата с применением низкоселективных на-нофильтрационных мембран с целью снижения его расхода приведены на рис. 2, Ь.

Для снижения затрат на обработку фильтрата ТКО и одновременной утилизации концентрата авторами исследовалась также схема, использующая ре-агентно-мембранную технологию [28, 31-33]. В соответствии с разработанной технологией, исходный фильтрат подвергается реагентной обработке (добавке реагентов в стехиометрических количествах, позволяющих осадить большую часть содержащихся ОВ). Благодаря удалению ОВ и снижению величины ХПК, расход концентрата установки обратного осмоса может быть снижен до величины, не превышающей 2-3 % от расхода поступающей на очистку воды. Это достигается посредством удаления из воды растворенных ОВ, существенно увеличивающих осмотическое давление фильтрата ТКО,

< п

к К

о Г и 3

о со § со

У 1

о со

и-

^ I § °

о

з (

о?

о §

Е м § 2 § 0

2 6

> 6 $ (

ф ) щ

Ф о о» в  г

(Л п (Я у с о

Ф я

2 2 О О 2 2

сч (V О О

рч сч

«f «о

х а " 3

> м

Е Л

2 ~

GQ (0

. г

«О щ

if

<u <u

О Si

-—- -f^

о

о ¡г

g <

Я -

z  ^

СО "

сл 2

о

CL ° с

ю о

S 1

о Е

СП ^ т-

~Z. £

w £

s

E£

U Irt

ш fiQ >

что позволяет снизить величину рабочего давления. Принципы снижения расхода концентрата с применением низкоселективных (нанофильтрационных) мембран и балансовая схема потоков представлены на рис. 2, Ь. Концентрат после установки обратного осмоса (рис. 2, а) проходит последовательно через аппараты-концентраторы с нанофильтрационными мембранами, которые задерживают (в зависимости от величины рабочего давления) от 60 до 70 % содержащихся в исходной воде солей. Поэтому перме-ат каждой ступени аппаратов-концентраторов (рис. 2, Ь) направляется на вход в аппараты предыдущей ступени, поскольку пермеат аппаратов этой ступени по своему солевому составу приближается к исходной воде, поступающей в аппараты предыдущей ступени. Так, пермеат аппаратов-концентраторов первой ступени идет на вход в установку обратного осмоса, поскольку его солесодержание близко по значению к солесодержанию исходной воды. Пермеат аппаратов-концентраторов второй ступени — на вход в аппараты-концентраторы первой ступени, поскольку по своему составу этот пермеат приближается к составу концентрата установки обратного осмоса. И так далее: пермеат аппаратов третьей ступени поступает на вход в аппараты второй ступени. Таким образом, достигается требуемое снижение расхода концентрата при низком давлении. Например, как видно из рис. 2, Ь, концентрация солей в концентрате установки достигает 47,5 мг/л при давлении 16-17 бар, поскольку разница осмотических давлений между концентратом и пермеатом составляет 15 бар [27, 28, 31, 32]. Концентрат может быть утилизирован совместно с обезвоженным осадком [28, 31].

Снижение расхода концентрата достигается благодаря использованию на первой ступени очистки нанофильтрационных мембран, обладающих более высокой производительностью [25, 26] при низких величинах рабочего давления [29, 30]. Осадок может быть утилизирован на полигоне ТКО при его рекультивации. Такой подход дает возможность сократить расходы электроэнергии, затраты на мембраны и реагенты для их эксплуатации и в целом оказывается более экономически эффективным, чем применение традиционного подхода с возвратом концентрата в тело полигона [33]. Однако складирование на полигоне осадка, содержащего практически все удаленные из воды загрязнения, сохраняет опасность заражения ими водоисточников. Представляется целесообразным «вывозить» удаленные загрязнения с полигона. Для этого авторами рассмотрен еще один технологический подход, состоящий в «радикальном» сокращении расхода концентрата при обработке фильтратов ТКО, доведя его расходы до минимальных значений (2-5 % в зависимости от солесодержания фильтрата ТКО), позволяющих осуществлять его вывоз автотранспортом. Концентрат может быть доставлен на станции очистки сточных вод и может смешиваться с осад-

ком, поступающим на обезвоживание (рис. 3). Для предотвращения попадания в обезвоженный осадок дополнительных загрязнений от фильтрата ТКО, вызывающих изменение категории его опасности, авторами разрабатываются новые подходы по разделению концентрата на различные потоки, что позволяет проводить их раздельную утилизацию.

Для случаев обработки фильтратов ТКО авторами проработаны трехступенчатые и четырехступенчатые схемы [28, 31, 32], где для снижения расходов на закупку и замену мембран и увеличения выхода фильтрата на первой ступени использованы низкоселективные нанофильтрационные мембраны. Балансовые схемы и уравнения представлены на рис. 3.

2ф5 = qhk - qj

Qk1 = QK

qф1 = q

Q

^ QK

2 K2K2-1 Qk

qф1

K Qk1/K5 :

qH/kkjl

-K_Д-Ф v 2

q2 = q:3 k/(k- 1) - QK

Q = q:4 k,/

Qk4 = Q:

b

Рис. 3. Схемы очистки фильтрата ТБО с применением мембран обратного осмоса на первой ступени (а) и с применением нанофильтрационных мембран с сокращением расхода концентрата (b): 1 — аппарат первой ступени; 2 — аппарат второй ступени; 3 — аппарат третьей ступени; 4 — аппарат четвертой ступени

Fig. 3. Flow diagrams of landfill leachate treatment using reverse osmosis membranes at the first stage (a) using nanofil-tration membranes that reduce concentrate consumption (b) 1 — first stage unit; 2 — second stage unit; 3 — third stage unit; 4 — fourth stage unit

а

Qk3

Qk3 = q:3/

q:2

Q:3

> Q: = Q:

Экономические аспекты очистки фильтратов полигонов хранения твердых коммунальных отходов с применением мембран

С. 698-719

На первой ступени используются нанофильтра-ционные мембраны с низкой селективностью по солям (70 %), что дает возможность достичь на первой ступени заданной величины выхода пермеата (отношения расхода пермеата к общему расходу воды, поступающей на обработку). При увеличении величины выхода пермеата на первой ступени солесодержание пермеата (воды, прошедшей через нанофильтраци-онные мембраны) увеличивается и приближается по составу к исходной воде. Поэтому часть фильтрата первой ступени, полученная при значении величины выхода фильтрата не более 75-80 %, поступает на очистку на второй ступени, а оставшаяся часть фильтрата первой ступени, получаемая в аппаратах, работающих при значении выхода пермеата 80-97 %, смешивается с исходной водой. Это увеличивает расход воды, поступающей на установку первой ступени и, соответственно, количество нанофильтрационных аппаратов, используемых на первой ступени (рис. 3, а, Ь). На второй ступени используются низконапорные мембраны обратного осмоса. Значение величины выхода пермеата на второй ступени определяет эффективность задержания иона аммония и содержание его в пермеате второй ступени, поступающего на дальнейшую очистку. На третьей и четвертой ступенях (рис. 3, Ь) величина выхода пермеата может иметь значение 90 %, поскольку обработке подвергается вода с низким значением солесодержания. Применение нанофильтрационных мембран на первой ступени дает существенное снижение капитальных и эксплуатационных затрат по сравнению со случаями использования высоконапорных мембран об-

ратного осмоса, поскольку суммарная площадь мембранной поверхности в мембранных аппаратах в случае нанофильтрационных мембран оказывается меньше, чем в схемах с мембранами высокого давления [25-28].

Концентрат установки обратного осмоса имеет величину общего солесодержания 80 г/л. Для его утилизации авторами проработан вопрос удаления концентрата вместе с обезвоженным осадком в виде его влажности. С этой целью концентрат смешивается с осадком, поступающим на обезвоживание (рис. 4). После смешения концентрата с осадком и проведения процесса обезвоживания иловая вода и вода после смешения концентрата с осадком проходит обработку на установке обратного осмоса для разделения ее на очищенную воду (поступающую на вход в установку биологической очистки) и концентрат (с величиной общего солесодержания 80 г/л). Расход очищенной воды (пермеата) равняется количеству воды, поступающей в уплотнитель вместе с влажным осадком. Таким образом, в баке-уплотнителе осадка соблюдается солевой баланс: количество солей, поступающее с влажным осадком и с концентратом установки обратного осмоса, равняется количеству солей, выводимому из бака-уплотнителя вместе с водой, содержащейся в обезвоженном осадке. Все содержащиеся в концентрате установки обратного осмоса удаленные загрязнения выводятся вместе с осадком, влажность которого составляет 80 % [13].

