Физико-химические методы защиты биосферы. Очистка фильтрационных вод

нолы, дихлорметан, дихлорэтан, тетрахлорэтилен, четыреххлористый уг­ лерод, трихлорэтилен и др.

Гуминовые, стеариновая, пальмитиновая, капроновая кислоты и дру­ гие в присутствии аммиака способны образовывать поверхностно­ активные соединения, затрудняющие работу биохимических очистных со­ оружений.

Азотсодержащие соединения: изохлорметан, дихлорэтан, тетрахлорэ­ бутиламин, капролактам, метила­ тилен, трихлорэтилен, хлорфенолы, мин, втор-бутиламин, триэтиламин, четыреххлористый углерод, хлоро­ аминокаироновая кислота форм

Анализ процессов биодеструкции ТБО позволил установить, что со­ держание отдельных классов органических соединений в ФВ на протяже­ нии жизненного цикла полигона уменьшается в следующей последова­ тельности: летучие кислоты жирного ряда —>низкомолекулярные альдеги­ ды—>аминокислоты—>углеводы, пептиды —>гуминовые кислоты —>фено­ лы и полифенолы —►фульвокислоты.

Интегральными показателями содержания неорганических соедине­ ний в ФВ могут служить прокаленный остаток, электропроводность рас­ твора, солесодержание.

Металлы. В состав ТБО входят черные и цветные металлы, которые на протяжении всего жизненного цикла полигона способны подвергаться коррозии, участвовать в окислительно-восстановительных реакциях, обра­ зовывать комплексные соединения с органическими лигандами - продук­ тами биохимического разложения органической части ТБО, а также обра­ зовывать труднорастворимые гидроксиды, карбонаты, фосфаты, сульфиды и др. При этом подвижность ионов металлов, переход их в фильтрат опре­ деляется величинами окислительно-восстановительного потенциала

Ме/Ме

ведением растворимости), которые зависят от pH среды и природы металла. В аэробных условиях протекает коррозия металлов с кислородной деполяризацией, скорость и полнота которой определяется окислительно­

восстановительным потенциалом кислорода (ф£ /4QH- ) и величиной pH

среды:

где PQ - парциальное давление кислорода в воздухе.

В массе отходов в процессе деструкции pH может изменяться в

В таких условиях окисляются большинство металлов, в том числе малоактивных (свинец, медь, ртуть и др.). Аэробная деструкция пищевых отходов сопровождается образованием кислот: пировиноградной, лимон­ ной, янтарной, салициловой и других, с которыми большинство ^/-металлов (медь, никель, кобальт, железо и др.) могут образовывать устойчивые ком­ плексные соединения и переходить в фильтрат.

На стадии ацетогенеза протекает дальнейшая коррозия металлов с водородной деполяризацией, полнота которой зависит от окислительно-

(2.2)

ф12/2Н+ = “°*059р Н - 0-029518 ^ 2 -

где />н2парциальное давление водорода.

В кислой среде (pH 4,5-6) потенциал водорода изменяется от +0,02 до -0,168 В, и металлы, имеющие стандартный окислительно­ восстановительный потенциал меньше - 0,3 В (цинк, железо, никель, хром, кадмий и др.), способны окисляться ионами водорода.

На этой стадии ионы металлов могут образовывать устойчивые ком­ плексные соединения с гуминовыми кислотами и их производными, с са­ лициловой, уксусной и бензойной кислотами, а также осаждаться в виде карбонатов, фосфатов. Прочные комплексные соединения образуются с ионами железа, меди, цинка (салицилаты железа (И, III), меди (II), цинка (II); соединения меди (II) с уксусной и бензойной кислотами). Наиболее подвижными являются цинк и железо, концентрации этих ионов в фильт­ рате могут достигать 70 мг/л.

На стадии метаногенеза концентрация ионов металлов в ФВ значи­ тельно понижается за счет образования в восстановительной щелочной среде малорастворимых сульфидов, гидроксидов, карбонатов металлов и в среднем составляет 0,1-10 мг/л. На этой стадии ионы металлов, как уже отмечалось, способны образовывать прочные комплексные соединения с гуминовыми и фульвокислотами. Комплексные соединения ионов тяжелых металлов с гуминовыми кислотами представляют собой коллоидные сис­ темы.

Подвижность металлов определяется также адсорбционными и ио­ нообменными свойствами грунтов. Известно, что глины обладают доста­ точно высокой ионообменной и адсорбционной емкостью по отношению к ионам тяжелых металлов. Поэтому создание фильтрующих барьеров из та­ ких материалов, периодическая пересыпка депонированных ТБО глиной или песком, могут способствовать стабилизации металлов и накоплению их в свалочном грунте.

В табл. 2.2 представлены результаты исследования подвижности кадмия, цинка и хрома в аэробных и анаэробных условиях.

Как видно из представленных данных, переход ионов металлов в фильтрат, как в аэробных, так и в анаэробных условиях, составляет не бо­ лее 0,1 %, при этом концентрация ионов металлов в ФВ может изменяться в пределах от 80 мг/л до 20 мкг/л в зависимости от их начального содержа­ ния в ТБО и объема образующихся.

фазы

фазы

Рис. 2.1. Изменение химического состава фильтрационных вод на различных эта­ пах деструкции ТБО: Т1 - аэробная деструкция и гидролиз; Т2 - ацетогенез; ТЗ - активный метаногенез; Т4 - стабильный метаногенез; Т5 - ассимиляция. ЛЖК - летучие жирные кислоты

Ионы аммония. При разложении протеинов, белков, пектинов и других азотсодержащих соединений в аэробных и анаэробных условиях образуются ионы аммония, которые полностью переходят в фильтрат. Концентрация ионов аммония в ФВ практически не зависит от стадии био­ деструкции и в зависимости от морфологического состава ТБО может из­ меняться в пределах от 300 до 3000 мг/л. Высокое содержание этих ионов может ингибировать биохимические процессы.

