1523

пересыпке слоев отходов и создании верхнего рекультивационного покрытия.

Как в случае захоронения, так и в случае использования на полигонах к свойствам осадков предъявляется ряд требований, которым они должны соответствовать и выполнение которых должно гарантировать безопасные условия эксплуатации полигонов и охрану окружающей среды от негативного воздействия. В табл. 1 приведены требования согласно ГОСТ Р 54535–2011 «Ресурсосбережение. Осадки сточных вод. Требования при размещении и использовании на полигонах», которые предъявляются к свойствам осадков при захоронении и использовании на полигоне.

Таблица 1

Показатели свойств осадков сточных вод при размещении и использовании на полигонах (ГОСТ Р 54535–2011)

Более строгие требования к свойствам осадков предъявляются в случае их использования на полигонах. В первую очередь об этом говорит допустимый класс опасности для окружающей среды: к использованию разрешены осадки IV–V класса опасности (малоопасные, практически неопасные), тогда как к захоронению допускаются осадки и III класса опасности (умеренно опасные).

Для того чтобы осадки могли быть использованы на полигоне, они подвергаются дополнительному обезвоживанию и биологической стабилизации. Об окончании биологической стабилизации осадков свидетельствует глубокая степень минерализации (массовая доля золы

291

не менее 60 %) и низкие значения показателей ХПК и БПК5 водной вытяжки (не более 300 и 200 мг/дм3).

Биологическое и химическое потребление кислорода – это интегральные показатели, которые характеризуют содержание водорастворимых примесей в отходе. БПК – это количество растворенного кислорода, потраченного на биохимическое окисление веществ, которые содержатся в водной вытяжке, в течение определенного промежутка времени и при определенных условиях. ХПК – это количество растворенного кислорода, потраченного на химическое окисления органических и неорганических веществ, которые содержатся в водной вытяжке, под действием сильного окислителя.

Количество растворенной в водной вытяжке органических и неорганических веществ является интегральным показателем состояния осадков, так как складывается из продуктов разложения биоценоза и привнесенных веществ в процессе очистки сточных и хозяйственнобытовых вод. При характеристике состояния осадков показатели ХПК и БПК наиболее важны, поскольку они дают специфическую информацию о потенциальных угрозах в отношении окружающей среды. Чем ниже значения ХПК и БПК водной вытяжки, тем меньшее количество неразложившейся органики и продуктов разложения содержится в отходах, тем они стабильнее. Если отход биологически нестабилен, следует ожидать в будущем образования продуктов биологического разложения: это и выделение газов в окружающую среду, и поступление в фильтрат продуктов разложения.

Кроме ГОСТ Р 54535–2011, существует ряд нормативных документов, в которых прописаны требования к свойствам отходов, которые предъявляются к ним в зависимости от захоронения или использования на полигоне ТКО. К ним относятся СП 2.1.7.1038–01 «Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов», СанПиН 2.1.7.1322–03 «Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления», Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов (М., 1998), Рекомендации по условиям приема слаботоксичных промышленных отходов на полигоны (усовершенствованные свалки) твердых бытовых отходов опытное внедрение (М., 1977).

В ходе анализа вышеуказанных документов было выявлено расхождение в вопросе приготовления водной вытяжки для определения

292

интегральных показателей ХПК и БПК (табл. 2). ГОСТ Р 54535–2011 предусматривает приготовление водной вытяжки по ГОСТ 26423 «Почвы. Методы определения катионно-анионного состава водной вытяжки», где прописано соотношение почвы и воды 1:5, тогда как в СП 2.1.7.1038–01, Инструкции (М., 1998) и Рекомендациях (М., 1977)

указано соотношение отходов и воды 1:1 (в СанПиН 2.1.7.1322–03 этот момент не оговаривается). В первом случае берется навеска для приготовления водной вытяжки в 5 раз меньше по массе, в результате чего могут быть получены заниженные значения интегральных показателей ХПК и БПК в несколько раз.

В процедуре приготовления водной вытяжки, кроме соотношения массы навески и воды, есть еще ряд факторов, которые могут повлиять на результаты определения ХПК и БПК, – это длительность и условия проведения процедуры растворения.