Для расчетов многоступенчатых установок следует знать значения величин К на каждой ступени,

100

Концентрат Concentrate

Осадок на ОБ Dewatered sludge

< Я

Ф (D

t с

iH

M _

G Г

go

С У

0 СО n СО

1 2

y i _

u -§ 0

2 3 o

о? §1 u S

1 N

2 2 a g

2 -r 6

c о о

о

Возврат фильтрата Leachate return

Рис. 4. Принципы утилизации концентрата: 1 — осадкоуплотнитель; 2 — бак отстойной воды; 3 — насос установки обработки иловой воды; 4 — мембраны обработки иловой воды после обезвоживания осадка; 5 — система обезвоживания; 6 — мешок; 7 — бак сброса иловой воды; 8 — насос возврата иловой воды

Fig. 4. Principles of concentrate recovery: 1 — sludge densifier; 2 — settling water tank; 3 — sludge water treatment pump; 4 — membranes used to treat sludge water after the sludge is dewatered; 5 — sludge dewatering system; 6 — sludge bag; 7 — sludge water tank; 8 — sludge water recycling pump

t §

Г §

2 )

j!

a *

. 00

1 r s 3

s у

с о

<D X

en en

2 2 о о

IS) IS)

сч N О О N N

to <0 ¡г <и

U 3 > (Л С И

и «в <0 ф

¡1

ф ф

О £

о

от

ОТ

количество ступеней, значения величин рабочего давления, типы мембран и требуемые количества мембранных аппаратов на каждой ступени. Расчет ведется, исходя из заданных значений расхода пермеата последней ступени и расхода концентрата на первой ступени. Величина выхода пермеата на последней ступени составляет 0,9. Концентрат последней ступени направляется на вход в предыдущую мембранную ступень. Расход пермеата предпоследней ступени (рис. 3) определяется, как сумма расходов пермеата и концентрата последней ступени. Аналогично рассчитываются расходы пермеатов на каждой ступени мембранной установки.

Цели исследования:

• определить для разных составов фильтратов полигонов ТКО типы мембран и параметры установки, обеспечивающей требуемое качество очищенной воды;

• обосновать для разных составов фильтратов полигонов ТКО выбор мембран и установить максимально достижимое значение величины выхода фильтрата установки (кратность снижения объема исходной воды) и затраты на достижение этой величины;

• обосновать принципы и экономическую целесообразность применения нанофильтрационных мембран в схемах очистки фильтратов полигонов ТБО, а также вывоза и утилизации концентрата на станциях обработки осадка.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Параметры для расчета установок определены в лабораторных условиях на экспериментальном

стенде, показанном на рис. 5. Были исследованы составы трех проб фильтратов с полигонов ТБО «Царево» и «Тимохово» в Московской области и ТКО «Александров» во Владимирской области. Составы фильтратов ТБО, а также составы очищенных вод и концентратов, полученных в результате экспериментов, представлены в табл. 1. Эксперименты проводились в лабораторных условиях на экспериментальном стенде (рис. 4). Объем пробы фильтрата, использованного в каждом эксперименте, — 20 л. Исходная вода (фильтрат полигона ТКО) помещалась в бак исходной воды 1, откуда вода насосом 2 подавалась в мембранный аппарат 3, где разделялась на очищенную воду (фильтрат) и концентрат. Концентрат возвращался в бак 1, а фильтрат собирался в баке фильтрата 4. В качестве рабочего насоса использовался шестеренчатый насос модели R0-900-220 производства компании «Райфил» (Москва). Расход шестеренчатого насоса составлял 70-80 л/ч при давлении 7 бар (0,7 МПа). Концентрат после мембранного аппарата возвращался в бак 1, а фильтрат собирался в бак 4. В экспериментах использовались мембранные элементы стандарта 1812 производства компании CSM (Корея) с нано-фильтрационными мембранами типа 70 (модель МБ 1812-70), обратноосмотическими мембранами низкого давления типа BLN (модели RE 2012-100), а также с высокоселективными мембранами типа ВБ (модели RE 1812-60).

По мере накопления фильтрата в баке 4 объем исходной воды в баке 1 уменьшался и значения концентраций растворенных солей и ОВ, обобщенно описываемых показателем ХПК, увеличивались, а производительность мембранного

о о

со <

со S:

8 «

™ §

ОТ "

от Е

Е о CL О

^ с

ю о

S «

о Е

СП ^ т- ^

Исходная вода Feed water

13 6

9

3

8

Рис. 5. Экспериментальная установка для определения параметров работы мембран при разделении фильтрата ТБО: 1 — бак исходной воды; 2 — насос; 3 — мембранный элемент в напорном корпусе; 4 — бак фильтрата; 5 — теплообменник; 6 — манометр; 7-9 — расходомеры; 10 — кран байпаса; 11 — вентиль регулировки расхода исходной воды;

12 — вентиль регулировки рабочего давления и расхода концентрата; 13 — кран регулировки расхода охлаждающей воды; 14,15 — пробоотборники

Fig. 5. An experimental unit used to determine operating parameters of membranes in the process of leachate splitting: 1 — feed water tank; 2 — pump; 3 — membrane element in the pressure vessel; 4 — leachate tank; 5 — heat exchanger; 6 — manometer; 8, 9 — flow meters; 10 — bypass valve; 11 — feed water flow valve; 12 — concentrate pressure and flow regulation valve;

13 — cooling water flow regulation valve; 14,15 — samplers

аппарата по очищенной воде падала. Отношение объема исходной воды V к объему воды в баке 1 в тот момент эксперимента, когда отбиралась проба V, названо авторами коэффициентом концентрирования К = VJVk. Значения коэффициента концентрирования К связаны со значениями величины выхода пермеата установки обратного осмоса (отношения расхода фильтрата бф/0и) соотношением: Qф/Qи = (К - 1)/К. На первой стадии экспериментов объем исходной воды уменьшался с 20 до 0,5 л для фильтрата «Царево», с 20 до 1 л для фильтрата «Тимохово» и с 20 до 2 л для фильтрата «Александров». Для экспериментов на второй стадии (моделирующих вторую ступень очистки) использовались 16 л фильтрата, полученных на первой стадии экспериментов при уменьшении объема исходной воды в баке 1 в 5 раз, что соответствует величине выхода фильтрата на первой ступени

80 % (Qф/Qu = 0,8). При более высоких значениях величины К качество фильтрата низкоселективных нанофильтрационных мембран приближается к качеству исходной воды. Составы фильтратов полигонов ТКО, использовавшихся в экспериментах, показаны в табл. 1. Пример результатов обработки фильтрата полигона ТКО «Александров» с применением реагентов и мембран приведен в табл. 2. На рис. 6 продемонстрированы результаты определений концентраций различных загрязнений в пермеатах мембран на каждой ступени обработки, представленные в виде зависимостей концентраций загрязнений в пермеате от значений коэффициента снижения объема К (отношения объема исходной воды в начале эксперимента к объему концентрата в конце эксперимента).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Табл. 1. Составы фильтрата полигона хранения ТБО Московской области Table 1. Chemical composition of landfill leachates in the Moscow region

Показатели Indicators ТБО «Тимохово» Timokhovo landfill ТБО «Царево» Tsarevo landfill ТКО «Александров» Aleksandrov landfill

Исходный Feed leachate Фильтрат после II ступени 2nd stage leachate Исходный Feed leachate Фильтрат после IV ступени 4th stage leachate Исходный Feed leachate Фильтрат после III ступени 3rd stage leachate

Взвешенные вещества, мг/л Suspended matter, mg/l 180 — 220 — 329 —

ХПК, мг/л COD, mg/l 1728 12 3200 2,1 4387 2,4

БПК, мг/л BOD, mg/l 805 — 925 — 2690 —

Аммоний (NH+) мг/л Ammonium (NH+) mg/l 425 0,45 2400 0,5 380 0,2

NO3-, мг/л NO3-, mg/l 65,5 — 59 — — —

Щелочность, мг/л Alkalinity, mg/l 5600 15 13 546 — 760 —

Cl-, мг/л Cl-, mg/l 728 2 2700 3,0 980 10,0

SO4- , мг/л SO- , mg/l 210 29 1200 — 86 1,2

Общая жесткость, мг-экв/л Total hardness, mg-eq/l 15,5 — 20,0 — 5,5 —

pH 8,9 — 8,9 — 7,7 —

Na+ + К+, мг/л Na+ + К+, mg/l 480 — 1000 — — —

Фенолы Phenols — — 0,2 — — —

Общее солесодержание, мг/л Total salt content, mg/l 3600 6 9000 2 3580 65

Расход, м3/сут Flow rate, m3/day 1000 980 1000 950 1000 900

s

s t 3

3 О S С

со со

у

с_

о

cd cd ^J

I

О cd CO СП

О о

со со "Z. 2

со

О

СП СП о о

о

CD ф

l С

3 n 1

s с n 0>

2 О 2

H

0 s

1

В

J

у

о я 0>

2 О 2

С, мг/л

N N

О О

N N

tO «В

¡г <и

U 3

> (Л

С И 2

U «в

«о щ

¡1

ф Ф

О £

о

о о со < со S:

