Меню Рубрики

Установки для очистки дренажных вод

Водоподготовка и очистка сточных вод

Современные технологии очистки воды

Очистка дренажных вод полигонов твердых бытовых отходов (ТБО)

Авторы А.А Поворов к.т.н., В.Ф. Павлова к.т.н., Н.А Шиненкова

Вопросам очистки природных и сточных вод в последние годы посвящено значительное число исследований во многих странах, поскольку предотвращение вредного воздействия отходов жизнедеятельности человека на окружающую среду является одними из основополагающих факторов стратегии экологической безопасности. На первый план в ряду экологических направлений выдвигается задача очистки фильтрата полигонов твердых бытовых отходов (ТБО), так как дренажные стоки полигонов обладают повышенными концентрациями загрязнений органического и минерального характера, тяжелых металлов, в целом, содержат наиболее обширный перечень загрязняющих соединений.

Широкий резонанс в 2017 и 2018 годах получила проблема очистки фильтратных вод полигонов в России, особенно в Московской области. Министерством экологии московской области разработана и реализуется программа по решению данной проблемы.

Состояние проблемы

В последние годы в России наблюдается неуклонный рост образования твердых бытовых отходов, в среднем, 5% в год (от 18,8 млн.т в 1980 г. до 61 млн.т в 2017 г.) и связанных с ним социальных, экономических и экологических проблем. По данным различных авторов около 97% образующихся в стране отходов поступает на полигоны и свалки (к примеру, в США – 57,4%) , занимающие в стране свыше 40 тыс. га земли. В России в настоящее время эксплуатируется более 1’350 полигонов ТБО, 15’000 санкционированных свалок, 17’000 несанкционированных свалок и 13’000 несанкционированных мест размещения мусора. Из всего количества полигонов только около 8% отвечают санитарным требованиям, большинство полигонов представляют значительную эпидемиологическую опасность, нарушают природный ландшафт и являются источником загрязнения почвы, подземных и грунтовых вод, атмосферного воздуха. Дополнительно ежегодно для строительства новых полигонов захоронения ТБО отчуждается около 1 тыс. га земли – 10-30 средних и малых полигонов. Таким образом, снижение негативного воздействия полигонов захоронения твердых бытовых отходов (ТБО) на объекты гидросферы, в том числе, обусловленного фильтрационными (дренажными) водами (ДВ), является приоритетной и актуальной задачей.

Специалисты выделяют 3 основных источника образования фильтрата на полигонах ТБО:

  • атмосферные осадки, инфильтрующиеся через тело полигона, контактирующие с поверхностью массива отходов (основной источник образования фильтрата);
  • исходная влажность отдельных видов отходов;
  • влага, выделяющаяся из толщи отходов в результате биохимических процессов, сопровождающихся образованием воды при анаэробном разложении их органической составляющей.

Состав дренажных вод полигона ТБО. Дренажные воды полигонов ТБО относятся к высокозагрязненным сточным водам, характеризуются высоким (в сотни раз превышающим ПДК) содержанием токсичных органических и неорганических веществ, содержат многочисленные компоненты распада органических соединений — промежуточные и конечные продукты процессов разложения компонентов отходов, что определяет темно-коричневый цвет и неприятный запах фильтратных вод. Такие фильтраты содержат биологически трудноокисляемую органику, например галогенорганические соединения (ГОС), азотсодержащие органические комплексы, вследствие чего обладают весьма высокими значениями показателя химического потреблениякислорода (ХПК), который может достигать до 40000 мг О2/л. Их санитарно-эпидемиологическая опасность усугубляется содержанием патогенных микроорганизмов.

