книги / Управление отходами. Сточные воды и биогаз полигонов захоронения твёрдых бытовых отходов

3.Концентратынаправлятьнателополигонадляповышениявлажностиотходов.

4.При использовании в технологии метода озонирования их можно обработать невысокими дозами озона, а затем направить в пруд-накопитель фильтрата. Вода, обогащенная кислородом, будет способствовать процессам самоочищения в сборниках.

1.5.3.7. Критерии и граничные условия применения различных методов очистки фильтрационных вод на этапах жизненного цикла полигона ТБО

Анализ рассмотренных методов очистки фильтрационных вод, образующихся на различных этапах жизненного цикла полигона ТБО, и проведенные исследования, позволили определить критерии и граничные условия применения каждого метода.

Интенсивная биохимическая очистка ФВ:

–фильтраты, образующиеся на стадии ацетогенеза и имеющие ХПК более 10 000 мг О/дм3, необходимо обезвреживать в анаэробных условиях в метантенках или в биореакторах с иммобилизованной микрофлорой с последующей очисткой в аэробных условиях. Последовательная анаэробная и аэробная очистка позволяет на 70–80 % снизить значение ХПК ФВ;

–предварительное известкование и коагуляция ФВ перед стадией анаэробной очистки позволяет снижать содержание ионов тяжелых металлов, солей жесткости ФВ, оказывающих ингибирующее действие на биоценоз активного ила;

–очищенные биохимическими методами ФВ должны пройти доочистку физико-химическими методами;

–ФВ, образующиеся на стадии активного и стабильного метаногенеза (20–30 лет эксплуатации полигона, рекультивационный и пострекультивацион-

ный периоды) и имеющие ХПК = 600…1600 мг О/дм3, содержат биорезистентные и ингибирующие примеси. Без предварительной химической или физикохимической обработки применение интенсивных биохимических методов как

ванаэробных, так и в аэробных условиях малоэффективно. Метод озонирования ФВ целесообразно использовать

–На стадии предварительной очистки ФВ с концентрацией 1000–1500 мг О/л, содержащих биорезистентные и высокомолекулярные окрашенные примеси («старый» фильтрат), обработкой ФВ небольшими дозами озона (50–150 мг/дм3

взависимости от исходного значения ХПК) можно на 70–80 % снизить цветность воды, полностью удалить запах, хлор-содержащие ароматические соединения. Показано, что при озонировании происходит расщепление окрашенных примесей собразованием продуктов с молярной массой 600–2000 г/моль, которые могут быть удаленыкак биохимическими, так ифизико-химическими методами.

111

–На стадии доочистки ФВ, образующихся в ацетогенной фазе биодеструкции отходов («молодой» фильтрат), для обеззараживания и удаления трудноокисляемых низкомолекулярных соединений, а также остаточной цветности

изапаха воды.

–При дозах озона 250–500 мг/дм3 можно добиться глубокой очистки воды до требуемых нормативов. Однако использование озонирования в качестве основного метода обезвреживания ФВ экономически нецелесообразно, так как требует значительных энергетических затрат.

–Озонированием можно решить проблему обезвреживания концентратов, образуемых при ультрафильтрации ФВ. Обработка высоко-концентрированных

вод (до 8000–10000 мг О2/дм3) малыми дозами озона позволит удалить из них биорезистентные и окрашенные примеси. Возврат обогащенной кислородом воды на стадию сбора фильтрата или его биохимической очистки позволит интенсифицировать процессы самоочищения и деструкции органических веществ.

–Доочистку озонированных ФВ можно осуществлять адсорбцией на микропористых промышленных марках АУ: АГ-3, БАУ и др. Озонирование воды перед угольными фильтрами значительно увеличивает их межрегенерационный период.

Перспективы применения реагентной коагуляции

иэлектрокоагуляции для очистки фильтрационных вод

–Реагентную коагуляцию с использованием глинозема или солей железа

(III)и последующим осветлением с использованием полимерных флокулянтов можно рекомендовать на первой стадии очистки «молодых» фильтратов. Метод позволяет на 40–50 % снизить величину ХПК ФВ за счет удаления взвешенных и окрашенных примесей при дозах реагентов 40–50 г/м3. Применение метода для очистки «старых» фильтратов, образующихся на стадиях рекультивации и пострекультивационном этапе, нецелесообразно в связи со значительными эксплуатационными затратами, необходимостью строгого контроля очистки, повышением минерализации очищаемой воды.

–Для предварительной очистки «молодых» и «старых» фильтратов от взвешенных и коллоидных веществ, ионов тяжелых металлов, а также солей жесткости наиболее целесообразно использовать методы известкования с применением в качестве реагентов материалов, обладающих коагулирующими свойствами (шлак, мраморная крошка, известь, доломит). Степень очистки ФВ в обоих случаях составляет 50–60 %.