8« Si §

ОТ "

от IE

Е о

CL ° ^ с

ю о

S ц

о Е

СП ^ т- ^

от от

Концентрат Concentrate

I ступень 1st stage

С, мг/л

Пермеат Permeate

8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000

300 250 200 150 100 50

10

10

11 К

8 10

К

С, 300 250 200 150 100 50

мг/л

II ступень 2nd stage

Пермеат Permeate

С, мг/л 6 5 4 3 2 1

III ступень 3rd stage

Пермеат Permeate

Норматив .Regulatory requirement

17

18 19

8 10

К

4 6

8 К

b

Рис. 6. Зависимости значений ХПК и концентраций аммония от величины K при использовании на всех ступенях мембран BLN: а — в концентрате установки первой ступени и в фильтрате установки первой ступени; b — в пермеате установки второй ступени и в фильтрате установки третьей ступени; 1 — ХПК; 2 — хлориды; 3 — аммоний; 4 — кальций; 5 — ХПК в пермеате первой ступени; 6 — хлориды в пермеате первой ступени; 7 — аммоний в пермеате первой ступени; 8 — кальций в пермеате первой ступени; 9 — ХПК; 10 — хлориды; 11 — аммоний; 12 — кальций; 13 — ХПК; 14 — хлориды; 15 — аммоний; 16 — кальций; 17 — ХПК; 18 —хлориды; 19 — аммоний; 20 — кальций

Fig. 6. Dependencies of Total Oxygen Demand (TOD) and ammonium concentrations on the value of K coefficient for the cases of the BLN membrane used at all stages: a — in the concentrate at the first reverse osmosis stage and in the leachate at the first stage; b — in the permeate at the second stage and in the leachate at the third stage; 1 — COD; 2 — chlorides; 3 — ammonium; 4 — calcium; 5 — COD in the first stage permeate; 6 — chlorides in the first stage permeate; 7 — ammonium in the first stage permeate; 8 — calcium in the first stage permeate; 9 — COD; 10 — chlorides; 11 — ammonium; 12 — calcium; 13 — COD; 14 — chlorides; 15 — ammonium; 16 — calcium; 17 — COD; 18 — chlorides; 19 — ammonium; 20 — calcium

На рис. 6 представлены полученные зависимости концентраций различных загрязнений при обработке фильтрата ТБО на первой ступени и пер-меатов мембран, полученных на второй и третьей ступенях в зависимости от величины К (кратность снижения объема исходной воды после обработки, т.е. отношение объема исходной воды к объему концентрата). Полученные результаты обработаны таким образом, чтобы получить расчетные уравнения зависимостей селективности мембран от выхо-

да фильтрата для разных типов мембран и составов исходной воды (рис. 7).

Алгоритм определения требуемых значений К и концентраций аммония на каждой ступени для четырехступенчатой схемы установки очистки фильтрата «Тимохово» (рис. 3) представлен на рис. 8. Сначала, зная нормативное значение концентрации аммония в воде, сбрасываемой в водоемы рыбохо-зяйственного назначения (0,5 мг/л), и задаваясь максимально возможной величиной выхода фильтрата

1

2

4

6

8

2

4

6

а

1

2

4

6

2

Табл. 2. Результаты обработки фильтрата ТКО «Александров» с применением трехступенчатой схемы обратного осмоса Тable 2. Results of leachate treatment using three-staged reverse osmosis at the Aleksandrov landfill

Показатели Indicators Исходная вода Feed water После реагентной обработки Post-reactant treatment Реагентная обработка Reactant treatment Без реагентной обработки No reactant treatment

После III ступени Following the 3rd stage Концентрат Concentrate После IV ступени Following the 4th stage Концентрат 1 Concentrate 1 Концентрат 2 Concentrate 2

Расход, м3/час Flow rate, m3/hour 5,2-5,3 5,2 5 0,25 5 0,15 0,15

ХПК, мг/л COD, mg/l 4387 605 2,4 33 700 2,9 62 100 5500

рн 7,7 6,5 5,8 — 5,6 — —

Кальций, мг/л Calcium, mg/l 190 70 1,0 — 0,8 1660 460

Натрий, мг/л Natrium, mg/l 1144 1100 4,5 — 4,8 1100 1900

Щелочность, мг/л Alkalinity, mg/l 76,0 13,6 1,2 — 1,4 — —

Аммоний, мг/л Ammonium, mg/l 380 202 0,2 19 900 0,2 2100 17 800

Нитраты, мг/л Nitrates, mg/l 0,3 — — — — — —

Нитриты, мг/л Nitrites, mg/l 1,20 — — — — — —

Хлориды, мг/л Chlorides, mg/l 980 660 4,0 33 000 3,5 1700 42 000

Сульфаты, мг/л Sulphates, mg/l 627 508 1,2 3150 1,0 9100 1400

Железо, мг/л Ferrum, mg/l 36 5,6 0,1 — 0,05 — —

Взвешенные вещества, мг/л Suspended matter, mg/l 329 20 — — — — —

БПК, мгО2/л BOD, mg 02/l 2690 391 — — — — —

Общее солесодер-жание, мг/л Total salt content, mg/l 3580 1900 8,3 46 000 7,7 12 900 67 000

на последней ступени очистки (например, значением 0,9, которое соответствует К = 10), определим значение селективности мембран по иону аммония и, соответственно, определим концентрацию иона аммония в воде, поступающей на четвертую ступень очистки (рис. 8, d). Это значение соответствует качеству фильтрата на третьей ступени очистки. Значение

концентрации иона аммония в исходной воде, поступающей на четвертую ступень, можно определить, зная селективность мембраны по иону аммония R и значение концентрации иона аммония в фильтрате по формуле: R = 100(Си - Сф)/Си, %, где R — селективность по иону аммония, %; Си — концентрация иона в исходной воде, поступающей в установку;

№ ОН

т

(Л У

С о

Ф я

2 2

О О

2 2

Задерживающая способность мембраны, R Membrane retention potential, R

сч N о о tv N

<0 <0 к ai

U 3 > 1Л С И

ta <o

<ö щ

¡1

<D <u

О ё

о

о о СО < CD

8 « Si §

со " со iE

E о

£ u

^ с

ю о

S g

о E

en ^

T- ^

со со

i ï iE î

О tn

1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60

y = - 0,04ln(x) + 0,97 R2 = 0,98

' = - 0,04ln(x) + 0,94 y = - 0,05ln(x) + 0,75 R2 = 0,98 \ y = - 0,04ln(x) + 0,95

! = 0 98 R2 = 0,98

10

Коэффициент снижения объема, K K coefficient

Рис. 7. Зависимости значений селективности мембран: а — в концентрате и в фильтрате установки первой ступени; b — в фильтрате установки второй, третьей и четвертой ступеней; 1 — мембрана BE

Сф — концентрация иона в фильтрате установки. Аналогично, задаваясь максимальным значением К = 10 на третьей ступени очистки и зная значение концентрации аммония в фильтрате третьей ступени очистки, мы можем определить значение концентрации аммония в исходной воде третьей ступени очистки, соответствующее значению концентрации иона аммония в фильтрате второй ступени (рис. 8, с). На первой ступени (рис. 8, а) используются низкоселективные нанофильтрационные мембраны, главная цель которых — частичное снижение величин общего солесодержания и ХПК перед обработкой на второй ступени с применением мембран обратного осмоса. Задаваясь величиной К на первой ступени от 4 до 5 и зная концентрацию иона аммония в исходной воде, можно определить концентрацию иона аммония в фильтрате первой ступени, соответствующую концентрации иона аммония в воде, поступающей на вторую ступень. Зная значение концентрации иона аммония в фильтрате третьей ступени очистки, по формуле: R = 100(Си - Сф)/Си определим требуемое значение селективности мембран третьей ступени по аммонию и требуемое значение К (рис. 8, Ь).