Многочисленные исследования, проведенные зарубежными и российскими учеными, показали, что химический и микробиологический состав ДВ полигонов и их объем зависят от ряда факторов: гидрогеологических, климатических, топографических, морфологии твердых бытовых отходов, этапа биохимической деструкции и жизненного цикла полигона, условий складирования, предварительной обработки отходов и др. На протяжении всего жизненного цикла полигона ТБО, состоящего из следующих основных этапов: эксплуатационного, рекультивационного, пострекультивационного, ассимиляционного — ДВ являются источником загрязнения поверхностных и подземных вод. Факт преобладания низкомолекулярных кислот среди идентифицированных органических соединений указывает на то, что в твердой и жидкой фазах толщи бытовых отходов быстро протекает аэробная деструкция органических веществ. Происходят процессы выщелачивания и вымывания соединений металлов из массы отходов. Переход ионов металлов в фильтрат, как в аэробных, так и в анаэробных условиях, составляет не более 0,1 %, при этом концентрация ионов металлов в ДВ может изменяться в пределах от 80 мг/л до 20 мкг/л в зависимости от их начального содержания в ТБО.

Основные компоненты фильтрата можно объединить в следующие четыре класса:

  • основные элементы и ионы: кальций, магний, железо, натрий, аммоний, карбонаты, сульфаты, хлориды:
  • рассеянные металлы: марганец, хром, никель, свинец, кадмий;
  • различные химические соединения, количество которых обычно измеряется общим органическим углеродом (ООУ) и химическим потреблением кислорода (ХПК), отдельные органические вещества, такие, как фенол;
  • микроорганизмы.

На практике принято различать так называемый «молодой» и «старый» фильтрат. «Молодой» фильтрат образуется на начальной стадии эксплуатации полигона после 2-7 лет складирования и захоронения ТБО и длится 5-10 лет. Этот фильтрат характеризуется средним значением pH, высокими значениями ХПК и БПК, высоким содержанием аммонийного азота и железа; состав органических соединений представлен летучими органическими кислотами жирного ряда. «Старый» фильтрат формируется в основном на постэксплуатационном этапе жизнедеятельности полигона. Состав дренажных вод меняется во времени, что отражено в таблице 1, где представлены средние значения основных изменяющихся показателей ДВ

Тип фильтрата полигона ТБО и основные изменяющиеся показатели

Наименование параметра,

«Молодой полигон» — кислотная фаза

«Старый» — метановая фаза

Для «биологически независимых» веществ, таких как азот аммонийный*, хлорид-ион*, тяжелые металлы (в том числе, медь, никель, свинец, кадмий, хром и пр.) аналогичной динамики изменения концентраций во времени не наблюдается. Содержание «биологически независимых» веществ меняется незначительно и определяется, в основном, разбавлением фильтрата.

Читайте также:  Установка газа на девятку

Объем фильтрационных (дренажных) вод в зависимости от влажности отходов и климатических условий обычно составляет 25-50 % от массы складируемых отходов. Существенным отличием ДВ от других типов сточных вод является неравномерность их накопления в течение года за счет сезонных колебаний уровня атмосферных осадков. Наибольший объем фильтрата образуется в паводковый и осенний периоды.

Загрязненный токсичными соединениями фильтрат не может быть сброшен в водоем культурно-бытового и рыбохозяйственного назначения без тщательной и многоступенчатой очистки.

Методы и технологии очистки дренажных вод полигонов ТБО

Наиболее распространенными технологиями очистки ДВ являются биохимические (аэробные и анаэробные) и физико-химические методы (например, окисление, ионный обмен, адсорбция, мембранные методы и пр.) Дренажные воды полигонов твердых бытовых отходов, как было отмечено, отличаются повышенной цветностью, мутностью и значительным содержанием взвешенных веществ (до5г/л). Характер взвешенных веществ в них весьма разнообразен, но, как правило, они включают в себя глинистые вещества, песок, неокисленные частицы органического происхождения, в т.ч. жир, и т.п. Механическая очистка является самым дешевым и простым методом и применяется преимущественно как предварительная, после которой всегда целесообразна глубокая очистка ДВ. Важность предварительной механической фильтрации заключается в том, что, выполняя функцию первичной очистки от нерастворённых загрязнений, она снимает многие проблемы при решении последующих задач, во многом снижая нагрузку на последующие стадии. Последнее имеет большое значение для экономических показателей эксплуатируемого оборудования.

