Способ очистки фильтрата полигона твердых бытовых отходов
Владельцы патента RU 2400437:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет инженерной экологии" (МГУИЭ) (RU)
Изобретение относится к области очистки сточных вод, в частности сточных вод, образующихся на полигонах твердых бытовых отходов, от диспергированных, эмульгированных и растворенных органических и неорганических веществ. Способ включает стадии усреднения фильтрата, щелочной обработки фильтрата известью с последующей реагентной нормализацией рН фильтрата с помощью водных отработанных травильных растворов металлообрабатывающих предприятий, содержащих FeCl2 или FeSO4, с концентрацией 17-25% мас. при удельном расходе 1,0-5,0 миллиграмм на 1 литр фильтрата, барботаж фильтрата, отдувку аммиака и биогенных соединений и электрофлотокоагуляцию фильтрата, после которой очищенный фильтрат направляют в пруд-испаритель. В изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении экологической безопасности при более высокой степени очистки сложных многокомпонентных стоков, а также снижение затрат на очистку. 3 табл.
Изобретение относится к области очистки сточных вод, в частности сточных вод, образующихся на полигонах твердых бытовых отходов, от диспергированных, эмульгированных и растворенных органических и неорганических веществ.
Известен способ очистки дренажных вод полигонов твердых бытовых отходов (ТБО), включающий усреднение сточной воды, смешение с пылевидным коксом и гальванокоагуляцию с электросепарацией, пропускание очищаемой воды параллельными потоками через катодную и анодную камеры диафрагменного электролизера с засыпным анодом из железистых частиц с одновременным воздействием на потоки электрического тока, смешение католита и анолита на выходе и определение тонкодисперсного осадка (RU 2104962 C1, опубл. 1998.02.20).
Недостатком известного способа для очистки фильтрата полигона ТБО является отсутствие стадии сорбционной очистки загрязняющих компонентов фильтрата, таких как полиароматические углеводороды, нефтепродукты, жирные кислоты, во многом определяющих степень токсичности фильтрата полигона ТБО.
Известен способ очистки дренажных вод полигонов твердых бытовых отходов, который включает предварительную электрохимическую обработку дренажных вод от загрязняющих примесей с переводом не менее 25 мас.% аммонийного азота в нитратную форму. Образующийся при этом активный хлор способствует обеззараживанию обрабатываемых вод. Затем дренажную воду фильтруют и подвергают обратноосмотическому разделению. Пермеат доочищают на сорбенте, часть концентрата до 35 мас.% возвращают в тело полигона, а не менее 65 мас.% концентрата подают в испаритель и накопительную емкость - кристаллизатор, откуда кристаллическую соль отводят на утилизацию (RU 2207987 C2, опубл. 2003.07.10).
Недостатком известного способа является высокая стоимость, как оборудования, так и эксплуатации установок для обратноосмотического разделения.
Прототипом предложенного изобретения является способ обработки фильтрата полигонов твердых бытовых отходов, включающий коагуляционное отстаивание фильтрата, фильтрацию отстоенной жидкости через систему многоступенчатых картриджей (фильтрующих элементов), фильтрацию посредством применения процесса обратного осмоса, обработки жидкости хлорсодержащим оксидантом (US 2007003370, опубл. 04.01.2007 г.).
Недостатком известного способа также является высокая стоимость, как оборудования, так и эксплуатации установок для обратноосмотического разделения. Так, например, стоимость очистки фильтрата полигонов до норматива сброса в водоем рыбохозяйственного назначения способом обратноосмотического разделения составляет более 230 евро на 1 м3 фильтрата, что в 10 раз больше стоимости аналогичной очистки реагентным способом.
В изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении экологической безопасности при более высокой степени очистки сложных многокомпонентных стоков, а также снижение затрат на очистку.
Указанный технический результат достигается следующим образом.
Способ очистки фильтрата полигона твердых бытовых отходов является многостадийным и включает следующие стадии.
Усреднение фильтрата и щелочную обработку фильтрата известью.
После этого осуществляют стадию реагентной нормализации рН фильтрата с помощью водных отработанных травильных водных растворов металлообрабатывающих предприятий, содержащих FeCl2 или FeSO4, с концентрацией 17-25% мас. при удельном расходе 1,0-5,0 миллиграмм на 1 литр фильтрата.
Затем производят барботаж фильтрата, отдувку биогенных соединений и электрофлотокоагуляцию фильтрата.
В заключение очищенный фильтрат направляют в пруд-испаритель.
Полигонное захоронение является одним из наиболее распространенных методов обращения с твердыми бытовыми отходами (ТБО). В России полигонному захоронению подлежит 97% или около 36 миллионов тонн ТБО. Ежегодно под полигоны в стране отводится более 11000 гектаров земли вблизи городов и населенных пунктов. Обладая несомненным преимуществом в связи с низкой стоимостью захоронения, полигоны представляют определенную опасность для окружающей среды. Одной из причин такой опасности является выделение из тела полигона токсичной жидкости - фильтрата. В средней полосе России, с ее средним уровнем атмосферных осадков 840 мм/год, из каждых 60 тонн размещенных на полигоне ТБО просачивается в подстилающие грунты от 1 до 1,5 м3 фильтрата в год в течение 20-25 лет.