–Гальванокоагуляция с использованием в качестве токообразующих элементов металлического скрапа (железные или алюминиевые стружки) и углеродсодержащего материала – сорбента-Н для очистки ФВ, имеющих ХПК

112

600–1000 мг О/дм3, обеспечивает снижение величины ХПК на 40–60 % и на 80–90 % цветности ФВ.

–Низкие капитальные и эксплуатационные затраты, простота обслуживания установок позволяют использовать метод для очистки ФВ, образующихся на рекультивационном и пострекультивационном этапах жизненного цикла полигона ТБО или на объектах малой мощности.

–Применение методов электрокоагуляции и электрофлотации позволяет на 85–90 % снизить содержание в очищаемой воде ионов тяжелых металлов, ХПК, нефтепродуктов.

–Электрохимические методы экономически целесообразно использовать

вмалогабаритных установках для очистки ФВ полигонов ТБО малых населенных пунктов.

Перспективы применения сорбционного и ионообменного методов для очистки фильтрационных вод

Анализ литературных сведений и собственных исследований сорбционной

иионообменной очистки ФВ и модельных растворов с применением промышленных марок АУ, природных материалов, отходов производств позволили определить основные закономерности адсорбции примесей и разработать ряд требований к выбору сорбентов:

–Сорбционные и ионообменные методы эффективны при очистке низко-

концентрированных сточных вод (ХПК менее 300 мг О2/дм3, содержание ионов металлов менее 50 мг/дм3), поэтому их можно рекомендовать для доочистки ФВ или очистки ФВ, образующихся в пострекультивационный период.

–Сложный состав органических примесей ФВ, различающихся по молярной массе, структуре, полярности, содержанию, приводит к необходимости разработки многостадийной сорбционной технологии, реализация которой возможна с использованием многослойных фильтров, содержащих сорбенты с различной пористой структурой (мезо- и микропористые).

–Для очистки ФВ от низкомолекулярных ароматических соединений необходимо использовать микропористые АУ с размером микропор 0,45–0,5 нм

иобъемом микропор не менее 0,4 см3/г. Наиболее эффективными сорбентами в этом случае являются промышленные марки АУ – АА, БАУ.

–Для очистки ФВ от высокомолекулярных примесей и комплексных ионов металлов (гуматы) необходимо использовать мезопористые углеродные материалы с объемом мезопор не менее 0,1 см3/г. Установлено, что для этих целей в качестве сорбентов также можно применять отходы производств АУ, сорбент-Н, металлургический шлак.

–Для извлечения гидратированных ионов тяжелых металлов рекомендуется использовать селективные природные и синтетические ионообменные мате-

113

риалы. При очистке ФВ целесообразно применение природных сорбентов: керамзит, каолин, сапропель, горелая порода, диатомит и др.

–Широкое применение сорбционного метода в технологиях очистки сточных вод ограничивается необходимостью периодической регенерации сорбентов, что усложняет и удорожает технологию очистки. Использование в качестве фильтрующих и сорбционных материалов отходов производств и дешевых АУ дает возможность одноразового использования сорбентов без дорогостоящей регенерации. При применении промышленных марок АУ необходимо организовать систему сбора отработанных АУ и их термическую регенерацию на предприятиях по производству АУ.

–Метод ионного обмена может быть использован при разработке комплексных технологий очистки ФВ на стадиях глубокой доочистки. Для эффективного использования метода ФВ должны быть подвергнуты очистке от взвешенных и грубодисперсных примесей.

Перспективы применения биосорбционных методов для очистки фильтрационных вод

Применение сорбционных материалов в биофильтре позволяет значительно повысить эффективность очистки и ресурс сорбентов за счет одновременно протекающих процессов сорбции и биохимического окисления примесей.

Биосорбционный метод с использованием в качестве загрузочных материалов отходов производств можно рекомендовать в качестве основного метода очистки фильтрационных вод:

–полигоновТБО, находящихсянастадиирекультивацииипостэксплуатации;

–при реконструкции действующих полигонов малой мощности. Граничные условия применения метода:

–концентрация органических примесей по ХПК не должна превышать

400 мг/л;

–для предотвращения заиливания загрузки концентрация взвешенных веществ не должна превышать 20–30 мг/л;

–гидравлическая нагрузка на сорбционные материалы фильтра должна составлять 2,0–3 м3/(м2·сут);

–при использовании биосорбционных фильтров в режиме естественной подачи воздуха высота фильтра не должна превышать 2 м для поддержания необходимого кислородного режима;

–биосорбционные фильтры целесообразно эксплуатировать в температур-

ном интервале +5…+30 ° С;

– использование заглубленных биосорбционных фильтров позволит расширить температурный диапазон их эксплуатации.

