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


22500.0


675-157.5*


97-99.3


30.0


2


БПК5, мгО2


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




Образцы


Электропроводность, мкСм/см


 


 


24 часа


48 часов


72 часов


Исходный фильтрат


19100


 


 


 


Исходная вода, под слоем которой находятся образцы


460


 


 


 


Свежий осадок после фильтрования


2630


2660


2740


2850


Осадок, выдержанный   при температуре окру- жающей среды  24 часа


1340


1350


1350


1350


Осадок, выдержанный при температуре окружающей среды 240 часов


625


622


625


620

Таблица 3
Окислительно-реагентная очистка (1)



Параметры


Исходный фильтрат


Очищенный фильрат

 


Ориентировочная стоимость реагентов, $/м3 фильтрата


 


 


Хлорид железа (II), %

 


Перекись водорода, %


 


 


 


0,4


2


 


ХПК, мг О2


15 456


1760


~33


Сухой остаток, мг/л


8716


540


ХПК, мг О2


 


960  (Сизол-2500, 1%)


~37


ХПК, мг О2


 


912  (Сизол-2500, 1%) 


~43

       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)


Опыт


Время* аэрирования, час

 


ХПК, мг О2


Хлорид железа (II), %

 


Ориентировочная стоимость реагентов, $/м3 фильтрата


1


2

6

7,5


1120

680

592


0,4


~33


Сухой остаток  7250 мг/л

* - 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)


Сульфат железа (III), %


Без катализатора, %


0,05


0,1


0,15


0,2


 


Время аэри-рова-ния, час


ХПК,

мг О2/л


Время,

аэри-рова-ния,

час


ХПК, мг О2/л


Время,

аэри-рова-ния,

час


ХПК,

мг О2/л


Время,

аэри-рова-ния,

час


ХПК,

мг О2/л


Время,

аэри-рова-ния,

час


ХПК,

мг О2/л


2


1400


2


1300


2


1260


2


1200


2


5700


4


1200


4


990


4


860


6


736


6


2800


 


 


 


 


 


 


12,5


640


 


 


Сухой остаток  7250 мг/л


Ориентировочная стоимость реагентов, $/м3 фильтрата


 


 


1,0


1,5


2,0


2,5


 


 

       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


Покаэатель


После реагентно-окисли-тельной очистки


После мембранной доочистки


ХПК, мг О2


970


14


Сухой остаток


7250


650

       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.
 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
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

Оцінка: 
0
No votes yet