Время приготовления водной вытяжки прописано только в двух документах, при этом имеется значительный разброс: в ГОСТ Р 54535–2011 длительность контакта отходов и воды составляет 3 мин, а в Рекомендациях (М., 1977) – 15 суток. Здесь вызывают сомнения оба рекомендованных времени. В первом случае слишком короткий промежуток контакта – 3 мин; возможно, что не все водорастворимые соединения успеют перейти в водную вытяжку (все зависит от исходного состояния отхода, он может поступить на анализ и в пересушенном состоянии). Во втором случае – на протяжении 15 суток в суспензии могут начаться процессы биологического разложения, что также повлияет на значения определяемых ХПК и БПК.

С целью увеличения скорости перехода водорастворимых веществ в водную вытяжку в ГОСТ Р 54535–2011 предусмотрено перемешивание суспензии посредством взбалтывателя, ротатора или мешалки. В Рекомендациях (М., 1977) дополнительного перемешивания

(10 °С и 40 °С) и pH (5, 7, 10 ед. рН). Как известно, на растворимость соединений влияет температура: при ее росте будет наблюдаться рост растворимости. В зависимости от условий pH среды растворимость соединений также может изменяться. При размещении или использовании отходов/осадков на полигоне оба эти фактора могут изменяться.

293

294

Температура массива отходов в верхних слоях близка к температуре окружающей среды, которая меняется в зависимости от погодных условий, тогда как в толще отходов температура находится в диапазоне 20–80 °С в зависимости от стадии процесса разложения отходов. Точно так же меняются условия pH среды в зависимости от стадии процесса разложения отходов [7] и состава захораниваемых отходов.

Специальный методический документ, который бы прописывал процедуру приготовления водной вытяжки из отходов (будь то осадки сточных вод или какой другой отход) для определения ХПК и БПК, в настоящее время не разработан.

Среди рассмотренных документов нет документа, предоставляющего исчерпывающую, актуальную информацию по приготовлению водной вытяжки из отходов для определения интегральных показателей ХПК и БПК. ГОСТ Р 54535–2011 дает предписание приготовления водной вытяжки для указанных выше анализов по ГОСТ 26423, который в первую очередь был разработан для почв с целью определения удельной электрической проводимости, pH и плотного остатка водной вытяжки. Предварительно можно сделать вывод, что, руководствуясь ГОСТ 26423, который предусматривает массу навески в 5 раз меньше требований других документов и короткое время контакта, несмотря на наличие дополнительного перемешивания, будут получены значения ХПК и БПК на порядок ниже.

При изменении времени выдержки водной вытяжки, или изменении соотношения пробы отхода к воде, или при учете ряда других факторов полученные значения интегральных показателей ХПК и БПК будут возрастать или, напротив, уменьшаться, т.е. будут недостоверны. Размещение или использование отходов по факту с более высокими значениями показателей ХПК и БПК, относительно нормативно допустимых, может привести к росту факторов, негативно воздействующих на окружающую среду и человека, которые возникают при захоронении отходов на полигоне ТКО.

Список литературы

1. О состоянии и об охране окружающей среды Пермского края:

ежегод. эколог. докл. за 2014 год. – URL: http://www.permecology.ru/ (дата обращения: 08.10.2015).

295

2.Анализ и обоснование методов обезвреживания и утилизации осадков сточных вод биологических очистных сооружений / И.С. Гуляева, М.С. Дьяков, Я.Н. Савинова, В.А. Русанова, И.С. Глушанкова // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности – 2012. – № 2. – С. 18–32.

3.Солоднова А.Б. Обезвреживание отработанного активного ила с получением материалов для решения экологических проблем химических и нефтехимических предприятий: дис. … канд. техн. наук. –

Саратов, 2014 – 157 с.

4.Ушаков А.Г. Утилизация обезвоженного избыточного активного ила с получением топливных гранул // Вестник Кузбас. гос. техн.

ун-та. – 2010. – № 5 – С. 142–144.