Биохимическая очистка обычно также используются после предварительной механической очистки (отстаивание, фильтрация) . Известно, что интенсивная аэробная очистка ФВ может приводить к снижению на 90% показатели БПК и на 80% — ХПК. Однако при обработке высококонцентрированного фильтрата в аэротенки для повышения эффективности биохимических процессов необходимо подавать большое количество кислорода, что приводит к значительным затратам электроэнергии на аэрацию. Для стимуляции процессов и достижения оптимального соотношения БПКз : N : Р = 100 : 3,2 : 1,1 возникает необходимость использования биогенных добавок. Добавление фосфора, чаще всего в виде ортофосфорной кислоты, способствует осаждению тяжелых металлов и накоплению их в биологических илах, что создает трудности при утилизации. Процессы аэробной очистки осуществляют также в биофильтрах, где на поверхности загрузочных материалов формируется биопленка, биоценоз которой подобен активному илу аэротенков. Применение аэрационных прудов — один из наименее трудоемких и достаточно эффективных методов аэробной очистки или доочистки сточных вод, позволяющий значительно снижать концентрацию ионов аммония и величины ХПК и БПК (до70 %). Однако, биологические пруды можно использовать для очистки низкоконцентрированных ДВ (ХПК до 350 мг Ог/л) или для доочистки.

Для очистки высококонцентрированных ДВ (ХПК более 6000 мг Ог/л), наиболее целесообразно использовать анаэробные методы очистки. При этом органические примеси фильтрата разлагаются с образованием биогаза, который можно утилизировать.Анаэробные методы эффективны при температурах выше 30°С и величине рН = 7,2-8,5. Анализ процессов формирования фильтрата позволяет полагать, что анаэробные методы будут наиболее эффективными для очистки ДВ, образующихся на первоначальных стадиях деструкции отходов (молодой фильтрат). В «старых» фильтратах значительно понижается ХПК и накапливаются биорезистентные и ингибирующие метаногенез примеси и для стимуляции биохимических процессов в метантенки (денитрификаторы) необходимо вводить биогенные добавки. Доочистку ДВ до качества, позволяющего сбрасывать очищенные стоки в открытый водоем, осуществляют физико-химическими методами адсорбционными, ионообменными, мембранными.

В России наиболее широко распространены и развиваются физико-химические методы очистки дренажных вод полигонов ТБО . Действующие технологии, в основном, базируются на зарубежном опыте, часто не адаптированном к климатическим условиям, конкретному объекту и нередко экономически неоправданному ввиду более жестких требований российского законодательства к качеству очищенных ДВ, направляемых на слив в водоемы. Если сравнивать результаты, полученные при биологической очистке с последующей обработкой фильтратных вод методами сорбции с данными комплексных схем, сочетающих эффективные комбинации физико-химических методов, то следует ожидать получения сопоставимых результатов по степени очистки ДВ.

В проекты полигонов ТБО в соответствии с требованиями природоохранного законодательства в обязательном порядке закладываются установки очистки их дренажных вод (ДВ). В печатных публикациях, на интернет-сайтах можно найти описание целого ряда технологий очистки ДВ полигонов ТБО, предлагаемых российскими организациями и организациями стран ближнего зарубежья, но необходимо сразу отметить, что в подавляющем большинстве случаев они представляют собой не результаты внедрений установок в практику, а результаты теоретических расчетов и экспериментальных работ.

Сюда можно отнести предложения по выпариванию всего потока ДВ («Кимо-бизнес», г. Киев), обработке воды лазерными лучами (МГТУ им. Н.Э.Баумана, Калужский филиал), извлечению загрязнений на биосорбционных фильтрах (ПермГТУ, г. Пермь), а также по очистке дренажных вод биологическим методом в системе каскадных биофильтров и малопроточных прудов (ЗАО «Экопром», г.Самара). Институтом коллоидной химии и химии воды (НИКТИ ГХ, г.Киев) разработана схема, основанная на применении метода обратного осмоса с предварительной двухступенчатой анаэробно-аэробной биологической очисткой, реагентной обработкой, отстаиванием, обеззараживанием гипохлоритом натрия, фильтрацией через песчаный и угольный фильтры, в этой схеме также присутствуют стадии ионного обмена на Na -катионитовых фильтрах и электродиализа.