Хлорид-ионы. На протяжении всего жизненного цикла полигона протекают процессы биохимического и химического дехлорирования хлорсодержащих органических соединений, минерализация отходов и об­ разующийся хлорид-ион накапливается в фильтрате. Его концентрация может изменяться в пределах 200-5000 мг/л на протяжении всего жизнен­ ного цикла полигона.

Сульфат-ионы. В аэробных условиях серосодержащие соединения окисляются до сульфат-иона, который полностью переходит в фильтрат; в анаэробных условиях в зависимости от pH среды протекает восстановле­ ние сульфат-иона до сульфида, серы, образуются летучие тиоспирты (мер­ каптаны), органические дисульфиды, сероводород, малорастворимые сульфиды металлов. Описанные процессы приводят к значительному сни­ жению концентрации сульфат-иона в ФВ - с 1000 до 200 мг/л.

Анализ биодеструкции различных фракций ТБО и формирования ФВ показал, что изменение химического состава фильтрационных вод во времени можно отразить схемой, представленной на рис. 2.1.

2.3. Химический состав фильтрационных вод полигонов ТБО, находящихся на различных этапах жизненного цикла

Анализ условий формирования ФВ позволил установить, что основ­ ной особенностью ФВ является их сложный химический состав, изменяю­ щийся в течение всего жизненного цикла полигона, и выбрать индикатор­ ные показатели качества ФВ, по величине которых можно судить, на каком этапе жизненного цикла находится рассматриваемый полигон ТБО. К ним можно отнести: pH, БПК5, ХПК, БПК5/ХПК.

Усредненный химический состав ФВ на различных стадиях жизнен­ ного цикла полигона, полученный на основании анализа литературных сведений по результатам обследования полигонов ТБО России и стран За­ падной Европы и США, представлен в табл. 2.3, 2.4.

В табл. 2.5 приведены усредненные данные о составе фильтрацион­ ных вод полигонов ТБО, находящихся на различных этапах эксплуатации, нескольких городов России и СНГ.

Таблица 2.3

Характеристика фильтрационных вод полигона по показателям, зависящим от этапов биодеградации ТБО

Таблица 2.4

Химический состав фильтрационных вод полигона

Фильтрационные воды Воронежского полигона по индикаторным показателям можно отнести к ФВ, образующимся на стадии ацетогенеза. В работе АЛО. Бекетова и А.В. Бекренева приводятся результаты хромато­ масс-спектрометрического анализа ФВ.

В составе фильтрата содержатся в основном карбоновые кислоты жирного ряда (концентрация уксусной кислоты - 320 мг/дм , пропионовой - 120 мг/дм3 , валериановой - 344 мг/дм3) и ароматические кислоты (кон­ центрация бензойной кислоты - 240 мг/дм3, метилбензойной - 600 мг/дм , диметилбензойной - 520 мг/дм3).

Фильтрационные воды полигона ТБО г. Перми по индикаторным по­ казателям можно отнести к ФВ, образующимся на стадии метаногенеза. В состав фильтрата входят фенол, крезол, алкилбензолы, полифенолы, хлор­ содержащие соединения: хлороформ, четыреххлористый углерод, хлорсо­ держащие ароматические соединения и высокомолекулярные соединения (гуминовые соединения, камфора и др.).

Свалка г. Перми «Голый мыс» закрыта после 40 лет эксплуатации. Состав ФВ характерен для фильтрата, образующегося в период стабиль­ ного метаногенеза.

Таким образом, состав ФВ различных полигонов ТБО изменяется в широких пределах и зависит не только от этапа жизненного цикла полиго­ на, но и от морфологического состава ТБО, мощности и площади объекта, объема образующихся сточных вод.

2.4. Микробиологический состав фильтрационных вод

По сравнению с химическими характеристиками фильтрата микро­ биологические изучены в меньшей степени. В связи с тем, что в состав ТБО могут входить отходы медицинских учреждений, мясокомбинатов и птицефабрик, осадки сточных вод, ФВ могут содержать бактериальные за­ грязнения и патогенные микроорганизмы, представляющие риск для здо­ ровья населения. Первые микробиологические исследования, проведенные на санитарных полигонах, были посвящены изучению микроорганизмов, главным образом, бактерий и вирусов фекального происхождения. Более поздние исследования были направлены на изучение физиологической деятельности микроорганизмов, участвующих в деструкции ТБО, внекле­ точной энзимной деятельности - ацетогенных и метаногенных.

Бактерии. Микробиологические исследования показали, что чис­ ленность и состав популяций микроорганизмов в фильтрате изменяется на различных этапах жизненного цикла полигона. В фильтрате были обнару­ жены фекальные колиформные и стрептококковые бактерии.

смешения и разбавления сточных вод с водой водного объекта; самоочищающей способности водного объекта; расходе, составе и свойствах сточ­ ных вод, намеченных к сбросу.

По своему назначению водные объекты делятся на рыбохозяйствен­ ные, хозяйственно-бытовые и культурно-бытовые. В соответствии с «Пра­ вилами охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами» ус­ танавливаются нормативы качества воды водоемов по категориям водо­ пользования (табл. 2.6).