УДК  628.3

Хранение мусора - очистка стоков

Новиков О.Н., Метляева М.Ю., Кузнецов В.А.

Рис.1 Очистные полигона

Ключевые слова: Альфа,  очистка воды,  сток, очистные сооружения, промышленный сток,  машиностроение, гальваника,    сорбент, коагулянт, флокулянт, электрод, очистка стоков , покрасочного, электрофлотатор, электролиз, фильтрат полигона, стойкие органические загрязнители

Отличительным направлением нашего времени является появление множества аптек. И вот в чём парадокс, сколько бы их ни появлялось, они не становятся убыточными из-за возрастающей конкуренции. К сожалению, это говорит об ухудшении нашего здоровья, ухудшении качества окружающей среды. Не секрет, что немаловажную роль в ухудшении здоровья человека играет нарушенная экология городской среды, особенно загрязнение стойкими органическими загрязнителями.

Экономический кризис в нашей стране повлёк процесс урбанизации, который сопряжен с резким нарастанием экологических проблем [1]. Горы мусора окаймляют крупные города. Полигоны твердых бытовых отходов сами становятся источником опасности. Одной из более важных проблем, возникающих в процессе эксплуатации полигонов, является проблема обезвреживания фильтрата, образующегося в «теле» полигона. Источниками образования фильтрата являются поступающие в толщу полигона атмосферные осадки (основной источник образования), а также влага, содержащаяся в отходах. Вне зависимости от геологии этот фактор действует всегда.

Выщелачивание веществ из твердой массы отходов просачивающейся через неё жидкостью приводит к образованию сильно загрязненного фильтрата полигона (мусорного яда). Считается, что уровни загрязнений фильтратов полигонов в 5-20 раз  превышают показатели, характерные для бытовых сточных вод.  Несмотря на то, что абсолютное количество фильтрата на полигонах ТБО незначительно, из-за высоких концентраций загрязняющих веществ он представляет опасность для грунтовых и поверхностных вод, а также не поддается очистке на биологических очистных сооружениях. Кроме вод, загрязняется воздушный бассейн. Органические загрязнители, присутствующие в фильтрате полигона, активно переносят в атмосферу ртуть. Мусорный газ содержит токсичные компоненты (меркаптаны), парниковые газы (метан, двуокись углерода) и соединения ртути.  Комплексы токсичных металлов с органическими веществами без задержки проходять через все существующие системы фильтрации, преодолевают бытовые фильтры, накапливаются в овощах и фруктах. Близость к полигонам - летальный фактор. Негативное влияние этого фактора ощущается населением, возникают протесты, который выражаются в острой форме, например в Италии, г.Милан.

Таблица 1

Анализ фильтрационных вод полигонов ТБО

Сравнение данных показывает, что по содержанию загрязняющих веществ и по величине ХПК, высокому содержанию взвесей, органических кислот, фенола, а также железа, марганца, хрома цинка, стронция, рубидия, и некоторых других химических веществ фильтрат следует отнести к высоко загрязненным сточным водам. Концентрация нитрат- ионов втрое превосходит предел концентраций валового азота. Факт преобладания низкомолекулярных кислот среди идентифицированных органических соединений в фильтрате указывает на то, что  в твердой и жидкой фазах толщи бытовых отходов на полигоне и в отстойнике быстро протекает аэробная деструкция органических веществ. Среди загрязняющих веществ фильтрата идентифицировано значительное количество  металлов, включающих наиболее токсичные, способных образовывать комплексные соединения с органическими лигандами. Происходят процессы выщелачивания и вымывания металлов из массы отходов. К их числу следует отнести катионы лития, бериллия, магния, алюминия, кальция, хрома, марганца, железа, никеля, кобальта, меди, цинка, стронция, иттрия, серебра, кадмия, бария, ртути, таллия, и свинца. Все, что востребовано человеком у природы, загрязняет природу по мере выщелачивания из массы ТБО.

Предварительным условием разрешения экологического кризиса в этой области является применение технологий очистки фильтрата по технологии глубокой электроинициированной окислительной деструкции.

Для защиты природных вод от проникновения фильтрата полигона предлагалось использование метода химической очистки сточных вод с последующим сбросом в городскую канализацию, водоем или рельеф [2]. Но в этом случае высокая концентрация, наличие комплексных соединений металлов и  кислот, кальциевые соли которых растворимы, не позволяет достигнуть уровня очистки, обеспечивающего необходимый уровень санитарной безопасности. Нет деструкции органической составляющей  - нет эффективной очистки от металлов.