Для определения требуемого количества мембранных элементов и площади поверхности мембран проанализированы полученные экспериментально зависимости производительности мембранного элемента от величины К (кратности снижения объема исходной воды в процессе эксперимента) для разных случаев обработки фильтратов ТКО различных составов с помощью мембран на разных ступенях

очистки (рис. 9). Методика определения площадей поверхности мембран для схем очистки сточных вод с уменьшенным расходом концентрата описана в работе [22].

На рис. 10-12 представлены примеры определения требуемой площади поверхности нанофильтра-ционных мембран на первой ступени мембранной установки на примере очистки фильтрата ТБО «Ти-мохово» (табл. 1). Сначала выявлялись зависимости производительности мембран от величины К для разных составов исходных фильтратов ТКО на первой ступени очистки (рис. 10). Пользуясь полученными значениями удельной производительности мембран, для каждого диапазона изменения величины К были установлены объемы полученного в процессе эксперимента пермеата и площади поверхности мембран, необходимые для получения этих объемов пермеата на первой ступени очистки (рис. 11). Величина удельной производительности мембран определена исходя из площади мембран в рулонных элементах стандарта 1812, равной 0,5 м2. Расчеты выполнены для установки производительностью 1000 л/ч (рис. 12).

На рис. 11, 12 показаны стадии определения площади мембран на примере обработки фильтрата ТКО «Александров».

На рис. 13 приведены результаты определения площадей мембран на каждой ступени очистки фильтратов ТБО «Царево», «Тимохово» и «Александров» в зависимости от выбранных схем их очистки и значений величин К. Результаты расчетов позволяют определить требуемые площади мем-

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 ступень, НФ 1st stage, НФ

2 ступень, BLN 2nd stage, BLN

С.1 ф

К

3 ступень, BLN 3rd stage, BLN

b

4 ступень, BE 4th stage, BE

К

К

d

К

Шаг 1: назначаем K4, определяем R4 и Сф3

Step 1: we set K4, determine R4 and Cj

Шаг 2: назначаем K3, определяем R3 и C.2

Step 2: we set K3, determine R3 and CJ

Шаг 3: назначаем K1, определяем R1 и C.1

Step 3: we set K1, determine R1 and Cj

Шаг 4: определяем R2 = (C.1 - C.2)/C.1, определяем K2

Если R2 > 0,94, то на 4 ступени используем мембраны ВЕ Step 4: we determine

r2 = (9 - 9X9=

determine K2 If R2 > 0.94, then we use the ВЕ membrane at the 4th stage

Рис. 8. Полученные логарифмические зависимости селективностей мембран по иону аммония и ХПК на каждой ступени очистки и алгоритм определения требуемых значений K и концентраций аммония на каждой ступени для четырехступенчатой схемы установки очистки фильтрата ТБО «Тимохово»: а — зависимость селективности мембраны 70 NE (1) по иону аммония от величины «выхода фильтрата» на первой ступени; b — зависимость селективности мембраны BLN (2) от «выхода фильтрата» на второй ступени; c — зависимость селективности мембран BLN (3) и мембраны среднего давления BE (4) от K на третьей ступени; d — зависимость селективности мембран BLN (3) и мембран среднего давления BE (4) на четвертой ступени от величины K

Fig. 8. The obtained logarithmic relationships between the membrane retention potential in terms of ammonium ion and COD at each stage and the algorithm for the determination of K and ammonium concentration values at each stage of the leachate treatment for the four-staged leachate treatment unit at Timokhovo landfill: a — dependence of the 70NE membrane ammonium retention potential on the K value at the first stage; b — dependence of BLN (2) membrane retention potential on the K value at the second stage; c — dependences of the retention potential of BLN (3) and BE (4) membranes on the K value at the third stage; d — dependences of the retention potential of BLN (3) membrane and BE (4) pressure membrane on the K value at the fourth stage

бран, количество мембранных элементов и затраты на приобретение мембран и их замену в зависимости от выбранной технологии очистки.

Зная площади мембранной поверхности, можно рассчитать требуемое количество мембранных элементов стандартных размеров и определить величину годовых затрат на замену мембран. Максимально достижимое значение величины К рассчитывается исходя из минимальных значений производительности мембран (рис. 8-10) на первой ступени очистки. Для нанофильтрационных мембран модели 70 NE такая величина общего солесодержания концентрата составляет порядка 80 г/л. Исходя из составов фильтратов ТБО (табл. 1), для фильтрата «Царе-

во» общее количество концентрата составляет 5 % от общего количества обрабатываемой воды, а для фильтрата «Тимохово» — порядка 10 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ

Растворы концентратов можно утилизировать, смешивая их с осадками, поступающими на обезвоживание и дальнейшее сжигание или остеклование.

Для утилизации осадков городских сточных вод в промышленных масштабах работают системы осте-клования и сжигания осадка. В ряде случаев осадок, содержащий аммоний в высоких концентрациях, может быть использован при производстве удобрений. На обработку поступают осадки с влажностью 80 %.

< п

iH

k к

G Г

0 С/з § С/3

1 2 У 1

J со

и-

^ I

n 0 o

3 (

о §

E w

§ 2

n 0

2 6

A CD

Г 6

t (

Cc §

ф )

ii

о» в

T

s У с о

<D X

2 2 О О 2 2

R

R

R

R

a

R

R

c

сч N О О N N

<о <о к ai

U 3 > (Л С И

ta «в <о щ

¡1

ф Ф

О £

о

<Л (Л

> 1 £ w

^ ï

О (П

Удельная производительность мембраны Q, л/м2 ч Membrane unit capacity Q, l/m2 hour

Удельная производительность мембраны Q, л/м2 ч Membrane unit capacity Q, l/m2 hour

A

15

10

5 -

Рис. 9. Зависимости производительности мембранных элементов от K на первой ступени очистки фильтрата ТКО «Александров»: 1 — нанофильтрационная мембрана 70 NE; 2 — нанофильтрационная мембрана 90 NE; 3 — низконапорная обратноосмотическая мембрана BLN; 4 — мембрана среднего давления ВЕ; 5 — мембрана для опреснения морской воды SW; 6 — высокоселективная мембрана RE Fig. 9. Dependence of the capacity of membrane elements on K at the first stage of the leachate treatment at the Alek-sandrov landfill: 1 — nanofiltration 70 NE membrane; 2 — nanofiltration 90 NE membrane; 3 — low pressure reverse osmosis membrane BLN; 4 — medium pressure membrane BE; 5 — high pressure seawater desalination membrane SW; 6 — high selectivity membrane RE

Объем пермеата

Amount of permeate

о о

СО <

со S:

8 «

Si §

(Л " (Л Е

Е о CL О

^ с

ю о

S «

о Е

СП ^ т- ^

А V

А V

А V А V

А V

А V

А V А V

Коэффициент снижения объема K K coefficient

1234 6 10

20

30

40

40 Коэффициент

снижения объема K K coefficient

Рис. 10. Изменение величины удельной производительности мембран с ростом величины коэффициента снижения объема K: 1 — первая ступень, мембраны 70 NE; 2 — вторая ступень, мембрана BLN; 3 — третья ступень, мембрана BLN

Fig. 10. A change in the value of the membrane unit capacity accompanied by the K value increase: 1 — first stage, 70 NE membranes; 2 — second stage, BLN membrane; 3 — third stage, BLN membrane

Площадь мембранной поверхности S, м2 Membrane surface area S, m2

Коэффициент снижения объема K K coefficient

1234 68 10

20

30

40

Рис. 11. Зависимости объема полученного пермеата от значения коэффициента снижения объема K в различных экспериментах: 1 — первая ступень, мембраны 70 NE; 2 — вторая ступень, мембраны BLN; 3 — третья ступень, мембраны BLN

Fig. 11. Dependences of the permeate amount on the K coefficient value, obtained in different experiments: 1 — first stage, 70 NE membranes; 2 — second stage, BLN membranes; 3 — third stage, BLN membranes

Рис. 12. Зависимости требуемой площади мембран от требуемого значения коэффициента снижения объема K в различных экспериментах: 1 — первая ступень, мембраны 70 NE; 2 — вторая ступень, мембраны BLN; 3 — третья ступень, мембраны BLN

Fig. 12. Dependences of the permeate amount on the K coefficient value, obtained in different experiments: 1 — first stage, 70 NE membranes; 2 — second stage, BLN membranes; 3 — third stage, BLN membranes

