МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД КАК ЭЛЕМЕНТА БИОТОПА ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОЛИГОНОВ ТБО, АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ ФИЛЬТРАТА - Очистка фильтрата полигона твердых бытовых отходов (биологические методы с химическим окислением)

АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ ФИЛЬТРАТА

Как известно, фильтрат полигонов ТБО обладает сложным составом, меняющимся по фазам жизненного цикла полигона. Поэтому решение актуальной проблемы очистки фильтрата является весьма сложной задачей. Установлено, что при проектировании очистных сооружений для фильтрата невозможно опираться на средние значения концентраций загрязнений, так как разрыв между максимальными и минимальными значениями чрезвычайно велик. Поэтому для каждого полигона на данном этапе необходимо проведение собственных исследований, а также индивидуальный подход и расчет очистных сооружений. С другой стороны из-за высокой степени разбавления грунтовыми водами, фильтраты высачивающиеся из полигонов ТБО на территории РФ, обладают меньшими концентрациями загрязняющих веществ [56], то есть менее нагружены по сравнению с зарубежными аналогами, однако это приводит к большим объемам фильтрата, что также требует решения при проектировании систем очистки сточных вод полигонов ТБО.

По сложившейся системе классифицирования методов очистки других производственных сточных вод, все методы обработки фильтрата подразделяются на четыре основных группы:

    - биологические методы, обычно применяемые в совокупности или в комбинации с другими методами очистки, например, окислением и адсорбцией; - химические методы, представляющие собой обычно методы оксидации; - физико-химические методы, использующие различные химические и физические свойства веществ, содержащихся в фильтрате, для их изъятия, требуют комбинация с предварительными и последующими методами очистки; - физические методы.

Согласно литературным источникам все методы обработки фильтрата подразделяются на [25]:

    - методы химического или биологического воздействия на вещества, содержащиеся в фильтрате: биологические методы, химическая оксидация с применением озона, термическое окисление (сжигание); - физическое разделение веществ, содержащихся в фильтрате: обратный осмос/нанофильтрация, выпаривание/сушка, абсорбция на активном угле, выделение азота.

В отечественных литературных источниках уделяется недостаточное внимание проблематике очистки фильтрата полигонов. Наблюдается, однако, тенденция постепенного роста интереса к проблематике, способам и методам очистки сточных вод от полигонов депонирования ТБО [16, 130].

В зарубежных источниках проводится ряд исследований существующих методов обработка фильтрата. Их следует разделять на три группы: исследование физических методов в особенности обратного осмоса в схемах обработки фильтрата, исследования биологических методов, новые методы обработки сточных вод данного типа.

Во многих работах отмечается необходимость применения совокупности биологических и физических методов при обработке фильтрата [42, 159, 147, Современные методы и заявки на патенты описывают комбинированные способы. Примером такого способа может служить метод использования биологического реактора с включенной в него мембраной, предложенный французским исследователем V. Levy [112]. Также существуют предложения по многоступенчатой очистке, как, например, описанный в заявке на патент U. Zietz метод трехступенчатой обработки сточных вод высачивающихся из тела полигона ТБО [112]:

    - первая ступень: коагуляция для выделения коллоидных комплексообразющихся соединений гуминовых и фульвокислот; - вторая ступень: адсорбция для удаления адсорбируемых органических галогенов (АОХ); - третья ступень: отдувка воздухом или паром для удаления соединений аммонийного азота.

Примером метода обработки фильтрата разработанного в РФ, служит заявка на патент [130]. Способ заключается в смешении СВ с пылевидным коксом и последующей гальванокоагуляцией с электросепарацией со смешением на выходе католита и анолита и отделением тонкодисперсного осадка. Анализ основных методов используемых для обработки фильтрата, их преимуществ и недостатков представлен в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

Аналитическое обобщение преимуществ и недостатков основных методов очистки фильтрата

Название метода, комбинирование

Преимущества

Недостатки

1

2

3

Физико-химические методы

Фильтр с загрузкой из АУ может быть применен в комбинации с предваритель-ными флокуляцией, механи-ческой фильтрацией, обрат-ным осмосом, биологичес-кой ступенью очистки; по-следующими обратным ос-мосом, биологическая сту-пень очистки и некоторые другие
    - высокая степень очистки; - низкие затраты энергии; - возможность регенерации АУ; - гибкость метода; - отсутствие отходов; - селективная адсорбция опасных соединений; - при термической обработке достигается удаление части органических загрязнителей
    - неэнергетические экономии-ческие показатели; - транспортировка АУ на регенерацию

Использование пульпы АУ комбинирование метода ана-логично предыдущему
    - высокая степень очистки; - низкие затраты энергии; - гибкость метода; - осадок может быть обработан методом сжигания; - селективная адсорбция опасных соединений
    - количество осадка напрямую зависит от количества АУ; - наличие осадка и необхо-димость его обработки; - добавление в случае необхо-димости флокулянтов