Обычные биологические способы очистки хозбытовых сточных вод для решения проблемы фильтрата полигона неприменимы из-за высокой концентрации и наличия металлов, ксенобиотиков, стойких токсичных органических загрязнителей. Металлы ингибируют процессы биологической деструкции. Нужна технология, позволяющая выполнить полный цикл водооборота с извлечением токсичных компонентов (тяжелых металлов), и удалением органических соединений (кислот) и токсичных веществ из массы бытовых отходов.

Таблица 2

Состав органических загрязнений  и их концентрации в фильтрате по данным ВЭЖХ.

Выявлено что по химическому составу и концентрации загрязняющих веществ фильтрат полигонов для захоронения ТБО имеет высокое содержание неорганических загрязнителей характерно для магния, кальция, натрия, железа, марганца, хрома, цинка , бара, нитратов , фосфатов. Также характерна высокая степень загрязнения фильтрата органическими веществами. Наибольшие концентрации характерны для диметилбензойной, валериановой, бензойной, пропановой, пропановой, метилбутановой, щавелевой, молочной кислот и фенола. Все эти кислоты склонны к связыванию катионов металлов в хелатные комплексы. Задержать такие комплексы ионообменными и сорбционными фильтрами невозможно, мембраны ими быстро приводятся в негодность. Нужны особые методы.

Методы

Для проведения очистки фильтратов полигонов требуются использование методов, приводящих к разрушению комплексных соединений металлов с органическими кислотами путем деструкции последних. Таким образом, пути очистки стоков фильтратов полигонов для захоронения  ТБО должны быть основаны на методах, обеспечивающих разрушение комплексных соединений, существующих в водной фазе фильтратов. К числу таких методов можно отнести вариант электрохимической очистки, с очисткой от железа и меди на сорбенте ОДМ-2Ф с доочисткой на смолах.

Разработанный электрохемосорбционный метод сочетает и синхронизирует отдельные признаки других физико-химических процессов - фильтрации, флотации, электроокисления, хемосорбции. Основой его является механизм цепного свободнорадикального электроинициированного окисления (деструкции). Для инициирования реакции впервые применяется генерация электронов непосредственно с электродов в водную среду[4-7]. Под их действием в воде развиваются цепные процессы окисления в присутствии кислорода воздуха. В отличие от других процессов электролиза работает как анод, так и катод. Высокий окислительный потенциал обеспечивает высокую скорость окисления трудноокисляемых соединений, включая комплексы металлов с органическими лигандами. Они не только напрямую окисляются, но и катализируют процессы очистки прочих органических веществ. В этих условиях деструкция органики происходит быстро и эффективно, до углекислого газа и воды.

Рис.2. Сорбционная стадия очистных сооружений

Решение проблемы мы видим в использовании разработанного нами комплекса «Альфа».

Комплекс «Альфа» [7] - это модульная система, которая отличается универсальностью и отсутствием ограничении по концентрации загрязнителей. Система собирается из последовательно соединенных отдельных модулей. Небольшой вес модулей (72 кг) позволяет быстро смонтировать очистную систему в существующих помещениях. За счет подключения параллельных модулей система не имеет ограничений по производительности.

Параметры ее можно улучшать по мере необходимости и в ходе эксплуатации,  устанавливая дополнительное навесное оборудование (блоки тонкослойного отстаивания, электродные блоки, блоки электроомоса, дополнительные фильтры, системы автоматического удаления осадков и шламов). Исключается моральный износ.

Минимальный комплекс «Альфа» способен за час очистить до 1,0 т фильтрата, потребляя при этом энергии не больше  7-10 кВт. Опыт эксплуатации установок «Альфа» на различных стоках показал, что для они сочетают в себе высокую эффективность с компактностью.

Тестовые испытания

Нами были проведены тестовые испытания технологии. Для этого мы применили установку «Альфа» в мини-исполнении. В частности для проведения тестирования был использован электрореактор вместимостью 4 дм³ и адсорбер той же вместимости. В электролизер поместили сточную воду. Процесс проводили при плотности тока 0,5 А/дм²  и подаче воздуха 0,5 дм³ в минуту, в течение   20 минут. При обработке через 2 минуты произошло дезодорирование вод, запах исчез. По мере обработки вода осветлилась. После электролиза раствор пропустили через сорбент ОДМ-2Ф. Очищенная вода не имеет запаха, прозрачна [9].