В Московском Государственном Университете инженерной экологии (МГУИ) разработана комплексная технология химической очистки и обезвреживания фильтрата полигонов захоронения твердых бытовых отходов, согласно которой ДВ подвергают очистке по следующей технологической цепочке: реагентная обработка известковым молоком до рН среды11-12, отдувка аммиака, обработка осветленной воды коагулянтом и отстаивание в отстойнике с тонкослойными элементами, фильтрация на фильтрах с загрузкой из кварцевого песка с размером частиц 1-3мм, электрофлотокоагуляция фильтрата, обработка 30%-ной перекисью водорода для разложения органических растворенных веществ, адсорбция тяжелых металлов на природном сорбенте (трепел, размер частиц 200-300мкм). Условно чистый фильтрат рекомендовано собирать в пруд-накопитель, обезвоживание осадков проводится в вакуум-фильтре. В настоящее время технология претерпела модернизацию, исключены ряд дорогостоящих стадий очистки и для получения качественно очищенного фильтрата введена мембранная очистка – обратноосмотическое обессоливание. Установка в «усеченном» варианте с использованием глубокого обессоливания реализована на полигоне ТБО «Дмитровский», г. Москва. Установка обратноосмотического обессоливания сточных вод (фильтрата) полигона производительностью 10м3/час по исходной воде разработана и изготовлена ООО «БМТ», г. Владимир, являющимся в РФ одним из ведущих предприятий экологической направленности. Позже, был реализован целый ряд подобных установок на территории РФ, производительностью от 0,5 м3/час до 7,5 м3/час.

Читайте также:  Установка зубов у собак

Разработка инновационной технологии очистки дренажных вод полигонов ТБО

Проведенный авторами аналитическо-информационный поиск российских и зарубежных достижений в области методов очистки концентрированных сточных вод с трудноокисляемыми органическими примесями, позволил определить прогрессивные направления развития научных и технических решений обсуждаемой проблемы. В ЗАО «БМТ» разработана, запатентована и реализована в ряде рабочих проектов технология очистки ДВ полигонов ТБО, сочетающая прогрессивную мембранную технологию с эффективными разработками традиционных методов, усовершенствованная схема которой представлена на рис.1.Комплексная технология включает следующие блоки очистки:

1) предварительной обработки — реагентная обработка, электрохимическое окисление, отстаивание, ультрафильтрационная очистка;

2) глубокой очистки и обессоливание сточных вод с использованием 2-х ступенчатого обратного осмоса и последующей утилизацией концентрата обратного осмоса в тело полигона;

3) сорбционной очистки от низкомолекулярной органики

4) дезинфекции очищенной воды ультрафиолетом (УФС).

Использование данной технологии позволяет резко сократить расход реагентов (коагулянтов, флокулянтов, кислот, щелочей, дезинфицирующих веществ), повысить надежность очистки до жестких требований ПДК, в том числе по трудноокисляемой органике и азоту аммонийному, минимизировать габаритные размеры установки и, в итоге, существенно сократить капитальные и эксплуатационные затраты на очистку ДВ.

Основные технологические решения

Стадия электрофлотодеструкции (ЭФД) — основная стадия, которая является определяющей для всего процесса предочистки по предлагаемой технологии, в ходе которой возможно повысить до 90-95% эффект снижения исходного показателя ХПК, понизить нагрузку по азоту аммонийному на последующих стадиях очистки, который относится к «биологически неокисляемым» компонентам и трудно удаляется из ДВ полигонов ТБО традиционными методами, так как частично находится в трудноразрушаемых комплексах органического характера.

Оригинальное решение стадии предочистки ДВ с применением электрохимической обработки, принятое в настоящей технологии, обеспечивает окисление и перевод биологически неокисляемых азотсодержащих веществ аммонийной формы в нитросоединения, ПДК для которых намного менее жесткие по сравнению с ПДК для азота аммонийного (для водоемов рыбохозяйственного назначения ПДК по нитратам в 80 раз выше (40 мг/л), чем для азота аммонийного — 0,5 мг/л). Это позволяет на последующей стадии очистки (двухступенчатом обратноосмотическом мембранном модуле) довести содержание азота во всех его формах в очищенной воде до требований соответствующих нормативов. Одновременно в процессе электрохимического окисления происходит обеззараживание воды образующимся в ней активным хлором, что актуально для органолептических показателей, учитываемых при эксплуатации установки ( убирается гнилостный запах обрабатываемых ДВ).