Обратный осмос комбинация с предварительными механи-ческой фильтрацией, биоло-гической ступенью выпари-ванием; последующими сжи-ганием, биологической сту-пенью, обработкой АУ, выпариванием
    - высокая степень очистки по ХПК и БПК; - обессоливание (опреснение) фильтрата; - низкая токсичность пермеата
    - понижение рН; - высокие энергозатраты; - высокие экономические затраты (в том числе на замену мембран); - небольшой жизненный цикл мембран

Ультрафильтрация, включение в схему очистки принципиально схоже с методом обратного осмоса
    - изъятие суспензий; - 100% поддержка биомассы; - нечувствительность к избыточному илу; - повышенная концентрация биомассы; - экономия пространства
    - низкая степень очистки; - высокие затраты энергии

Физические методы

Сжигание; до сжигания могут быть применены ультрафильтрация, выпари-вание, механическая филь-трация и практически все др. методы

Пока метод при очистке фильтратов не используется

Выпаривание, используется в комбинации с предва-рительными ультрафиль-трацией, обратным осмосом, механической фильтрацией, биологической ступенью и последующими обработкой АУ, обратным осмосом, биологической ступенью, использование выпаривания как первой ступени неэф-фективно
    - практически полное опрес-нение; - может быть применен для высокозагрязненных фильтратов, где не могут быть не исполь-зованы др. методы; - возможно применение как конечной фазы (концентрат от обратного осмоса)
    - коррозия; - очень высокие затраты энергии; - необходимость обучения персонала; - экономический фактор; - высокие требования к персоналу и техническому снащению; - низкое снижение аммония (10-30%); - повышение рН и т. д.

Биологические аэробные методы применяются с предварительными флокуляцией, обработкой АУ, мембранным методом и т. д.; последующими механической фильтрацией, флокуляцией, обработкой АУ, обратным осмосом и др.

Во взвешенном слое

Непрерывный метод
    - снижение БПК5 - 99% NH4 - 99,9%; - экономичность; - низкие затраты энергии; - возможность использования в комбинации с физико-химическими методами
    - осадок, требующий обра-ботки; - вероятное осаждение извести

Периодического действия
    - снижение БПК5 - 99% NH4 - 99,9%; - экономичность; - низкие затраты энергии; - обогощение организмов спе-циальными энзимами для снижения галогенизированных углеводородов
    - низкое снижение АОХ (10-50%); - наличие известкового осадка

Обработка на окситенках
    - снижение БПК5 - 98% NH4 - 99%; - экономичность; - очень низкие затраты энергии; - удобен как ступень пред-шествующая обратному осмосу из-за снижения содержания карбоната кальция
    - снижение ХПК (30-60%); - АОХ 10-50%; - требует наличия относи-тельно больших территорий; - возможно изменение рН

С прикрепленной микрофлорой

Капельные
    - отсутствие необходимости принудительной аэрации; - низкие затраты энергии; - потребность в небольшом кол-ве микрофлоры; - может быть использована как ступень предочистки; - высокая нитрифицирующая способность; - низкие затраты на техническое обслуживание
    - высокие инвестиционные затраты; - опасность блокировки установки; - высокая зависимость от температурного фактора; - необходимость устройства выравнивающего резервуара

Растительная очистная уста-новка
    - метод близкий к способам очистки в природе; - понижение проводящей способности и как следствие возможность применения как ступени доочистки
    - установка требует тщатель-ного ухода; - невысокая степень очистки при высоком росте растений; - высокая чувствительность растений к загрязняющим ве-ществам; - возможность так называемой блокировки сооружения

Анаэробные методы

Анаэробные реакторы
    - отсутствие затрат на аэрацию; - небольшое кол-во избыточного АИ

Метод недостаточно исследо-ван для обозначения даль-нейших преимуществ и недостатков его применения при очистке фильтрата

Циркуляция фильтрата
    - пониженные затраты; - относительно безопасный ме-тод; - снижение БПК и ХПК
    - может быть использован лишь как метод предочистки; - требование больших площа-дей; - ограничение по времени использования (лишь для молодых полигонов)

Химические методы могут быть применены в комбинации с предварительной ступенью адсорбции, биологической ступенью, обратным осмосом, последующем сжиганием и редко при соответствующем обосновании биологической ступенью либо обратным осмосом

Окисление пероксидом водо-рода
    - простота метода; - защищенность производства; - отсутствие отходов
    - возможная низкая эффек-тивность метода; - в некоторых схемах высокие затраты энергии

Окисление (оксидация) озо-ном
    - высокая степень очистки; - отсутствие отходов
    - высокие затраты энергии; - необходима защита произ-водства; - подвержен влиянию техни-ческих отклонений; - низкая гибкость процесса

Из таблицы 2.1. следует вывод о том, каждый метод обработки эффективнее применять в комбинации с другими способами для достижения наибольшей степени очистки, и надежности процесса, то есть, необходима разработка принципов комплексирования методов обработки фильтратов.

Ряд авторов рассматривают комбинированные схемы обработки фильтратов. Среди данных схем наиболее эффективными и используемыми являются схемы представленные на рис. 2.1.

А) энергия

ИАИ

фильтрат

регенерация

Б)

возврещение обработка

концентрат

фильтрат осветленный фильтра

В)

азотные а) б) осадок

св

фильтрат осветленный

фильтрат

Рис. 2.1. Схемы обработки фильтрата без примесей (а) и с применением мембранной фильтрации (б, в)

Схема а имеет серьезный недостаток - в процессе обработки эффект выделения тяжелых металлов мал, что делает необходимой дополнительную ступень очистки при сбросе очищенных сточных вод (ОСВ) в водоем, либо делает необходимым фильтрование для последующего сброса в систему городской канализации.

Поэтому для очистки фильтрата при сбросе его в природные водоемы была предложена многоступенчатая схема, состоящая из блока биореактора (процесс нитрификации-денитрификации с ультрафильтрационным разделением иловой смеси), блока биологической доочистки и нанофильтрации и блока окисления концентрата. Эффект очистки по БПК, ХПК и азоту 98-99%, по тяжелым металлам 79-98% [164].

Необходимо особо отметить метод обратного осмоса, по глубине очистки он является одним из самых эффективных, что объясняет его широкое использование на очистных сооружениях полигонов ТБО и ПО в Европе. Так многие авторы отмечают высокий эффект очистки при использовании данного метода в схеме обработки фильтрата [63]. Также следует вывод -- о целесооборазности применения обратного осмоса в комбинации с другими, в том числе биологическими методами [165, 113, 126]. При применении его в совокупности с другими методами обработки удается достичь очищенной воды со свойствами и составом дистиллята, что редкость для полигонов Западной и Центральной Европы. Такие полигоны вынуждены проводить дальнейшее насыщение очищенных сточных вод (ОСВ) в специальных прудах необходимыми составляющими для жизнедеятельности организмов.

Среди вышеперечисленных недостатков данного метода главную роль играют экономические факторы, а значит высокие эксплуатационные расходы. Исходя из нынешней экономической ситуации сложившейся в РФ, проектирование и эксплуатация данных установок была бы не только нелогичной, но и лишенной смысла, т. к. многие полигоны из-за отсутствия денежных средств просто не смогут эксплуатировать их. С другой стороны, при разработке методов или комплексов, призванных предотвратить отрицательное влияние фильтрата на главные абиотические факторы и тем самым на биотоп необходимо стремиться к рациональной совокупности экономической и природоохранной составляющих, при несомненном главенстве последней.

Существуют способы и исследования, касающиеся других, менее распространенных (за исключением методов биологической очистки) методов обработки сточных вод высачивающихся из тел полигонов ТБО. Одним из таких методов является электрохимический метод, который показывает высокий эффект очистки по хлорорганическим составляющим, однако метод эффективен лишь для биологически неокисляемых компонент, содержащихся в сточных водах и требует комбинирования с другими способами очистки для достижения необходимой степени очистки.

Для обеззараживания фильтратов полигонов ТБО применяется обработка озоном или ультрафиолетовыми лучами.

Существуют и другие методы обработки сточных вод: мокрохимическое окисление в циркуляционном реакторе и УФ-реакторе для фотолиза в присутствии оксалата Fe (III).

Широко распространенными методами в системах очистки фильтратов полигонов депонирования ТБО являются биологические методы. Схема состоит из четырех процессов/блоков -- денитрификация, метаногенез, снижение содержания сульфатов, аэробное разложение, при этом любой один блок кроме денитрификации может быть исключен из процесса очистки [164]. Биологические методы достигают эффекта очистки до 98% при применении их в схеме с другими способами обработки сточных вод [147].

Таким образом, биологические методы очистки фильтрата являются не только экономичными, но и при применении их в комплексе с другими методами показывают высокую степень очистки сточных вод при выпуске их в водоем. Особенно эффективными данные методы являются при очистке фильтратов с высоким показателем БПК5 и NH. В случае, когда фильтрат полигонов ТБО сильно нагружен азотосодержащими соединениями. Биологические методы и установки также получили широкое применение в системах обработки фильтратов полигонов депонирования ТБО и ПО в постиндустриальных странах. Биологические методы весьма разнообразны, что делает их весьма гибкими, хотя они более подвержены влиянию различных факторов (температура, наличие токсичных составляющих) [25, 86, 145] Эта зависимость вытекает из самой основы метода, в котором для очистки сточных вод применяются микроорганизмы.

Анализ различных источников позволил сделать вывод об актуальности и необходимости разработки принципов комплексирования методов очистки фильтрата с применением геосинтетических материалов, как конструкционного компонента в создании систем биологической очистки сточных вод полигонов депонирования ТБО и ПО, а также новых методов и систем биологической и комбинированной очистки фильтрата высачивающихся из тела полигонов.

Похожие статьи




МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД КАК ЭЛЕМЕНТА БИОТОПА ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОЛИГОНОВ ТБО, АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ ФИЛЬТРАТА - Очистка фильтрата полигона твердых бытовых отходов (биологические методы с химическим окислением)

Предыдущая | Следующая