1

Это значит, что в 10 т обезвоженного осадка содержится 8 т воды и 2 т приходится на твердые вещества. На обезвоживание из отстойников поступает обычно осадок с влажностью 98 %, это значит, что на 2 т сухих веществ приходится 98 т воды. Разработанная утилизация концентрата установок ТБО состоит в следующем: концентрат в количестве 8 м3 добавляется в 100 т поступающего на обезвоживание осадка. В процессе проведения обезвоживания профильтровавшаяся через ткань установки обезвоживания иловая вода и вода после отстаивания в илоуплотнителе обрабатываются на установке обратного осмоса с разделением на фильтрат и концентрат. Балансовая схема процесса показана на рис. 4. В процессе обработки из содержащейся во влажном осадке воды получают 8 м3 концентрата,

который выводится вместе с осадком, и 98 м3 очищенной воды, которая направляется на вход в установку биологической очистки. Таким образом, в процессе обработки иловой воды на установке обратного осмоса расход поступающей на обработку воды снижается в 108/8 = 13,5 раз. Зная величины удельной производительности мембран при максимальной кратности концентрирования фильтрата ТБО (рис. 14), можно определить зависимость изменения величины удельной производительности мембран при обработке иловой воды при снижении ее объема в 12-15 раз (рис. 15) и установить требуемую площадь мембран и затраты на мембраны. На рис. 13 показан пример определения площадей поверхности мембран при обработке иловой воды после обезвоживания осадка: зависимости

Удельная производительность Unit capacity 15

Начало цикла Cycle start

1O

2 ступень, оо

1 ступень НФ 1st stage nanoscale filtering module

1 ступень НФ

1st stage nanoscale filtering module

1- (Timokhovo landfill)- ,, } СТуПеНЬ °° BLN .

2nd stage, reverse osmosis

BLN

1O

20

30

4O

5O

60

70

80

K

Площадь мембраны, м2 2 ступень, оо Membrane area, m2

2OO

1OO

Требуемая поверхность мембран Required membrane area

A F ""

2 ступень, оо BLN

J6 2nd stage, reverse

A F

1O

20 30

4O

50

60

70

SO

K

b

< П

ф e

u> t

i M

о S

С

o n

l D y i

J CD I

n

D S o

oi n

E CO

n 2

n g

D 6

A CD

Г 6 t ( an

CD CD

l с

3

n

Рис. 13. Методика определения площади мембран, необходимой для обработки иловой воды при обезвоживании осадка: а — снижение производительности мембран в зависимости от K; b — зависимость требуемой площади поверхности мембран для достижения заданного значения K

Fig. 13. Methodology of identification of the membrane area required to treat sludge water in the course of sludge dewatering: a — membrane capacity reduction depending on the K value; b — dependence of the required membrane surface on the pre-set K value to be attained

о DO

T

W у с о

<D X

M M

о о 10 10

5

a

сч N О О N N

<о <о к ai

U 3 > (Л С И

ta «в <о щ

¡1

ф Ф

О £

о

величины удельной производительности мембран от K (рис. 13, а) и площади мембран от K (рис. 13, b) на примере обработки концентрата после очистки фильтрата ТКО «Александров» с расходом 5000 л/ч.

Обезвоженный осадок направляется на сжигание, остеклование. Возможно разделение осадка на органический раствор и раствор солей аммония. В этом случае не содержащий солей органический раствор может смешиваться с осадком сточных вод и направляться на полигоны. А концентрированный раствор солей аммония может использоваться в качестве сырья при производстве удобрений. Расчет затрат на дополнительную обработку в соответствии с рис. 3 показан на рис. 14. При добавлении концентратов установок очистки фильтратов ТКО к осадку обезвоженный осадок будет содержать дополнительные количества аммония и ОВ в больших концентрациях, что может изменить его категорию безопасности и усложнить его утилизацию. При возможности направить осадок на сжигание или остеклование, наличие высоких концентраций солей и ОВ в осадке не влияет на эффективность его утилизации. В случаях складирования осадков бытовых сточных вод на специальных полигонах, высокое содержание в осадке солей аммония может не допускаться. Авторами разработана технология разделения концентрата установок обработки фильтрата ТКО на два потока: поток, содержащий высокие концентрации ОВ, и поток с высоким со-

Затраты, тыс. руб./год

Costs, thousand RR/year

о о

СО <

со S:

8 «

Si §

со " от E

E о

CL О

^ с

ю о

S «

о E

en ^

T- ^

300

200

100

ОТ

от

держанием солей (хлоридов аммония и натрия) [8-10]. Схема процесса показана на рис. 16. Концентрат нанофильтрационных мембран первой ступени (рис. 3, 15) с низким значением селективности по одновалентным ионам содержит в высоких концентрациях ОВ и многовалентные ионы (ионы кальция и магния, сульфат-ионы, ионы железа и тяжелых металлов). Одновалентные ионы (хлориды и бикарбонаты аммония и натрия проскакивают через мембраны первой ступени и задерживаются обратноосмотическими мембранами второй ступени, поэтому концентрат второй ступени содержит хлориды аммония и натрия (табл. 2)). Для того чтобы уменьшить концентрации одновалентных ионов в концентрате первой ступени, концентрат после проведения цикла концентрирования разбавлялся пермеатом второй ступени, и цикл концентрирования повторялся, при этом во время цикла одновалентные ионы проходили через мембрану. Этот прием позволил эффективно отделить двухвалентные ионы и ОВ от одновалентных ионов. Концентрированный раствор хлорида аммония может быть использован в качестве сырья при производстве удобрений, а концентрированный раствор ОВ может смешиваться с осадком, поступающим на обезвоживание (рис. 4). После обезвоживания иловая вода, содержащая ОВ, обычно поступает на вход в установку очистки сточных вод, поэтому поступление

2 3

I ï

ïl

О tn

Рис. 14. Расчет затрат на дополнительную обработку концентрата очистки фильтрата ТКО «Александров» с расходом 5000 л/ч путем его утилизации вместе с обезвоженным осадком сточных вод: а — коэффициент снижения объема K = 10; b — коэффициент снижения объема K = 20; c — коэффициент снижения объема K = 30; 1 — затраты на электроэнергию; 2 — затраты на замену мембран; 3 — затраты на реагенты; 4 — общие годовые эксплуатационные затраты Fig. 14. Calculated operating costs of the supplementary treatment of the concentrate at the Aleksandrov landfill, the flow rate is 5,000 liters per hour: a — volume reduction factor K = 10; b — volume reduction factor K = 20; c — volume reduction factor K = 30; 1 — energy costs; 2 — membrane replacement costs; 3 — reactant costs; 4 — total annual operating costs

4

c

4

b

a

2

1

3

2

3

1

2

3

1

Рис. 15. Принципы получения различных потоков концентратов первой и второй ступеней: 1 — аппарат первой ступени очистки; 2 — аппарат второй ступени концентрирования; 3 — аппарат третьей ступени концентрирования; 4 — бак сбора концентрированного раствора ОВ; 5 — бак сбора концентрированного раствора солей аммония; 6 — аппарат второй ступени для концентрирования пермеата первой ступени; 7 — аппарат третьей ступени для концентрирования пермеата аппарата 6; 8 — выход очищенной воды; 9 — насос первой ступени; 10 — насос второй ступени; 11 — насос третьей ступени Fig. 15. Principles of splitting the concentrate into different flows at the 1st and 2nd stages: 1 — first stage treatment unit; 2 — second stage concentration unit; 3 — third stage concentration unit; 4 — tank for the solution of the concentrated organic matter; 5 — tank for the concentrated solution of ammonium salt; 6 — 2nd stage unit used to concentrate the 1st stage permeate; 7 — 3rd stage unit used to concentrate the permeate supplied by unit 6; 8 — treated water tank; 9 — 1st stage pump; 10 — 2nd stage pump; 11 — 3rd stage pump

дополнительного количества ОВ не увеличит ХПК сточной воды более чем на 1-2 %.

По результатам экспериментального определения показателей работы мембран при обработке фильтрата ТКО «Тимохово» разработана технология обработки фильтрата с использованием четырех ступеней мембранной обработки и сокращением расхода концентрата в 20 раз. Это достигается за счет удаления из фильтрата ТКО ОВ на первой ступени с применением нанофильтрационных мембран, что позволяет облегчить обработку на второй ступени с применением низконапорных обратноос-мотических мембран типа BLN. Поскольку солесо-держание фильтрата ТКО «Тимохово» имеет высокое значение (3600 мг/л), на второй ступени трудно добиться высокого значения коэффициента снижения объема K, поэтому на второй ступени значение K выбрано 3. При увеличении значения K падает производительность мембран (рис. 9). Сокращение расходов концентратов первой и второй ступеней выполнено с применением «каскадов» нанофиль-трационных мембран (рис. 2, b), а балансовая схема очистки фильтрата ТКО показана на рис. 16.

