Физико-химические методы защиты биосферы. Очистка фильтрационных вод

7.3.Получение, структура и свойства неорганических мембран 149

7.4.Аппаратурное оформление процессов ультрафильтрации и

8.3.Выбор технологии очистки фильтрационных вод для кон­

ПРЕДИСЛОВИЕ

Современные технологии очистки газовых выбросов, сточных вод в большинстве своем основаны на физико-химических методах, ознакомле­ ние с которыми входит в учебный курс «Физико-химические методы за­ щиты биосферы» при подготовке бакалавров техники и технологии по на­ правлению «Защита окружающей среды», а также инженеров по специаль­ ности «Защита окружающей среды и рациональное использование природ­ ных ресурсов». Знание физико-химических основ методов защиты био­ сферы открывает возможности для более глубокого усвоения специальных дисциплин: «Техники защиты окружающей среды», «Промышленной эко­ логии» и др. Учебное пособие представляет также интерес для магистров, специализирующихся в области управления отходами производства и по­ требления.

Учебное пособие не охватывает всего материала курса и посвящено физико-химическим методам очистки сточных вод. В пособии изложены в доступной форме механизм и химизм протекания процессов реагентной коагуляции и гальванокоагуляции, озонирования, адсорбции растворенных органических и коллоидных веществ из сточных вод, биосорбции, физико­ химические основы мембранных процессов с применением пористых ке­ рамических материалов.

Учебное пособие рассчитано на самостоятельную работу студентов. После каждой главы даны вопросы и задания для самоконтроля усвоения курса.

Изложение материала сопровождается примерами применения мето­ дов для очистки фильтрационных вод полигонов захоронения твердых бы­ товых отходов. Выбор фильтрационных вод в качестве объекта изучения обусловлен рядом причин.

В настоящее время более глубокое внимание стало уделяться про­ блемам утилизации и обезвреживания отходов производства и потребле­ ния. Основным методом обезвреживания твердых бытовых отходов (ТБО) остается захоронение их на полигонах и свалках. Негативное воздействие полигонов захоронения или свалок ТБО на поверхностные и подземные воды обусловлено фильтрационными водами (ФВ), которые образуются за счет влажности отходов, инфильтрации атмосферных осадков, биохимиче­ ских процессов, сопровождающихся образованием воды. ФВ характеризу­ ются сложным химическим составом и содержат токсичные органические и неорганические вещества в растворенном и коллоидном виде в концен­ трациях, в сотни раз превышающих ПДК, что вызывает необходимость применения для их очистки различных физико-химических методов.

Особенностью ФВ является также изменение их состава на протяже­ нии жизненного цикла полигона ТБО. На примере разработки комплекс­

ных технологий очистки ФВ можно обосновать выбор физико-химических методов для их очистки с учетом этапов жизненного цикла. В пособии рас­ сматриваются технологии очистки ФВ на различных этапах жизненного цикла полигона и методика выбора оптимального варианта технологиче­ ской схемы очистки.

При написании пособия использованы материалы курсов лекций и методические пособия по курсовому и дипломному проектированию, ап­ робированные авторами в ПГТУ в 2000-2004 гг.

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ОБЪЕМ

ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ВОД ПОЛИГОНОВ ТБО

К твердым бытовым отходам относятся отходы коммунально­ бытового хозяйства, торговых предприятий, медицинских и образователь­ ных учреждений, муниципальных служб.

В настоящее время одним из основных методов санитарной очистки городов и населенных пунктов от ТБО является депонирование их на по­ лигонах или свалках. Полигон захоронения ТБО представляет собой ком­ плекс природоохранных сооружений, предназначенных для складиро­ вания, изоляции и обезвреживания отходов, обеспечивающих защиту ат­ мосферы, почвы, поверхностных и подземных вод от загрязнений.

Весь период, начиная с момента выбора площадки под строительство полигона до полной ассимиляции массива отходов окружающей средой (переход отходов в естественные природные субстанции, характерные для литосферы и гидросферы), принято называть жизненным циклом полиго­ на, основные этапы которого представлены в табл. 1.1.

Как следует из представленных данных, жизненный цикл полигона не ограничивается эксплуатационным и рекультивационным этапами и на протяжении всего периода функционирования объект является источником экологической опасности.

Типичный полигон захоронения, где отходы складируются по картам депонирования или отсекам, можно рассматривать как биохимический ре­ актор периодического действия, в котором в течение десятков лет проте­ кают сложные физические, химические и биохимические многостадийные процессы разложения отходов, сопровождающиеся эмиссиями загрязняю­ щих веществ в объекты биосферы.

Воздействие полигона на окружающую среду обусловлено обра­ зующимися при деструкции ТБО фильтрационными водами и выделяю­ щимся биогазом.

ФВ формируются в результате инфильтрации атмосферных осадков, отжимных вод, биохимических и химических процессов разложения отхо­ дов, сопровождающихся образованием воды, и на протяжении всего жиз­ ненного цикла полигона являются источником загрязнения почв, поверх­ ностных и подземных вод. Многочисленные исследования, проведенные зарубежными и российскими учеными, показали, что химический и мик­ робиологический состав ФВ полигонов и их объем зависят от ряда факто­ ров: гидрогеологических, климатических, топографических, морфологии твердых бытовых отходов, этапа биохимической деструкции и жизненного цикла полигона, условий складирования, предварительной обработки от­ ходов и др.

Наиболее значимые факторы, влияющие на состав и объем фильтра­

та:

•морфологический состав ТБО;

•мощность полигона ТБО;

•этап жизненного цикла полигона;

•влажность отходов;

•климатические факторы (температура, влажность);

•предварительная обработка отходов;

•технологии складирования и инженерная инфраструктура поли­ гона ТБО.

1.1. Морфологический состав ТБО

Морфологический состав ТБО характеризуется такими основными компонентами, как бумага, пищевые отходы, дерево, металл, текстиль, кости, стекло, резина, кожа, пластмасса и др., которые типичны для боль­ шинства населенных пунктов. Однако соотношение этих компонентов, их количественный и фракционный состав зависят от степени благоустройст­ ва жилищного фонда, климатических и географических особенностей, чис­ ленности населенного пункта, культурного и экономического уровня жизни населения, наличия предварительной сортировки и обработки отхо-