5.Ананьев Д.С., Картушина Ю.Н. Современные методы утилизации отходов городских очистных сооружений. Избыточный активный ил как корректирующая добавка в производстве керамзита // Естественные и математические науки в современном мире: материалы XII Междунар. науч.-практ. конф. – Новосибирск: Изд-во СибАК, 2013. – № 11 – С. 159–165.

6.Лобовиков А.О., Завизион Ю.В. Эколого-экономическая эффективность использования наилучших доступных технологий утилизации осадков сточных вод // Управление экономическими системами. – 2013. – № 2.

7.Оценка состояния отходов разного срока депонирования / Ю.М. Загорская, Н.Н. Слюсарь, И.С. Глушанкова, Ю.В. Завизион // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. – 2014. – Т. 1. – С. 280–283.

Об авторах

Загорская Юлия Михайловна – ассистент кафедры охраны окружающей среды, Пермский национальный исследовательский по-

литехнический университет, e-mail: makarova_u85@mail.ru.

Татаркина Юлия Андреевна – студентка кафедры охраны окружающей среды, Пермский национальный исследовательский поли-

технический университет, e-mail: julischna269@rambler.ru.

Завизион Юлия Владимировна – аспирантка кафедры охраны окружающей среды, Пермский национальный исследовательский по-

литехнический университет, e-mail: juliagubaha@mail.ru.

296

УДК 628.316

А.М. Фаттахова, Г.Ф. Хакимова

УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПОЛИГОНОВ ЗАХОРОНЕНИЯ ОТХОДОВ (НА ПРИМЕРЕ УФИМСКОГО ПОЛИГОНА ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

И ПОТРЕБЛЕНИЯ)

Предложен усовершенствованный способ очистки сточных вод полигонов захоронения отходов производства и потребления, заключающийся в использовании технологии каталитического озонирования в мембранном реакторе. Экспериментально доказано, что максимальный эффект очистки достигается при использовании ультрафильтрационных мембран, поверхность которых модифицирована соединениями хлорида марганца физико-химичес- ким методом. Установлено, что при концентрации озона в озоно-кислородной смеси 20 мг/дм3, времени озонирования 10 мин, температуре 20 °С и давлении 0,2 МПа достигается эффект очистки по ХПК 78,2 %. В результате проведенных исследований предложена технологическая схема очистки сточных вод от трудноокисляемых веществ в городе Уфе.

Ключевые слова: полигоны отходов производства и потребления, трудноокисляемые вещества, озон, катализаторы, мембраны.

A.M. Fattakhova, G.F. Khakimova

ADVANCED WAY OF SEWAGE TREATMENT OF GROUNDS OF WASTE DISPOSAL (ON THE EXAMPLE OF THE UFA GROUND

OF PRODUCTION WASTES AND CONSUMPTION)

We offer advanced way of sewage treatment of grounds of waste disposal of production and consumption which consist in use of technology of catalytic ozonization in the membrane reactor. It is experimentally proved that the maximum effect of cleaning is reached with the use of ultrafiltrational membranes modified by the compounds of manganese chloride in a physicochemical method. It is determined that the concentration of ozone in ozono-oxygen mix of 20 mg/dm3, time of ozonization of 10 minutes, temperature 20 °С and pressure 0,2 МP the effect of cleaning, the demand of chemical oxygen being 78,2 %. As a result of researches is offered the technological scheme of sewage treatment from the hardly oxidized substances in Ufa.

Keywords: grounds of production wastes and consumption, the hardly oxidized substances, ozone, catalysts, membranes.

297

Большинство полигонов отходов производства и потребления, существующих на территории Российской Федерации, не отвечают требованиям экологической безопасности [1]. Полигон отходов производства и потребления города Уфы может служить примером полигона с напряженным экологическим состоянием, в связи с тем что он эксплуатируется без проекта, в нем не предусмотрены системы отвода сточных вод и биогаза. Полигон общей площадью 102,8 га расположен к северу-востоку от Уфы. С запада он ограничен рекой Шугуровкой, а с востока – ручьем Фирсов. Сток атмосферных осадков с участка полигона осуществляется в реку Шугуровку. В свою очередь, она впадает в реку Уфу выше Южного водозабора города, поэтому загрязнение данного водного объекта представляет угрозу для водоснабжения города. Для целей защиты реки Шугуровки от попадания загрязненных сточных вод с полигона на ручье Фирсов и открывающихся в него оврагах построены два защитных пруда. Сточные воды из прудов возвращаются в свободные мазутные и битумные ямы или используются для полива основного массива свалки. Образующиеся дебалансные воды необходимо очищать, так как они характеризуются высокой степенью загрязненности. Состав сточных вод полигона приведен в табл. 1.