В результате обработки фильтрата ТКО «Тимо-хово», имеющего значение ХПК — 1700 мг/л, величину общего солесодержания — 3600 мг/л, иона аммония — 425 мг/л, получается очищенная вода

< п

8 8 i Н

k к

G Г

(пермеат четвертой ступени) с концентрацией аммония 0,5 мг/л и величиной общего солесодержания 4,5 мг/л. Общее количество получаемого концентрата составляет 0,25 м3/ч и составляет 5 % от расхода исходного фильтрата ТКО, поступающего на очистку. Концентрат разделен на два потока: концентрат первой ступени с расходом 0,1 м3/ч, имеющий значение ХПК — 85 000 мг/л и величину общего солесодержа-ния 39 000 мг/л. Концентрат второй ступени имеет значение ХПК 6500 мг/л и величину солесодержания 90 000 мг/л. Составы пермеатов первой, второй, третьей и четвертой ступеней представлены на рис. 16.

В табл. 3 и на рис. 17 приведены результаты определения эксплуатационных затрат на обработку фильтратов различных полигонов ТКО с учетом выбранных технологий очистки и затрат на утилизацию концентрата (рис. 14) в зависимости от величины К. Для выявления и сравнительной оценки эксплуатационных расходов для каждой технологии сделаны расчеты:

• затрат на электроэнергию, исходя из значений расходов исходной воды, пермеатов и концентратов, а также требуемых величин рабочих давлений;

• годовых затрат на замену мембранных элементов (замена мембранных элементов производится один раз в пять лет);

S

у

o

с

n у

o

zs -

o

у )

ii

Ф .

. В

т

s

(Л У

с о ФФ

22 о о 10 10

сч N

О О

N N

<0 <0

¡г (V

U 3

> (Л

с и

U <о

(О

о н

ф ф

О £

<л

(Л

il

О (О

Исходный фильтрат ТКО: Feed landfill leachate:

Расход / Consumption rate - 5,25 м3/ч / m3/hour ХПК / COD - 3600 мг/л / mg/l Солесодержащий / Salt-containing -

3600 мг/л / mg/l _6,15 м3/ч / m3/hour

NH4 - 425 мг/л / mg/l

5,25 м3/ч m3/hour

1,2 м3/ч / m3/hour

0,3 м3/ч / m3/hour

Концентрат 1 ступени 1st stage concentrate

1st stage permeate ^s

Расход / Consumption rate - 515 м3/ч / m3/hour ХПК / COD - 200 мг/л / mg/l 1

Солесодержащий / Salt-Containing - 2900 мг/л / mg/l Пермеаи NH - 340 мг/л / mg/l Permeat|

Пермеат 1 ступени / 1st stage permeate

0,2 м3/ч концентрат 0,2 m3/hour сoncentrate

Расход / Consumption rate - 0,1 м3/ч ХПК / COD - 85 000 мг/л Солесодержащий / Salt-containing -39 000 мг/л

Расход / Consumption rate - 5,6 м3/ч/m37hoUr3,65 м3/ч / m3/hour ХПК / COD - 85 мг/л / mg/l * Общее солесодержание / Total salt content - 560 мг/л / mg/l

CO "

со E

E О

£ о

^ с

ю о

S «

о E

CO ^

T- ^

Пермеат 3 ступени 3rd stage permeate

Пермеат 4 ступени 4th stage permeate

Расход / Consumption rate -5,0 м3/ч / m3/hour ХПК / COD - 6,5 мг/л / mg/l Общее солесодержание / Total salt content - 4,5 мг/л / m3/hour

Рис. 16. Балансовая схема обработки фильтрата полигона ТКО с применением системы обратного осмоса с получением очищенной воды производительностью 5000 л/ч и сокращением расхода концентрата до значения 0,25 м3/ч: 1 — рабочий насос первой ступени; 2 — нанофильтрационный аппарат второй ступени; 3 — обратноосмотический аппарат третьей ступени; 4 — обратноосмотический аппарат четвертой ступени; 5 — нанофильтрационные аппараты-концентраторы первой ступени; 6 — нанофильтрационные аппараты-концентраторы второй ступени

Fig. 16. The balance flow diagram of landfill leachate treatment using a reverse osmosis unit having the capacity of 5,000 liters per hour. The concentrate consumption rate is reduced to 0.25 m3 hour: 1 — 1st stage main pump; 2 — 2nd stage nanofiltration unit; 3 — 3rd stage reverse osmosis unit; 4 — 4th stage reverse osmosis unit; 5 — 1st stage nanofiltration concentration unit; 6 — 2nd stage nanofiltration concentration unit

С.698-719

• затрат на реагенты: ингибиторы отложений карбоната кальция, дозируемые в исходную воду; моющие растворы для отмывки мембран и растворения отложений органических и неорганических веществ; реагенты для осаждения органических загрязнений при предварительной обработке воды (коагулянты и флокулянты). Результаты расчетов представлены в табл. 3. Расчеты затрат проводились для установки производительностью 5 м3/ч.

Для преодоления основных недостатков традиционной «кайзеровской» схемы (сокращения эксплуатационных расходов и решения проблем концентратов) авторами была разработана новая комбинированная схема [28-33], позволяющая сократить как капитальные затраты (уменьшить количество использованных мембранных элементов), так и снизить затраты на электроэнергию (табл. 3). Новый подход к решению проблемы сокращения расходов концентратов заключается в реагентном осаждении ОВ, содержащихся в фильтратах ТКО. Это дало возможность сократить расход концентрата установки обратного осмоса до величины, не превышающей 1-2 % от расхода исходной воды (фильтрата ТКО), поступающей на очистку. При этом концентрат смешивается с осадком ОВ, образовавшимся после проведения процесса реагентного осаждения. Осадок после отстаивания и обезвоживания имеет влажность не более 80 %, поэтому концентрат установки, содержащий все задержанные мембранами загрязнения, удаляется вместе с осадком (табл. 2, 3). При использовании реагентной комбинированной технологии на первой ступени

очистки используются нанофильтрационные мембраны, что позволяет вести процесс очистки при низких величинах рабочего давления (1,4-1,6 МПа), это на 50-60 % снижает затраты электроэнергии. При этом общее количество мембранных элементов в установке оказывается меньше, чем в «кайзеровской» схеме. Кроме того, применение нанофиль-трационных мембран низкого давления на первой ступени дает возможность отказаться от применения ингибиторов (табл. 3). А снижение содержания ОВ в исходной воде позволяет в несколько раз сократить затраты на моющие растворы. Вместе с тем необходимость реагентного осаждения ОВ из исходного фильтрата ТКО требует использования реагентов в стехиометрических количествах, при этом дозы реагентов могут составлять от 5 до 7 кг на один кубический метр обрабатываемой воды. Но, несмотря на высокие расходы реагентов для осаждения, экономические расчеты показывают, что затраты на химическое осаждение оказываются существенно ниже затрат на электроэнергию и замену мембран. Сравнение затрат по «кайзеровской» схеме и в соответствии с новой комбинированной технологией представлено в табл. 3. При определении затрат на электроэнергию по «кайзеровской» схеме учитывались расходы исходной воды, поступающей на очистку. При расходе пермеата 5 м3/ч на первую ступень мембранной установки поступают (с учетом расхода концентрата, составляющего 30 % от расхода исходной воды) 7,5 м3/ч, при этом расход концентрата составляет 2,5 м3/ч. В случае, если мы учитываем сброс концентрата на «тело»

Затраты млн руб./год Costs, million RR/year

3

Затраты млн руб./год Costs, million RR/year

Затраты млн руб./год Costs, million RR/year

10 20 30 K 10 20 30 K

Рис. 17. Зависимость эксплуатационных затрат от K (для установки 5000 м3/сут): a — «кайзеровская» схема с применением «морских» мембран на первой ступени; b — реагентно-мембранная технология; c — предлагаемая технология с применением нанофильтрационных мембран на первой ступени; 1 — затраты на электроэнергию; 2 — затраты на замену мембран; 3 — затраты на промывки мембран; 4 — затраты на реагенты для химического осаждения; 5 — общие эксплуатационные затраты; 6 — эксплуатационные затраты с учетом затрат на утилизацию концентрата с обезвоженным осадком