114

Мембранные технологии (ультрафильтрация, обратный осмос) целе-

сообразно использовать для глубокой очистки ФВ от низкомолекулярных органических соединений, комплексных соединений ионов металлов с органическими лигандами, значительно снизить солесодержание сточных вод.

Обоснованный выбор технического решения очистки ФВ с учетом разработанных принципов к выбору методов и технологий очистки ФВ и определенных граничных условий применения различных методов может быть реализован при сопоставлении химического состава ФВ на каждом этапе жизненного цикла полигона и соответствующих этому составу методов очистки

(табл. 1.24).

Таблица 1.24

Химический состав фильтрационных вод и соответствующие методы их очистки

115

1.5.4. Стратегия управления качеством фильтрационных вод. Комплексные технологии очистки сточных вод полигонов ТБО

На основании анализа существующих технологий очистки фильтрационных вод и проведенных исследований можно сделать вывод, что сложно создать универсальную технологическую схему, способную с одинаковой эффективностью работать на различных этапах жизненного цикла полигона.

При разработке технологий очистки необходимо учитывать специфические особенности объекта: площадь, объем складируемых отходов, морфологический состав ТБО, климатические и гидрогеологические условия.

В России в настоящее время на большинстве полигонов отсутствуют системы сбора и очистки фильтрата, все они находятся на разных этапах жизненного цикла, поэтому при выборе и разработке технологий очистки целесообразно все исследуемые объекты разделить на следующие группы:

–вновь строящиеся полигоны;

–полигоны, находящиеся на стадии активной эксплуатации;

–полигоны, находящиеся на стадии закрытия, рекультивации и пострекультивации – срок эксплуатации более 30 лет;

–полигоныТБОмалыхнаселенныхпунктов(числожителейменее50 000 чел.).

116

Для каждой выделенной группы возможен выбор эффективной технологии очистки.

При проектировании технологий очистки сточных вод для вновь строящихся полигонов ТБО необходимо учитывать постепенное накопление ФВ, зависимость их объема от массы и влажности складированных отходов, климатических факторов, изменение состава сточных вод от этапа деструкции отходов.

При проектировании крупных полигонов (площадь полигона более 20 га), где складирование отходов осуществляется по картам, целесообразно создание систем отвода, сбора и очистки ФВ с отдельных (с одной или нескольких) карт.

При проектировании полигонов небольшой мощности расчет очистных сооружений должен проводиться на максимальный объем формирующихся ФВ.

Варианты технологических схем очистки фильтрата проектируемых полигонов и полигонов, находящихся на стадии активной эксплуатации

Для проектируемых полигонов наиболее перспективными будет применение блочно-модульных технологических схем очистки фильтрата, позволяющих управлять процессом. На первом этапе эксплуатации полигонов (5–10 лет с начала складирования) при ацетогенной фазе биодеструкции отходов фильтрационные воды характеризуются высоким содержанием ионов тяжелых металлов, ионов аммония и органических веществ, способных к биохимической деструкции. На этом этапе технологические схемы очистки фильтрата должны содержать блок очистки от ионов тяжелых металлов, ионов аммония и в зависимости от климатических условий блок биохимической или физико-химической очистки.

При использовании биохимических методов очистки можно рекомендовать следующие основные стадии очистки:

–известкование и коагуляция примесей ФВ путем фильтрации воды через слой шлака или мраморной крошки, извести илидоломита привеличине рН7,5–8;

–анаэробная очистка ФВ в анаэробных реакторах и денитрификаторах;

–аэробная очистка в аэротенках или биофильтрах;

–осветление воды в отстойниках или очистка от взвешенных частиц на скором песчаном фильтре.

При использовании физико-химических методов очистки можно рекомен-

довать следующие основные стадии очистки:

–щелочная обработка ФВ, позволяющая снизить содержание ионов тяжелых металлов, с последующей отдувкой образующегося аммиака воздухом.

Вкачестве щелочного реагента можно использовать шлак, известняк и др.

–для снижения содержания коллоидных органических примесей, цветности ФВ, хлорид-ионов целесообразно использование реагентной коагуляции

117

или электрохимических методов очистки фильтрата, включающих электролиз

иэлектрокоагуляцию ФВ;

–осветление воды в отстойниках или очистку от взвешенных частиц на скором песчаном фильтре.

Доочистку воды можно осуществлять различными способами, выбор которых будет зависеть от остаточной концентрации примесей в очищенной воде, требований к качеству воды. Можно использовать:

–биологические многокаскадные пруды;

–очистку в биосорбционном фильтре с последующей доочисткой в биологическом пруду;

–озонирование воды или облучение УФИ с последующей адсорбцией примесей на многослойном фильтре, содержащем различные марки АУ или углеродсодержащие отходы, способные к сорбции высоко- и низкомолекулярных веществ, и ионообменный материал, например, диатомит, для извлечения ионов тяжелых металлов;

–методы микро-, ультрафильтрации и обратного осмоса.

Предложенные схемы с использованием биохимических методов очистки представлены на рис. 1.30.

Постепенно в теле полигона начинают протекать процессы метаногенеза и гумификации отходов.

Рис. 1.30. Варианты технологических схем очистки ФВ проектируемых полигонов ТБО: 1 – сборник фильтрационных вод; 2 – фильтр-коагулятор; 3 – метантенк; 4 – аэротенк; 5 – контактная емкость; 6 – озонаторный блок; 7 – угольныйфильтр; 8 – биосорбционный фильтр; 9 – биологические пруды; 10 – мембранный блок

118

При этом в фильтрате будут накапливаться биорезистентные примеси, гуминовые соединения, уменьшаться концентрация ионов металлов и снижаться эффективность биохимической очистки.

В этом случае, используя имеющиеся сооружения, можно изменить их функциональную направленность, очередность операций. Например, фильтр с щелочным реагентом (известняк) может быть заменен многослойным адсорбционным фильтром, содержащим АУ и природные ионообменные материалы для очистки от окрашенных и биорезистентных примесей. Регенерация загрузки может быть осуществлена за счет биоокисления сорбированных примесей.

При использовании в технологии озонирования можно рекомендовать проводить предозонирование воды для разрушения окрашенных примесей.

Доочистку фильтрата можно проводить теми же методами. При использовании для доочистки озонирования дозы озона могут быть снижены в соответствии с физико-химическими показателями фильтрационных вод.

При использовании для доочистки воды методов ультрафильтрации и обратного осмоса на рекультивационном этапе при значительном снижении его объема и концентрации загрязняющих веществ для очистки можно использовать только мембранный блок. Предлагаемая схема очистки представлена на рис. 1.31.

Рис. 1.31. Схема очистки фильтрационных вод на рекультивационном этапе с использованием методов ультрафильтрации и обратного осмоса

Таким образом, использование блочно-модульных технологий очистки фильтрационных вод позволит управлять процессом очистки на протяжении всего жизненного цикла полигона. Кроме того, применение таких схем экономиче-

119

ски оправданно, так как не требует значительных дополнительных капитальных затрат при изменении технологии очистки в соответствии с составом фильтрата.

Внастоящее время в странах Европейского Союза (ЕС) действует директива о запрещении к 2020 году захоронения на полигонах ТБО нестабилизированных отходов. В связи со вступлением России в ВТО будет неизбежно проводиться пересмотр отечественно нормативной базы по управлению отходами

всоответствии с требованиями ЕС.

Всвязи с этим для вновь проектируемых полигонов ТБО целесообразно создавать инженерную инфраструктуру, позволяющую эффективно управлять условиями приема на депонирование биостабилизированных отходов, а также процессами метаногенеза и качеством фильтрационных вод, в частности, применение методов аэрации (продувки) и ирригации тела полигона позволит сократить длительность завершающих этапов жизненного цикла объекта.

Аэрация и продувка тела полигона ускорит процессы биоразложения отходов в созданных аэробных условиях. Аэробная деструкция отходов на стадии рекультивации обеспечит полное обеззараживание отходов, позволит снизить метановыделение и, соответственно, исключить взрыво- и пожароопасные ситуации на объекте.

Ирригация тела полигона очищенной водой ускорит процессы деструкции отходов за счет повышения влажности и значительно сократит длительность выделения загрязняющих веществ в фильтрат.

Висследованиях, проведенных в 80-е годы прошлого века, при моделировании процессов деструкции отходов было установлено, что жизненный цикл полигона составляет более 500 лет, при этом мониторинговые исследования на рекультивированных объектах должны продолжаться более 50 лет после закрытия полигона. При создании системы управления метаногенезом и качеством фильтрационных вод на современно обустроенных полигонах можно сократить жизненный цикл объекта захоронения до 100 лет.

Анализ зарубежного и отечественного опыта, результатов собственных исследований позволяет полагать, что разработанная авторами [96] пошаговая схема управления потоками эмиссий на полигонах ТБО позволит значительно ускорить формирование инертного свалочного грунта и снизить воздействие объекта на окружающую среду.

Схема управления эмиссиями представлена на рис. 1.32:

Этап 1 – завершение строительства полигона ТБО, начало заполнения карт. Наэтом этапеосуществляетсясбор иочистка ФВ ипассивнаядегазация полигона.

Этап 2 – завершение заполнения карт полигона ТБО (20–25 лет с начала эксплуатации). В период активной эксплуатации полигона осуществляется очистка ФВ и активная дегазация полигона с утилизацией собранного биогаза сжиганием с получением электроэнергии. Схема очистки ФВ должна включать как

120