Таблица 1

Состав сточных вод уфимского полигона отходов производства и потребления

Как видно из табл. 1, сточные воды уфимского полигона характеризуются наличием большого количества трудноокисляемых веществ, фенолов, нефтепродуктов и тяжелых металлов.

298

Был [2] предложен усовершенствованный метод очистки данных сточных вод. В силу того что воды содержат большое количество трудноокисляемых веществ, в качестве основного метода очистки был использован окислительный. В качестве окислителя был выбран озон. Однако применение озонирования сдерживается значительными энергетическими затратами, поэтому данный процесс необходимо интенсифицировать. Первым направлением интенсификации процесса окисления озоном было выбрано применение катализаторов [2]. В качестве катализаторов были использованы соединения переходных металлов, сульфат железа и хлорид марганца. Вторым направлением интенсификации процесса каталитического озонирования являлось проведение этого процесса в мембранном реакторе.

Авторами [3] были проведены исследования по интенсификации окислительных процессов с использованием гомогенных катализаторов, которые, однако, тяжело выделить из реакционной смеси, что ведет к перерасходу катализаторов и удорожанию процесса очистки. В связи с этим более перспективными в процессах каталитического озонирования сточных вод являются гетерогенные катализаторы.

В работе [2] были проведены исследования по модифицированию мембран соединениями катализаторов биологическим способом. Были проведены эксперименты по оценке размера пор, проницаемости и интенсивности биообрастания мембран, модифицированных соединениями катализатора биологическим способом, в условиях действующих очистных сооружений хозяйственно-бытовых сточных вод [4, 5].

Для нанесения соединений железа и марганца на твердую поверхность биологическим методом были использованы воды из Патраковского подземного инфильтрационного водозабора города Нефтекамска, богатые железобактериями. Производилось заселение мембран микроорганизмами. Определение размера пор на мембранах, покрытых биопленкой, производилось методом «точки пузырька». Полученные данные по оценке пор подготовленных мембран показывают, что нанесение биопленки практически не оказало влияние на размеры трековых пор мембран. Размер пор оставался неизменным (около 0,4 мкм) даже при экспозиции в 30 суток.

Оценим проницаемости мембран, модифицированных соединениями катализатора биологическим способом.

Проницаемость мембран относится к их основным технологическим свойствам. Испытания мембран проводились под давлением 0,1,

299

0,2 и 0,3 МПа. Проницаемость мембран оценивалась по количеству полученного пермеата в каждой серии опытов. Результаты испытаний по оценке проницаемости каталитических мембран, полученных биологическим методом, представлены на рис. 1. Полученные данные по проницаемости мембран показывают, что из-за биообрастаний железобактериями проницаемость мембран ухудшилась на 40 %.

Рис. 1. Влияние продолжительности подготовки мембран на их проницаемость

Оценка эффективности биообрастания мембран, модифицированных соединениями катализатора биологическим способом, в условиях действующих биологических очистных сооружений.

Исследования интенсивности биообрастания мембран, модифицированных железобактериями, проводились в условиях действующих биологических очистных сооружений хозяйственно-бытовых сточных вод санатория «Юматово» (Республика Башкортостан). Интенсивность биообрастания оценивалась косвенно – по изменению производительности мембран в течение фильтроцикла. После проведенных исследований был сделан вывод, что интенсивность биообрастания трековых полимерных мембран, модифицированных соединениями железа

имарганца с помощью железобактерий, практически такая же, как

иу немодифицированной мембраны. Биологический способ нанесения

300