Отличительным элементом предлагаемой технологии является современные экономичные решения по утилизации концентрата – возврате его в тело полигона, исключая типовые решения по выпариванию, сжиганию или сгущению реагентами жидкого продукта. В этом случае возврат не на тело, а в тело свалки при определенных технических особенностях самого ввода не дают отрицательных влияний, проходящих в теле свалки биохимических процессах, увеличивают образование биогаза и не увеличивают концентрирование свежих стоков (фильтратов), не вызывают их «засаливания» или увеличения количества вредных продуктов в фильтрат. Данные решения имеют положительный опыт при работе установок в Германии, Австрии и других странах Евросоюза.

Разработанная комплексная технология была апробирована специалистами ЗАО «БМТ» на опытно-промышленной передвижной установке производительностью 0,050 м3/час в условиях полигона г.Адлер с анализом результатов исходной и очищенной воды независимой лабораторией — Сочинским филиалом ФГУЗ «Федеральный центр гигиены и эпидемиологии по железнодорожному транспорту» (аккредитованный испытательный центр по ЮФО). Работы проводились в период с 20-27 августа 2010г. по заказу Департамента строительства Краснодарского Края. Результаты анализа представлены в таблице 2.

Результаты количественного химического анализа

Наименование показателей, единицы измерений

Результаты количественного химического анализа

источник

Установка для очистки дренажных вод полигона твердых бытовых отходов

Владельцы патента RU 2435736:

Изобретение предназначено для утилизации органических отходов на местах их непосредственного образования или сбора и обеспечивает повышение производительности обезвреживания и утилизации органических отходов. Установка для очистки дренажных вод полигона твердых бытовых отходов содержит отстойник и систему емкостей и фильтров. Отстойник выполнен в виде протяженного углубления трапецеидальной формы, примыкающего к одному из склонов отвала свалки, при этом в нем установлен насос, подающий дренажные воды в электролизер-активатор, выход которого соединен с емкостью, в которой установлен насос, перекачивающий загрязненный осадок в фильтр-пресс, где происходит разделение жидкой и твердой фаз стоков. Жидкость направляется в песчаный фильтр, а осадок удаляется в отвал полигона. Песчаный фильтр соединен с патронным фильтром, связанным с емкостью, выход которой соединен с установкой мембранной очистки дренажных вод, которая в свою очередь соединена с адсорбером, из которого осуществляется слив очищенных вод на почву полигона. Промывные воды из песчаного фильтра поступают в отвал полигона, так же как и концентрат из установки мембранной очистки дренажных вод поступает на полигон. 1 ил.

Читайте также:  Установка пластиковых плинтусов на ковролин

Изобретение предназначено для утилизации органических отходов на местах их непосредственного образования или сбора, в частности очистки дренажных вод на полигонах твердых бытовых отходов.

В настоящее время возникает необходимость в утилизации указанных отходов в полевых условиях, на полигонах для их сбора, в местах их временного содержания. Например, для обеззараживания местности в случае падежа скота от эпидемии. Это требует значительных финансовых затрат и большего времени для обезвреживания местности и увеличивает риск распространения инфекции. Аналогичные проблемы возникают при необходимости обезвреживания медицинских отходов.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является установка по патенту RU №2207987, содержащая отстойник и систему емкостей и фильтров (прототип).

Недостатком известного устройства является невозможность использования в полевых условиях, сложность процесса и потребность привозить отходы к месту переработки. Опыт применения стационарных печей для утилизации органических отходов путем их сжигания, выявил и те их недостатки, которые ограничивают срок их эксплуатационной надежности. Применение стационарных печей в сельской местности нецелесообразно по причине их нерентабельности. Поскольку требование надежности является одним из основных, рассмотрим недостаток, устранение которого необходимо выполнить в первую очередь.

Технический результат — повышение производительности обезвреживания и утилизации органических отходов на местах их непосредственного нахождения или сбора.