Об эффективности работы технологии "Альфа" свидетельствуют следующие цифровые данные (мг/дм³).

Таблица 3.

Показатели  эффективности очистной

системы на примере  фиьтрата полигона ТБО

Особенностью нового способа очистки является взаимное усиление фактора окисления и сорбции. Сорбенты нового поколения, обеспечивают высокую степень очистки  применимы на линейных скоростях до 15 м в час. Окисление под действием электрического тока обеспечивает  подготовку фильтрата для сорбции.  Сорбент дополнительно выполняет функцию катализатора. Каталитическое окисление продолжается и в слое сорбента. Поэтому регенерация сорбента облегчается.

Отличительной особенность процесса деструкции органических веществ и извлечения взвесей и металлов в комплексе «Альфа» является повышенная эффективность очистки для наиболее сложных и токсичных загрязнителей включая хлорорганические загрязнители. Комплекс Альфа - машина для уничтожения диоксинов. Далее вода проходит доочистку в сорбенте. Комплексное и унифицированное использование данных операций позволяет очистить фильтрат до безопасного уровня. После первой стадии очистки основная масса тяжелых металлов выпадает в виде осадка. Оставшееся следовые концентрации органики сорбируются на сорбенте. Одноосновные органические кислоты окисляются, их следы поглощаются анионитом. Применение оригинальных сорбентов помогает любой фильтрат сделать оптимально пригодной для сброса его  в канализацию, на рельеф или водоем. Эффективность очистки стока от неорганических и органических загрязнителей составляет 96,5, от взвешенных веществ - 99,9%. Использование в процессе очистки высокой плотности тока, окислительного потенциала и высокоактивных сорбентов гарантирует  полную очистку воды от микроорганизмов. Широчайший опыт применения системы Альфа в крайне сложных условиях эксплуатации показал ее универсальность, эффективность.

Проектные решения

Каждый полигон - уникальный производственный объект, на котором кроме фильтрата имеется и ливневых сток. Если фильтрат относится к сильноминерализованным стокам, то ливневый сток не имеет существенного солесодержания. Как мы уже писали, очистные сооружения разных типов нужно и можно комбинировать, обеспечивая максимальную эффективность системы. В частности очищенный сток фильтрата за счет наличия большого количества хлоридов в своем составе при обработке в комплексе Альфа приобретает дезинфициирующие свойства, в а также способность выщелачивать металлы из ТБО. В силу этого обстоятельства считаем целесообразным применять его для орошения тела полигона для предотвращения возгорания, обезвреживания металлов, токсинов и микробиологического загрязнения. И только избыток вод отправлять в специальный накопитель, где аккумулируются ливневые стоки. При этом за счет хлоридов вода приобретает нужную проводимость для физико-химической очистки. Ливневый сток надлежит подвергать глубокой очистке и дезинфекции. Более разбавленный сток позволяет работать с ним не только электрохимическими, но и сорбционными методами, комплексно очищая его на сорбентах от всех видов загрязнителей. В очистные ливневой канализации входят и ступени доочистки. Последовательное подключение систем и обеспечивает максимальную надежность, наибольшую степень очистки, исключение аварийных выбросов и сокращение капитальных и эксплуатационных затрат.

Очищенный сток может быть сброшен на рельеф, в водоем, в специальную подземную фильтрующую кассету, в пруд-испаритель или на площадку намораживания. Пруд испаритель наиболее интересен для полигонов, расположенных в местах с теплым, сухим климатом, ветрами. Тогда как площадка намораживания подходит для мест с холодным климатом, вечной мерзлотой.

Все оборудование для очистки фильтрата достаточно малогабаритно и может быть установлено на шасси прицепа автомобиля. Такой мобильный комплекс может обеспечить очистку небольших полигонов, периодически очищая собранный фильтрат и перемещаясь к следующему.

Преимущества электрохемосорбционного метода

Новый метод сочетается с применением  флокулянтов, коагулянтов. Комплекс предполагает возможность использования режимов флотации и электрофлотации. Биологические процессы не используются, и поэтому сводится к нулю риск генетических изменений вирусов и микробов в процессе очистки воды, исключено загрязнение атмосферы продуктами их жизнедеятельности. Очищенная вода насыщена кислородом и может быть использована для ускоренной утилизации полигонов путем интенсивного выщелачивания металлов с переработкой бытовых отходов в компост. Компост, из которого удалены тяжелые металлы и токсичные примеси можно использовать в агропромышленном комплексе .

При работе установки в конечном итоге, образуются осадки, шламы, содержащие кальциевые, магниевые соли, окислы железа и органические кислоты в связанном виде. Применяя модуль утилизации, работающий по тем же механизмам, но при температуре от 40 до 120 ⁰С осуществляется процесс концентрирования, дезинфекции и окисления отходов. При окислении органическое вещество превращается в углекислый газ и воду. После обработки отходы - ценное сырье для производства строительных материалов, удобрений, материалов для порошковой металлургии и химической промышленности.

Шламы, как доказано в ходе исследований можно перерабатывать на горючий газ: метан, окись углерода, водород в модуле утилизаторе Альфа.

Завершение процесса рециклинга твердых бытовых отходов - это рекультивация земли. Разработанный регламент рекультивации земли предусматривает применение биотехнологии, а именно к севообороту растений, способных к накоплению тяжелых металлов и стойких органических загрязнителей. Растения подлежат изъятию из трофической цепи с применением их в качестве технической культуры. Учитывая огромную потребность в биодизельном топливе, именно такие растения, как рапс смогут очистить территорию бывших свалок. Нами разработаны не только агрохимические приемы рекультивации, нои разработаны соответствующие регламенты, найдены виды растений, способные выполнить задачу рекультивации.

Предотвратить появление новых свалок можно с применением технологии глубокой утилизации каталитической гидратацией, в ходе которой вновь образующиеся отходы превращаются в водород и нефтьзамещающее химическое сырье. старые свалки нужно рассматривать как техногенные месторождения искусственного горючего ископаемого, содержащего редкие металлы.

Рис.3  Сток с очистных полигона в резервуар-накопитель

Литература

1.    Безгодов И.В., Воропаев А.А., Рубанович И.Я. Состояние водоснабжения и некоторые аспекты общей заболеваемости населения Иркутской области// Тезисы докладов юбилейной научно-практической конференции, посвященной 70-летию медико-профилактического факультета ИГМУ. - Иркутск, 2000.

2.    Бекетов А.Ю. Бекренов А.В. Викторовский И.В. Конюхов М Ю.Савиных Г.В.Семин Е.Г. Холодкевич С.В. Хорошко Л.О. Батищев В.В. О проблемах очистки фильтрата полигонов для захоронения твердых бытовых отходов. С. Петербургский научно- исследовательский институт Академии коммунального хозяйства им. Панфилова.

3.    Разнощин В.В. Проектирование и эксплуатация полигонов твердых бытовых отходов. М. Строиздат.

4. Малиновская В.С., Бородина Г.А., Рубанович И.Я., Хороших Т.Д. Современное санитарно-гигиеническое состояние поверхностных водоисточников Иркутской области в пунктах пользования первой категории// Тезисы докладов юбилейной научно-практической конференции, посвященной 70-летию медико-профилактического факультета ИГМУ. - Иркутск, 2000.

5.    Новиков О.Н., Богомазов А.С. Новые технологии для очистки воды// ж.:Сибирь -Восток, №5, 2001 г..-с.36-37.

6.    Электрохемосорбционный метод очистки сточных вод . Тез докл. Конф. «Актуальные вопросы природоохранной политики в Байкальском регионе» от 13 сентября 2001 г.

7.    Пат. 95102444 RU СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА. Новиков О.Н. Дата подачи заявки: 1995.02.21 Дата публ. заявки: 1996.12.10  Номер редакции МПК: 6 Основной индекс МПК: C02F1/46 Дата публикации: 1996.12.10.

8.    Свидетельство на полезную модель № 19530    Флотационная система» заявка № 2001104640 от 19.02.2001г.

9.    Бронникова О.И., Новиков О.Н., Метляева М.Ю. Очистка фильтрата полигона твердых бытовых отходов"Сибирь-Восток" №3, 2006г. (№99).

Материалы, опубликованные на сайте  защищены согласно закону об авторских правах Закон РФ от 9 июля 1993 г. N 5351-I "Об авторском праве и смежных правах" (с изменениями от 19 июля 1995 г., 20 июля 2004 г.) и не могут быть использованы без разрешения автора

Ключевые слова: Альфа,  очистка воды,  сток, очистные сооружения, промышленный сток,  машиностроение, гальваника,    сорбент, коагулянт, флокулянт, электрод, очистка стоков , покрасочного, электрофлотатор, электролиз, фильтрат полигона, стойкие органические загрязнители