Fig. 17. Dependence between operating costs and K values (for the unit that has a 5,000 m3/day capacity): a — kaizer technology using seawater membranes at the 1st stage; b — the reactant-membrane technology; c — a new approach using nanofil-tration membranes at the 1st stage; 1 — electricity costs; 2 — membrane replacement costs; 3 — membrane washing costs; 4 — cost of reactants for chemical sedimentation; 5 — total operating costs; 6 — total operating costs, including the cost of the concentrate and dewatered sludge recovery

10

20

30

< 0B

<D (D

t О

iiH

M -

G Г

S 3

(Л

со

J СО

u S П о

» 3

о »

Ci

0 n ^ rt ел

<t — u M

1 N П 2

w 03 о ^ 4 Q. i

v. en

Г 6 t (

In

» )

¡6

6 ¡

a> os

I T s 3

w <

с о ¡¡

M M

о о № №

5

5

5

5

4

4

4

3

3

3

1

2

2

2

2

1

1

1

полигона, расход исходной воды составит 11 м3/ч, а расход очищенной воды — 7 м3/ч. На второй и третьей ступенях очистки расход концентрата может

составлять не более 10 % от расхода поступающей на эту ступень воды, так как обработке подвергается уже обессоленная вода. На первой ступени «кайзе-

Табл. 3. Технико-экономическое сравнение технологий

Тable 3. Consolidated engineering and economic features of the three technologies

Технологии Technologies

№ п/п No. Основные технико-экономические показатели работы установки The main technical and economic indicators of the installation «Кайзер» Kaizer Комбинированная с осаждением An integrated sedimentation technology Без осаждения с утилизацией концентрата A concentrate reclamation technology, no sedimentation

Расход фильтрата ТБО, м3/час Leachate consumption rate, m3/hour 7,5 5,2 5,3

1 Расход очищенной воды, м3/час Treated water consumption rate, m3/hour 5,0 5,0 5,0

Расход концентрата, м3/час Concentrate consumption rate, m3/hour 2,5 0,2 0,3

2 Электроэнергия Electricity Удельный расход, кВтч/м3 Unit consumption rate, kWhour/m3 Годовые затраты, руб. Annual costs, RR 19 2 200 000,00 3,3-4,0 700 000,00 3,3 700 000,00

Кол-во мембранных эл-тов, 40 % Number of membranes, 40 % 49 30 36

3 Мембраны Membranes Годовые затраты на замену мембран, тыс.руб. Annual membrane replacement costs, thousand RR 340 210 245

4 Химические промывки Chemical washing Расход на 1 промывку, кг Consumption per washing, kg Кол-во промывок в год Number of washings a year Годовые затраты на химические промывки, руб. Annual costs, RR 100 8 300 000,00 60 4 120 000,00 6-8 300 000,00

Доза, мл/м3 Dose, ml/m3 10 — —

5 Ингибитор Inhibitor Годовой расход, кг Annual consumption rate, kg 500 — —

Годовые затраты, руб. Annual costs, RR 90 000,00 — —

6 Коагулянт Coagulator Флокулянт Flocculator Доза, г/л Dose, ml/m3 Годовой расход, кг Annual consumption rate, kg Годовые затраты, руб. Annual costs, RR 10 000,00 360 140 000,00 5 180 000,00 500 000,00 —

7 ИТОГО: годовые эксплуатационные затраты руб. TOTAL: annual operating costs 4 540 000,00 1 530 000,00 1 245 000,00

ровской» схемы мощность электродвигателей насосов высокого давления составляет 21 кВт (для установки производительностью 5 м3/ч). На второй и третьей ступенях процесс ведется при сниженных давлениях (1,4-1,6 МПа), и мощности электродвигателей насосов составляют по 5,5 кВт. Таким образом, общая потребляемая мощность установки производительностью 5 м3/ч, работающей по «кайзеровской» схеме, составляет 32 кВт. Для новой комбинированной технологии, на всех ступенях которой используются низконапорные мембраны, суммарная мощность электродвигателей всех насосов не превышает 16 кВт. Годовые затраты электроэнергии определялись путем умножения мощности электродвигателей на 7000 (количество рабочих часов в год) и на тариф (5 руб./кВт-ч). Для определения требуемого количества мембранных элементов использовалась разработанная авторами методика [29, 30]. Полученные расчетным путем количества мембранных элементов «кайзеровской» схемы точно соответствуют «удельному» количеству элементов (для получения 1 м3/ч очищенной воды) в установке, работающей на полигоне ТБО «Тимохово» в Ногин-

ске. Количества моющих реагентов определялись, исходя из расхода моющей композиции (Трилона Б), равного 2 кг на один элемент типа 8040. Количество промывок при использовании «кайзеровской» схемы составляет 6-8 в год, при применении технологии реагентного осаждения — в 2 раза меньше (табл. 3).

Обработка результатов экспериментов позволила сделать следующие выводы:

• при обработке фильтрата ТБО с высокими значениями ХПК и общего солесодержания целесообразно использовать на первой ступени очистки нанофильтрационные мембраны, что позволяет сократить расход концентрата установки обратного осмоса;

• применение нанофильтрационных мембран существенно снижает величину эксплуатационных затрат при очистке фильтратов ТБО;

• для упрощения утилизации концентрата установки обратного осмоса целесообразно разделить концентрат на два потока: поток с содержанием ОВ и поток с содержанием минеральных солей.

ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES

1. Abdel-Shafy H.I., Mansour M.S.M. Solid waste issue: Sources, composition, disposal, recycling, and valorization // Egyptian Journal of Petroleum. 2018. Vol. 27. Issue 4. Pp. 1275-1290. DOI: 10.1016/j. ejpe.2018.07.003

2. Wiszniowski J., Robert D., Summer-Gorska J., Miksh K., Weber J.V. Landfill leachate treatment methods: A review // Environmental Chemistry Letters. 2006. Vol. 4. Issue 1. Pp. 51-61. DOI: 10.1007/s10311-005-0016-z

3. Nawaz T., Rahman A., Pan S., Dixon K., Petri B., Selvaratham T. A review of landfill leachate treatment by microalgae: current status and future directions // Processes. 2020. Vol. 8. Issue 4. P. 384. DOI: 10.3390/pr8040384

4. Jalil M.H.E., Elkrauni H., Khamar M., Bouyahya A., Elhamri H., Cherkaoui E. et al. Physico-chemical characterization of leachates produced in the Rabat-Sale-Kenitra Region landfill technical center and monitoring of their treatment by aeration and reverse osmosis // E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 150. P. 02013. DOI: 10.101/e3sconf/20205002013

5. Ribera-Pi J., Badia-Fabregat M., Espi J., Clarens F., Jubany I., Martinez-Llad X. Decreasing environmental impact of landfill leachate treatment by MBR, RO and EDR hybrid treatment // Environmental Technology. 2020. Pp. 1-15. DOI: 10. 1080/09593330.2020.1734099

6. Wu C., Chen W., Gu Z., Li Q. A review of the characteristics of Fenton and ozonation systems in

landfill leachate treatment // Science of The Total Environment. 2021. Vol. 762. P. 143131. DOI: 10.1016/j. scitotenv.2020.143131

7. Ke L., Lu Y. Study on upgrading and engineering design of leachate treatment facilities in a landfill in Beijing // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 687. Issue 1. P. 012025. DOI: 10.1088/1755-1315/687/1/012025

8. Ahn W.-Y., Kang M.-S., Yim S.-K., Choi K.-H. Advanced landfill leachate treatment using an integrated membrane process // Desalination. 2002. Vol. 149. Issue 1-3. Pp. 109-114. DOI: 10.1016/s0011-9164(02)00740-3

9. Weber B., Holz F. Landfill leachate treatment by reverse osmosis // Effective Industrial Membrane Processes: Benefits and Opportunities. 1991. Pp. 143-154. DOI: 10.1007/978-94-011-3682-2_10

10. Chianese A., Ranauro R., Verdone N. Treatment of landfill leachate by reverse osmosis // Water Research. 1999. Vol. 33. Issue 3. Pp. 64-652. DOI: 10.1016/s0043-1354(98)00240-1

11. Ushikoshi K., Kobayashi T., Uematsu K., Toji A., Kojima D., Matsumoto K. Leachate treatment by the reverse osmosis system // Desalination. 2002. Vol. 150. Issue 2. Pp. 121-129. DOI: 10.1016/s0011-9164(02)00937-2

12. Amokrane A., Comel C., Veron J. Landfill leachates pretreatment by coagulation-flocculation // Water Research. 1997. Vol. 31. Issue 11. Pp. 27752782. DOI: 10.1016/s0043-1354(97)00147-4

< П

i H

kl

G Г

S 2

0 со § СО

1 S

y 1

J со

u-

^ I

n °

S 3 o

zs ( о §

E w § 2

n g

S б

A CD

Г 6 t ( an

SS )

i!