Это достигается за счет того, что в установке для очистки дренажных вод полигона твердых бытовых отходов, содержащей отстойник и систему емкостей и фильтров, отстойник выполнен в виде протяженного углубления трапециидальной формы, примыкающего к одному из склонов отвала свалки, при этом в нем установлен насос, подающий дренажные воды в электролизер-активатор, выход которого соединен с емкостью, в которой установлен насос, перекачивающий загрязненный осадок в фильтр-пресс, где происходит разделение жидкой и твердой фаз стоков, при этом жидкость направляется в песчаный фильтр, а осадок удаляется в отвал полигона, причем песчаный фильтр соединен с патронным фильтром, связанным с емкостью, выход которой соединен с установкой мембранной очистки дренажных вод, которая в свою очередь соединена с адсорбером, из которого осуществляется слив очищенных вод на почву полигона, а промывные воды из песчаного фильтра поступают в отвал полигона, так же как и концентрат из установки мембранной очистки дренажных вод поступает на полигон.

На чертеже представлена схема установки для очистки дренажных вод полигона твердых бытовых отходов.

Установка для очистки дренажных вод полигона твердых бытовых отходов содержит отстойник 1, выполненный в виде протяженного углубления трапециидальной формы, примыкающего к одному из склонов отвала свалки. В отстойнике установлен насос 2, подающий дренажные воды в электролизер-активатор 3, выход которого соединен с емкостью 4, в которой установлен насос 5, перекачивающий загрязненный осадок в фильтр-пресс 6, где происходит разделение жидкой и твердой фаз стоков, при этом жидкость направляется в песчаный фильтр 7, а осадок удаляется в отвал полигона. Песчаный фильтр 7 соединен с патронным фильтром 8, связанным с емкостью 9, выход которой соединен с установкой 11 мембранной очистки дренажных вод, который в свою очередь соединен с адсорбером 12, из которого осуществляется слив очищенных вод на почву полигона. При этом промывные воды из песчаного фильтра 7 поступают в отвал полигона, также и концентрат из установки 11 мембранной очистки дренажных вод поступает на полигон.

Установка для очистки дренажных вод полигона твердых бытовых отходов работает следующим образом.

Дренажные загрязненные воды с полигона поступают в отстойник 1, примыкающий к одному из склонов отвала свалки. Из отстойника насосом 2 дренажные воды перекачиваются в электролизер-активатор 3, выход которого соединен с емкостью 4, в которой установлен насос 5, перекачивающий загрязненный осадок в фильтр-пресс 6, где происходит разделение жидкой и твердой фаз стоков, при этом жидкость направляется в песчаный фильтр 7, а осадок удаляется в отвал полигона.

Из песчаного фильтра 7 стоки поступают в патронный фильтр 8, связанный с емкостью 9, выход которой соединен с установкой 11 мембранной очистки дренажных вод, которая в свою очередь соединена с адсорбером 12. При этом промывные воды из песчанного фильтра 7 поступают в отвал полигона, также и концентрат из установки 11 мембранной очистки дренажных вод поступает на полигон.

Установка для очистки дренажных вод полигона твердых бытовых отходов, содержащая отстойник и систему емкостей и фильтров, отличающаяся тем, что отстойник выполнен в виде протяженного углубления трапецеидальной формы, примыкающего к одному из склонов отвала свалки, при этом в нем установлен насос, подающий дренажные воды в электролизер-активатор, выход которого соединен с емкостью, в которой установлен насос, перекачивающий загрязненный осадок в фильтр-пресс, где происходит разделение жидкой и твердой фаз стоков, при этом жидкость направляется в песчаный фильтр, а осадок удаляется в отвал полигона, причем песчаный фильтр соединен с патронным фильтром, связанным с емкостью, выход которой соединен с установкой мембранной очистки дренажных вод, которая, в свою очередь, соединена с адсорбером, из которого осуществляется слив очищенных вод на почву полигона, а промывные воды из песчаного фильтра поступают в отвал полигона, также как и концентрат из установки мембранной очистки дренажных вод поступает на полигон.

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector