Комплексная переработка фильтрата твердых бытовых отходов

       Существенный вклад в неблагоприятную экологическую ситуацию вносят городские свалки твердых бытовых отходов (ТБО), отравляя своим существованием почву и воздух, поверхностные и подземные воды, убивая флору и фауну, являясь источником тяжелых инфекционных заболеваний [1,2]. Особую опасность представляют жидкие продукты гниения органической составляющей бытового мусора, обогащенные тяжелыми металлами, минеральными солями, красителями, поверхностно-активными веществами, нефтепродуктами, так называемый фильтрат, который может являтся источником загрязнения окружающей среды в течение многих лет даже в условиях современных инженерных решений по обустройству свалок [3,4].

       На сегодняшний день универсальной эффективной технологии очистки и утилизации фильтрата не существует. Одна из причин – непостоянство его состава, который определяется морфологическим составом ТБО, временем нахождения в теле свалки, а также степенью разбавления атмосферными осадками. В то же время именно состав фильтрата определяет схему очистки - физико-химическую, физическую, биологическую очистку или их комбинацию. Не детализируя достоинства и недостатки каждой из схем, отметим только наиболее знаковые проблемы. Биологические методы ограничены предельно допустимыми концентрациями (ПДК) загрязнений, содержание которых в реальных условиях зачастую превышает величины ПДК. Физические методы, как правило, носят элементы экзотичности и требуют достаточно высоких эксплуатационных затрат, а физико-химические - во многих случаях сопровождаются значительными расходами химических реагентов. Обратим, вместе с тем, внимание на объединяющую отмеченные подходы стадию – стадию образования концентрированного остатка, которая, в свою очередь, требует эффективного решения, отсутствующего на данное время. Таким образом очистка фильтрата свалок ТБО остается чрезвычайно острой и актуальной проблемой. 

       Предлагаемая нами технология разработана для очистки фильтрационных вод полигона ТБО № 5 г. Киева и может быть адаптирована на другие подобные объекты. Суть технологического решения сводится к предварительной глубокой окислительно-реагентной (каталитической) очистке фильтрата с последующей доочисткой мембранными методами и после биопруда сбросом очищенной воды в окружающую среду. Использование только реагентной очистки обеспечивает высокую степень очистки, однако такой подход является многостадийным и требует применения комбинации различных реагентов. 

В качестве примера рассмотрим эффективность реагентной очистки одного из наиболее тяжелых образцов фильтрата (таблица 1).
       Видно, что реагентная очистка обеспечивает перевод в осадок подавляющего количества исходных загрязнений. В данном случае это достигается за счет удачного выбора не только специальных реагентов, но и последовательности их использования в процессе очистки. В общем случае оптимальная схема выглядит следующим образом: фильтрат - раствор известкового молока необходимой концентрации по СаО - коагулянт-флокулянт “Сизол-2500” - раствор известкового молока той же концентрации - зола ТЭС - коагулянт-флокулянт “Сизол-2500”. Существенным дополнением к приведенной схеме является скорость и время перемешивания на каждой из стадий. Найденный порядок введения реагентов, а также оптимизация очистки фильтрата, позволяют получать осадок, находящийся практически в фиксированном состоянии После его отделения от очищенного фильтрата и выдерживания в течение 24 часов при температуре 20±10⁰С наблюдается дальнейшее уплотнение образованной смеси. Традиционно за поведением полученного материала наблюдали за электропроводностью элюатов, полученных после нахождения под слоем воды (250 мл) 24, 48 и 72 часа только что полученного и отфильтрованного осадка и осадка, выдержанного предварительно в эксикаторе 24 и 240 часов при температуре 20±10⁰С (таблица 2).

       Исходя из приведеннях результатов можна рекомендовать найденный подход к реагентной очистке как такой, который позволяет фиксировать в процессе очистки осадок. Этот вывод представляет практический интерес, поскольку при таком варианте существенно упрощаются стадии отделения такого осадка от жидкой фазы и его утилизации.

Таблица 1
Эффективность реагентной очистки фильтрата полигона ТБО № 5

№ п/п	Наименование показателей	Исходный фильтрат	Фильтрат после очистки	Степень очистки	ПДК сточных вод
1	ХПК, мгО2/л	22500.0	675-157.5*	97-99.3	30.0
2	БПК5, мгО2/л	3500.0	175-14	95-99.6
3	Сухой остаток, мг/л	28150.0	3941-1492	86-94.7**	1000.0
4	Цинк,  мг/л	12.4	-	100	1.0
5	Медь, мг/л	15	1.05-0.45	93-97	1.0
6	Железо общее, мг/л	118	0.118-0	99.9-100	0.3
7	Хром общий, мг/л	0.6	0.01-0	99.9-100	0.05
8	Хлориды, мг/л	6500.0	325	95	240
9	Нитриты, мг/л	4.3	0.04-0.02	99.-99.5	3.3
10	Азот аммиачный	3000.0	30-0	99-100	2.0
11	Нитраты, мг/л	2.6	1.8-1.2	32-54	45.0
12	Нефтепродукты, мг/л	14.6	0.22-0.09	98.5-99.4	0.1
13	Сульфаты, мг/л	2650.0	106-53	96-98	500.0

Примечание. В процессе очистки использовали комбинацию различных реагентов: хлорная известь, хлорид железа (III), “Сизол-2500”; хлорная известь (или известковое молоко), сульфат алюминия, “Сизол-2500”.
*Приведен интервал достигнутых в процессе очистки показателей.
**Величина сухого остатка получена после инфильтрации очищенного реагентным способом фильтрата через глиняно-песочный фильтр и систему ионообменников.

       С целью оптимизации процесса реагентной обработки фильтрата нами отработан вариант, который предусматривает введение коагулянта или на первой стадии очистки, а затем после перемешивания и появления осадка добавление окислителя, например, перекиси водорода, или коагулянт и окислитель подают вместе. В результате выбрано несколько вариантов (таблицы 3-5). 

Таблица 2
Водорастворимость осадков, полученных при реагентной очистке фильтрата

Таблица 3
Окислительно-реагентная очистка (1)

       Видно, что в этом случае достигается глубокая степень очистки исходного фильтрата, причем важным обстоятельством является то, что строгое выдерживание соотношения реагентов, порядка их введения в зону очистки, условий перемешивания, приводит к величинам сухого остатка в очищенном фильтрате ниже существующих нормативных показателей 1000 мг/л. Это чрезвычайно интересный результат, свидетельствующий о принципиальной возможности очистки стоков не только от взвешенных и коллоидных частиц, но и от растворимых неорганических солей.

       Для минимизации затратных показателей на реагентную очистку (1) проработаны различные схемы с изменением природы как коагулянта, так и окислителя (таблицы 4 и 5).

Таблица 4
Окислительно-реагентная очистка (2)

* - окислитель кислород воздуха

       Интересно, что изменение природы окислителя при том же катализаторе существенным образом изменяет характер протекания процесса очистки. При прочих равных условиях его проведения выбранная система окислительно-реагентной очистки (2) хорошо очищает фильтрат от органических загрязнений, однако величина сухого остатка изменяется при этом незначительно. На этом же уровне остается сухой остаток и в варианте окислительно-реагентной очистки (3) при хорошей степени очистки фильтрата от органических загрязнений. Однако последний вариант можно рассматривать как оптимальный, о чем свидетельствуют значительно более низкие затраты на используемые реагенты. При продолжительности аэрации в течение 12,5 величина ХПК достигает значения 640 мг/л, однако, если получаемый осадок отводить из зоны реакции используя для его уплотнения коагулянт-флокулянт «Сизол-2500», то время аэрации можно существенно уменьшить (до 5-6 часов) с достижением величины ХПК на уровне 600 мг О2/л при незначительном повышении стоимостных характеристик (в среднем на 0,3-0,6 $). 

Таблица 5
Окислительно-реагентная очистка (3)

       В дальнейшем для доочистки фильтрата целесообразно использовать мембранные технологии, причем, как показано специальными исследованиями, исходное значение ХПК перед мембранной очисткой можно держать на уровне 1000-1400 мг О2/л. Действительно, результаты, полученные в лабораторных условиях при мембранной доочистке предварительно подготовленного фильтрата, свидетельствуют о возможности его сброса в окружающую среду (таблица 6). 

Таблица 6
Результаты мембранной доочистки фильтрата

       Для утилизации концентрированных остатков, полученных после стадий реагентной предочистки и мембранной доочистки, разработано несколько решений: их смешение с наполнителем с получением твердого, практически водонерастворимого материала, который можно использовать для изготовления строительных изделий, для дорожного строительства, для планирования территории; высушивание на установленном на полигоне № 5 оборудовании фирмы "VOMM" до 30-40 % влажности и захоронение полученного материала на теле свалки; смешение с наполнителем и использование полученного материала в качестве изолирующего слоя на теле свалки. 

       Полученные результаты легли в основу технологической схемы, разработанной с учетом специфики полигона ТБО № 5 и его инфраструктуры. Разработано ТЭО комбинированного процесса обезвреживания фильтрата, которое свидетельствует о значительно меньших капитальных и эксплуатационных затратах при реализации такого процесса по сравнению с существующими технологиями. Кроме того, в этом случае решается важнейшая экологическая проблема, связанная с полным циклом утилизации накопленных на полигоне огромных количеств высокотоксичных стоков (500-700 тыс. м3).

       Таким образом, разработанная технология позволяет не только очистить проблемный сток до норм сброса очищенной воды в окружающую среду, но и решает вопрос утилизации полученного в процессе очистки высококонцентрированного остатка.

 

1. Water and element balances of municipal solid waste landfills / Baccini P., Henseler G., Figi R., Belevi H. // Waste Management and Research. 1987. V. 5. № 4. P. 483–499.
2. О проблеме очистки фильтрата полигонов для захоронения твердых бытовых отходов / А.Ю. Бекетов, Б А. Бекренев, И.В. Викторовский и др. // Экологическая химия. – 1988. – Т. 7, № 4. – С. 217-228.
3. Кашковський В.І., Кухар В.П. Способи знешкодження високотоксичних стоків звалищ твердих побутових відходів // Наука та інновації.. – 2005. - Т. 1, № 6. - С. 107-116.
4. Кашковский В.И., Войновский В.В. Сточные воды свалок твердых бытовых отходов: проблемы и решения / III Международная конференция «Сотрудничество для решения проблемы отходов». Харьков, 7-8 февраля 2006 г. - С. 151-153.
5. Кашковський В.І., Войновський В.В., Зубенко О.В. Спосіб одержання коагулянту. Патент України № 80425. Опубл. 25.08.07 р. Бюл. № 15.

Кашковский В.И., Горбенко В. Н., Синяков Ю.Б., Вальчук Д.Г. (Украина, Киев)
Комплексная переработка фильтрата твердых бытовых отходов
Збірник матеріалів ІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю
Скачати в форматі pdf:
http://eco.com.ua/sites/eco.com.ua/files/lib1/konf/2vze/zb_m/0006_zb_m_2VZE.pdf