Введение
Одной из крупных нерешенных экологических и социальных проблем урбанизированных территорий является снижение негативного воздействия полигонов захоронения и свалок твердых бытовых отходов (ТБО) на объекты гидросферы, обусловленного фильтрационными водами (ФВ) [1]. ФВ характеризуются высоким (в сотни раз превышающим ПДК) содержанием токсичных органических и неорганических веществ. Их санитарно-эпидемиологическая опасность усугубляется содержанием патогенных микроорганизмов. Для снижения поступления отдельных токсичных элементов в ФВ разработаны и используются различные технологии. Так для снижения поступления тяжелых металлов в ФВ из отходов гальванического производства, размещенных на полигонах ТБО Владимирской области, авторами ранее были разработаны технологии по утилизации гальванического шлама с выделением цветных металлов [7] и с использованием гальванического шлама в качестве наполнителя в лакокрасочных и полимерных защитных композициях [9,5].
Целью исследования является разработка комплексной технологии по очистке ФВ полигонов ТБО от токсичных неорганических и органических веществ и отработка отдельных стадий технологического цикла очистки на различных по составам фильтрационных водах полигонов ТБО.
Методы и объекты исследований
Объекты исследований – полигоны «Марьинский» (Владимирская обл.), «Дмитровский», «Хметьевский» (Московская обл.), Руссайфа (Иордания).
Контроль процесса очистки ФВ осуществлялся по изменению концентрации взвешенных веществ, ХПК, аммония, и др. загрязняющих веществ (Методика выполнения измерений содержаний взвешенных веществ и общего содержания примесей в пробах природных и очищенных сточных вод, ПНД Ф 14.1:2.110 - 97 изд. 2004 , 2010 и 2011 г.г.).
Результаты и их обсуждение
Выявлено, что по химическому составу и концентрации загрязняющих веществ фильтраты полигонов для захоронения ТБО имеют высокое содержание неорганических загрязнителей (магния, кальция, натрия, железа, марганца, хрома, цинка, бора, нитратов, фосфатов), высока также степень загрязнения фильтрата органическими веществами.
Объем и состав ФВ зависит от климатических факторов, влажности и состава отходов, инженерной инфраструктуры полигона, предварительной сортировки отходов. Существенным отличием ФВ от других типов сточных вод является неравномерность их накопления в течение года за счет сезонных колебаний уровня атмосферных осадков.
Каждому этапу соответствует определенная стадия биохимической деструкции отходов, которая определяет закономерности формирования состава ФВ. На первых этапах эксплуатации полигона протекает аэробная деструкция легко биодеградируемых фракций ТБО (в основном, пищевых отходов) с образованием жирных кислот, углекислого газа и воды. По мере уплотнения и увеличения количества отходов в теле полигона начинаются анаэробные процессы, длящиеся десятки лет и обусловливающие основные эмиссии загрязняющих веществ. Основные фазы анаэробной биодеструкции отходов: гидролиз, ацетогенез, активный метаногенез, стабильная фаза метаногенеза, полная ассимиляция.
Проведенное обследование ряда полигонов показало, что на большинстве из них отсутствуют специальные природоохранные сооружения: гидроизолирующий экран, система дренажно-сбросной сети для сбора и утилизации ФВ. При отсутствии системы сбора ФВ они скапливаются в естественных углублениях рельефа местности и дренируют вглубь полигона [3,6]. Усредненные результаты проведенного анализа химического состава и органолептических свойств ФВ одного из полигонов представлены в табл.1.
Таблица 1
Состав фильтрационных вод полигона Руссайфа
|
Параметры |
Показатели, мг/л |
|
рН |
7,2 |
|
ХПК |
21240 |
|
БПК |
8000 |
|
Азот аммонийный |
150 |
|
Азот нитратов |
6,3 |
|
Азот нитритов |
0,7 |
|
Фосфаты |
0,3-1,4 |
|
Хлориды |
800 |
|
Сульфаты |
610 |
|
Кальций |
300 |
|
Магний |
210 |
|
Железо |
28 |
|
Цинк |
15 |
|
Медь |
0,3 |
|
Свинец |
0,8 |
Исследования показали, что ФВ имеют слабокислую реакцию среды, высокую цветность, обусловленную содержанием соединений гумусовой природы и их производных. Соотношение БПКполн / ХПК = (1:2,6) показывает, что в воде присутствуют биорезистентные примеси. Низкое содержание в ФВ нитрит- и нитрат-ионов свидетельствует о торможении биохимических процессов в естественных условиях.
Из представленных данных видно, что ФВ значительно загрязнены органическими и неорганическими веществами, отсутствие очистки ФВ приводит к загрязнению грунтовых вод. Анализ проб воды, отобранных из близлежащих колодцев, показал, что грунтовые воды загрязнены не только химическими, но и микробиологическими ингредиентами. Состав фильтрационных вод обследованных полигонов зависит от их возраста (табл.2).
Таблица 2
Данные по составу фильтрационных вод полигонов
|
№ |
Показатели |
Ед. изм. |
Полигон |
||
|
Хметьевский |
Дмитровский (старый) |
Марьинский |
|||
|
1. |
рН |
ед. рН |
7,68 |
7,54 |
7,47 |
|
2. |
ХПК |
мгО2/л |
920 |
6855 |
542 |
|
3. |
Хлориды |
мг/л |
1040 |
4800 |
1496 |
|
4. |
Электропроводность |
мС.cм-1 |
8 |
21 |
12 |
Для очистки фильтрационных вод используют различные способы и их сочетания: механическая очистка, биологическая очистка, ультрафиолетовое облучение, адсорбционная очистка, химическое обеззараживание, мембранные способы, электрохимическая очистка и др. [2, 4, 8].
На основании проведенных исследований по отработке технологических режимов, норм технологических процессов, была разработана комплексная технология очистки сточных вод, содержащих трудноокисляемые органические примеси и другие токсичные соединения, блок - схема которой приведена на рис.1.
Рисунок 1. Блок-схема установки очистки дренажных вод полигонов ТБО, где: ФМ - фильтр механический; АнСБ - анаэробное сбраживание; ЭФД – электрохимическое окисление, РО - реагентная обработка, ОТ – отстаивание, УФ – напорная ультрафильтрация с половолоконными мембранными элементами, ОО –обратноосмотическое обессоливание, АД – доочистка сорбцией, УФС - дезинфекция ультрафиолетовым стерилизатором
Каждая вышеуказанная стадия комплексной технологии направлена на решение задач выделения примесных соединений из многокомпонентного водного раствора, каким является загрязненный фильтрат полигона ТБО. На стадии механической фильтрации ФМ снимается порядка 20% взвешенных веществ (ВВ), в основном, с размером частиц более 200 мкм, основная масса ВВ удаляется на последующих стадиях отстаивания - ОТ (до 98.5%) и, далее, ультрафильтрации - (УФ).
Концентраты после ультрафильтрации, первой ступени обратного осмоса вместе с осадками из отстойника собираются в колодец для жидких отходов и далее возвращается в тело полигона. Объем концентратов, возвращаемых в тело полигона, зависит от солесодержания и состава примесей в исходных дренажных водах.
Выводы: разработана комплексная технология очистки фильтрационных воды полигонов ТБО до требований ПДК для вод рыбохозяйственного назначения. Данная технология рекомендуется также к использованию при очистке промышленных сточных вод, характеризующихся чрезвычайно высокими показателями ХПК (более 40000 мг О2/л) и БПК.
Работа выполнена при поддержке Минобрнауки (договор от 12.02.2013г.№ 02.G.25.31.066).