. В

T

s

s У

с о !!

M 2 О О 10 10

сч N О О

сч сч

«в «в К (V U 3 > (Л С И

аа «g

«i ф

I

ф ф

О ё

о

о о со < со S:

8 « Si §

ОТ "

от IE

Е О

CL ° • с

ю о

S ц

о Е с5 °

СП ^ т- ^

от от

S2 =3

13. Linde K., Jonsson A.-S. Nanofiltration of salt solutions and landfill leachate // Desalination. 1995. Vol. 103. Issue 3. Pp. 223-232. DOI: 10.1016/0011-9164(95)00075-5

14. Kosutic K., Dolar D., Strmecky T. Treatment of landfill leachate by membrane processes of nanofiltration and reverse osmosis // Desalination and Water Treatment. 2015. Vol. 55. Issue 10. Pp. 2680-2689. DOI: 10.1080/19443994.2014.939863

15. Peters T.A. Purification of landfill leachate with reverse osmosis and nanofiltration // Desalination. 1998. Vol. 119. Issue 1-3. Pp. 289-293. DOI: 10.1016/ s0011-9164(98)00171-4

16. Li G., Wang, W., Du Q. Applicability of nanofiltration for the advanced treatment of landfill leachate // Journal of Applied Polymer Science. 2010. DOI: 10.1002/app.31769

17. Mariam T., Nghiem L.D. Landfill leachate treatment using hybrid coagulation-nanofiltration processes // Desalination 2010. Vol. 250. Issue 2. Pp. 677-681. DOI: 10.1016/j.desal.2009.03.024

18. Mojiri A., Zhou J.L., Rathaweera H., Oha-shi A., Ozaki N., Kidaichi T. et al. Treatment of landfill leachate with different techniques: an overview // Journal of Water Reuse and Desalination. 2021. Vol. 11. Issue 1. Pp. 69-96. DOI: 10.2166/wrd.2020.079

19. Mojiri A., Aziz H.A., Aziz S. Q. Trends in physical-chemical methods for landfill leachate treatment // International Journal of Scientific Research in Environmental Sciences. 2013. Pp. 16-25. DOI: 10.12983/ ijsres-2013-p016-025

20. Andrianov A., Pervov A., Popov K., Rudako-va G. Applications of reverse "open channel" membrane to utilize ro retentate that contains antiscalants // Desalination for the Environment: Clean Water and Energy. 2016.

21. Chiannese A., Ranauro R., Verdone N. Treatment of landfill leachate by reverse osmosis // Water Research. 1999. Vol. 33. Issue 3. Pp. 647-652. DOI: 10.1016/s0043-1354(98)00240-1

22. De Almeida R., de Souza Couto J.M., Gou-vea R.M. Nanofiltration applied to the landfill leachate treatment and preliminary cost estimation // Waste Management & Research: The Journal for a Sustainable Circular Economy. 2020. Vol. 38. Issue 10. Pp. 1119-1128. DOI: 10.1177/0734242X20933333.

23. De Almedia R., Maia D., Quintaes B.R. Cost estimation of landfill leachate treatment by reverse osmosis in a Brazilian landfill // Waste Management & Research: The Journal for a Sustainable Circular Econ-

Поступила в редакцию 15 февраля 2021 г. Принята в доработанном виде 4 июня 2021 г. Одобрена для публикации 8 июня 2021 г.

Об авторах: Алексей Германович Первов — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры водоснабжения и водоотведения; Национальный исследовательский Московский государственный строи-

omy. 2020. Vol. 38. Issue 10. Pp. 1087-1092. DOI: 10.1177/0734242X20928411

24. Wilf M. The guidebook to membrane for wastewater reclamation. Balaban Desalination Publishing, 2010. Vol. 788.

25. Zhou D., Zhu L., Fu Y., Zhu M., Xue l. Development of lower cost seawater desalination processes using nanofiltration technologies // Desalination. 2015. Vol. 376. Pp. 109-116. DOI: 10.1016/j. desal.2015.08.020

26. Morillo J., Usero J., Rosado D., ElBakouri H., Riaza A., Bernaola F.-J. Comparative study of brine management technologies for desalination plants // Desalination. 2014. Vol. 336. Pp. 32-49. DOI: 10.1016/j. desal.2013.12.038

27. Hilal N., Al-Zoubi H., Mohammad A.W., Dar-wish N.A. Nanofiltration of highly concentrated salt solutions up to seawater salinity // Desalination. 2005. Vol. 184. Issue 1-3. Pp. 315-326. DOI: 10.1016/j.de-sal.2005.02.062

28. Shirkova T., Pervov A., Kiryushina M. Development of a new technique to treat municipal waste landfill leachate with low pressure reverse osmosis and nanofiltration membranes // ESU (Euroasia-Science). 2020. No. 5 (74). Pp. 11-19.

29. Wang Z., Desmukh A., Du Y., Elimeiech M. Minimal and zero liquid discharge with reverse osmosis using low-salt-rejection membranes // Water Research. 2020. Vol. 170. P. 115317. DOI: 10.1016/j. watres.2019.115317

30. Bartholomew T.V., Mey L., Arena J.T., Sief-ert N.S., Mauter M.S. Osmotically assisted reverse osmosis for high salinity brine treatment // Desalination. 2017. Vol. 421. Pp. 3-11. DOI: 10.1016/j.de-sal.2017.04.012

31. Pervov A.G., Shirkova T.N., Tikhonov K.V. Calculation of reverse osmosis and nanofiltration membrane facilities to process solid waste // Membranes and Membrane Technologies. 2020. Vol. 2. Issue 5. Pp. 296-309. DOI: 10.1134/s2517751620050054.

32. Pervov A.G., Shirkova T.N. Treatment of municipal landfill leachate with low pressure reverse osmosis and nanofiltration membranes. Book of abstracts // SinoRussian ASRTU Forum, Ecology and Environmental Sciences, October 21-22, 2020. Ekaterinburg, Russia (Association of Sino-Russian Technical Universities).

33. Abbas A.A., Jingsong G., Ping L.Z., Ya P.Y., Al-Rekabi W.S. Review on landfill leachate treatments // American Journal of Applied Sciences. 2009. Vol. 6. Issue 4. Pp. 672-684. DOI: 10.3844/ajas.2009.672.684

тельный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; РИНЦ ID: 168126; Scopus: 6603768203, Researcher-ID: R-8851-2016, ORCID: 0000-0002-7518-2342; ale-pervov@yandex.ru;

Татьяна Николаевна Ширкова — аспирант кафедры водоснабжения и водоотведения; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; РИНЦ ID: 1226-4625; ResearcherlD: AAQ-4914-2021, ORCID: 0000-00022471-6826; mabell@bk.ru;

Дмитрий Владимирович Спицов — кандидат технических наук, доцент кафедры водоснабжения и водоотведения, исполняющий обязанности директора института Инженерно-экологического строительства и механизации; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г Москва, Ярославское шоссе, д. 26; РИНЦ ID: 531559; Scopus: 57194449123, ResearcherID: AAG-2158-2020, ORCID: 0000-0001-6252-9485; spitsovdv@mgsu.ru.

Received February 15, 2021.

Adopted in revised form on June 4, 2021.

Approved for publication on June 8, 2021.

Bionotes: Alexey G. Pervov — Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Water Supply and Sanitation; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; ID RISC: 168126, Scopus: 6603768203, ResearcherID: R-8851-2016, ORCID: 0000-0002-7518-2342; ale-pervov@yandex.ru;

Tatiana N. Shirkova — postgraduate student of the Department of Water Supply and Sanitation; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; ID RISC: 1226-4625, ResearcherID: AAQ-4914-2021, ORCID: 0000-0002-2471-6826; mabell@bk.ru;

Dmitriy V. Spitsov — Candidate of Technical Sciences, Acting Director of the Institute for Environmental ^ J Engineering Construction and Mechanization; Moscow State University of Civil Engineering (National Research t 2 University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; ID RISC: 531559, Scopus: k i

57194449123, ResearcherID: AAG-2158-2020, ORCID: 0000-0001-6252-9485; spitsovdv@mgsu.ru.

О S

0 CO § CO

1 S

У 1

J to

U7

^ °

S> 3 o

О о

E w § 2

§ 0 S ¡6

A CD

Г  t (

SS )

ii

о о» в

T

s

(Л У

с о

ii

О О 2 2