Таким образом, размер экологического бедствия следует оценивать от воздействия ~600000 м3 фильтрата, ежегодно сбрасываемых по стране в подземные водоносные горизонты вблизи поселений. Фильтрат образуется в результате взаимодействия проникающих в полигон природных осадков с ТБО и продуктами его анаэробного разложения. При таком взаимодействии осадки обогащаются токсичными органическими и неорганическими соединениями. Особенностями этих соединений является их сложный состав и высокая стабильность. Высокая исходная токсичность фильтрата не позволяет очистить его обычными биологическими методами с использованием активного ила, а традиционные методы очистки путем коагуляции не обеспечивают полного удаления загрязнений.
Предложенное изобретение направлено на адаптированную к российским условиям экологически безопасную и экономически оправданную технологию круглогодичного обезвреживания фильтрата полигонов ТБО. Процесс очистки фильтрата является бессточным для окружающей среды.
Способ очистки фильтрата полигона твердых бытовых отходов оуществляют следующим образом.
Вначале проводят усреднение фильтрата, т.е. сбор фильтрата с различными сроками образования и из различных зон полигона в одну приемную емкость, и щелочную обработку фильтрата известью, т.е. засыпку в приемную емкостью кусковой негашеной извести. При этом происходит экзотермическая реакция гашения извести, обеспечивающая стерилизацию фильтрата.
После этого осуществляют стадию реагентной нормализации рН фильтрата с помощью отработанных травильных водных растворов солей металлов концентрацией 17-25% мас. при удельном расходе 1,0 -5,0 миллиграмм на 1 литр фильтрата.
Концентрация травильных водных растворов солей металлов определяется общепринятой технологией травления металлов на предприятиях, в том числе металлообрабатывающих. Диапазон удельных расходов определен экспериментально для всего набора фильтратов (летний, зимний, старый, молодой). В качестве солей металлов в отработанных травильных растворах могут быть использованы FeCl2 или FeSO4, как самые распространенные травильные растворы из-за массового распространения железосодержащих сплавов и изделий из них.
Затем производят барботаж фильтрата, т.е. его интенсивную продувку мелкими пузырьками воздуха с целью окисления, отдувку газообразных биогенных соединений с поверхности фильтрата и электрофлотокоагуляцию фильтрата, т.е. электролиз фильтрата в ванне с растворяющимися алюминиевыми электродами.
Образующийся в растворе гидрооксид алюминия является коагулянтом для ионов металлов, которые выпадают при этом в осадок, а выделяющиеся на электродах газовые пузырьки обеспечивают эффективную флотацию тонкодисперных взвесей к поверхности фильтрата, откуда взвеси скребком сбрасывают в приемник осадка.
В заключение очищенный фильтрат направляют в пруд-испаритель. Ниже приведены примеры осуществления способа. В таблице 1 приведен усредненный исходный состав фильтрата полигонов ТБО и требуемые показатели по степени очистки.
| Таблица 1 | ||
| Показатели состава и свойства фильтрата | Содержание в фильтрате, мг/л | Нормативные показатели ПДК или ОДУ, мг/л |
| рН | 7,6-8,6 | 6,5-8,5 |
| БПК5 | 1500 | 3-6 мг O2/дм3 |
| ХПК | 1200-8700 | 15-30 мг O2/дм3 |
| Хлориды | 1566-4431 | 350 |
| Железо | до 22,5 | 0,3 |
| Свинец | 0,03-0,18 | 0,003 |
| Кадмий | до 0,0065 | 0,001 |
| Медь | до 0,59 | 1,0 |
| Цинк | до 0,9 | 1,0 |
| Никель | до 0,42 | 0,1 |
| Хром | до 0,11 | 0,005 |
| Марганец | до 2,6 | 0,1 |
| Литий | до 0,65 | 0,03 |
| Молибден | 0,078 | 0,25 |
| Нефтепродукты | 0,5-9,92 | 0,1-0,3 |
| Хлорорганические соединения | 0,02-0,1 | 0,02 |
| Высшие жирные кислоты (С14-С18) | 1,48 | 0,1 |
Пример 1
Была проведена апробация стадий очистки усредненной смеси фильтратов полигона ТБО «Хметьево» (летний фильтрат).
Стадии очистки фильтрата:
- Барботаж с известью (флокулянт - известь-пушонка (СаО), время барботажа - 45 минут (дискретно по 15 минут), доза флокулянта - 15 г/л (дискретно по 5 г/л во время остановки компрессора);
- Обработка отработанным травильным раствором, корректировка рН (доза отработанного травильного раствора - 1,0 мл/л);
- Отдувка аммиака и биогенных элементов (60 минут, дискретно по 30 минут, перерыв - 10 минут); модификация эксперимента: подогрев отдуваемого фильтрата до 75-80°С*;
- Электрокоагуляция (20 минут, плотность тока - 1,2-1,5 А/дм2). Результаты химического анализа постадийной очистки фильтрата представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||
| № п/п | Показатели | Исходный фильтрат | После барботажа с известью | После отдувки | После травильного раствора | После электрокоагуляции |
| 1 | Цветность по разбавлению | 1:72 | 1:45 | 1:40 | 1:32 | 1:6 |
| 2 | Запах, баллы | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 3 | Прозрачность, см | 1,0 | 2,0 | 2,5 | 3,5 | 8,5 |
| 4 | Мутность, мг/л | 520 | 404 | 355 | 270 | 102 |
| 5 | Взвешенные вещества, мг/л | 1050 | 815 | 722 | 560 | 210 |
| 6 | рН | 6,5 | 12,0 | 11,6 | 11,0 | 6,0 |
| 7 | Аммоний, мг/л | 1,5 | 5,0 | 2,0 | 2,0 | не обн. |
| 8 | Фосфаты, мг/л | 0,5 | не обн. | не обн. | не обн. | не обн. |
| 9 | Цинк (II), мг/л | не обн. | не обн. | не обн. | не обн. | не обн. |
| 10 | Хром (VI), мг/л | не обн. | 0,05 | 0,05 | не обн. | не обн. |
| 11 | Кадмий (II), мг/л | не обн. | не обн. | не обн. | не обн. | не обн. |
| 12 | Хлориды, мг/л | 600 | 700 | 1000 | 1000 | 1200 |
| 13 | Нитраты, мг/л | не обн. | не обн. | не обн. | не обн. | не обн. |
| 14 | Нитриты, мг/л | 0,1 | 0,05 | не обн. | не обн. | не обн. |
| 15 | ХПК, мг О2/л | 39040 | 40800 | 31200 | 29120 | 12400 |
| 16 | БПК5, мг О2/л | 27000 | 20400 | 15600 | 14500 | 6100 |
| 17 | АПАВ, мг/л | 31,0 | 3,5 | 2,7 | 1,1 | 0,7 |
| 18 | НПАВ, мг/л | 12,0 | 4,5 | 1,0 | 0,9 | 0,5 |
| 19 | Свинец (II), мг/л | не обн. | 0,1 | не обн. | не обн. | не обн. |
Пример 2
Была проведена апробация стадий очистки усредненной смеси фильтратов полигона ТБО «Хметьево» (зимний фильтрат).
Стадии очистки фильтрата:
- Барботаж с известью (флокулянт - портландит, время барботажа - 45 минут (дискретно по 15 минут), доза флокулянта - 15 г/л (дискретно по 5 г/л во время остановки компрессора), объем фильтрата - 5 л);
- Обработка отработанным травильным раствором, корректировка рН (доза отработанного травильного раствора - 1,0 мл/л););
- Отдувка аммиака и биогенных элементов (60 минут, дискретно по 30 минут, перерыв - 10 минут);
- Электрокоагуляция (20 минут, анодная плотность тока - 1,2-1,5 А/дм2).
Результаты химического анализа постадийной очистки фильтрата представлены в таблице 3.
| Таблица 3 | ||||||
| № п/п | Показатели | Dсходный фильтрат | После барботажа с известью | После отдувки | После травильного раствора | После электрокоагуляции |
| 1 | Цветность по разбавлению | 1:60 | 1:20 | 1:12 | 1:40 | 1:20 |
| 2 | Запах, баллы | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 3 | Прозрачность, см | 3,0 | 6,0 | 4,0 | 6,0 | 9,0 |
| 4 | Мутность, мг/л | 300 | 160 | 235 | 155 | 102 |
| 5 | Взвешенные вещества, мг/л | 610 | 325 | 472 | 330 | 210 |
| 6 | рН | 7,3 | 11,9 | 11,8 | 11,3 | 10,6 |
| 7 | Аммоний, мг/л | 1,0 | 1,0 | 5,0 | 2,0 | 1,0 |
| 8 | Фосфаты, мг/л | 5,0 | 0,5 | не обн. | не обн. | не обн. |
| 9 | Сульфаты, мг/л | 20,0 | не обн. | 30,0 | 30,0 | 10,0 |
| 10 | Цинк (II), мг/л | не обн. | 0,05 | 0,1 | не обн. | не обн. |
| 11 | Кадмий (II), мг/л | не обн. | не обн. | не обн. | не обн. | не обн. |
| 12 | Хлориды, мг/л | 945-955 | 810-815 | 915-920 | 1115 | 1175 |
| 13 | Нитраты, мг/л | не обн. | не обн. | не обн. | не обн. | не обн. |
| 14 | Нитриты, мг/л | не обн. | не обн. | не обн. | не обн. | не обн. |
| 15 | ХПК, мг О2/л | 1637 | 1508 | 1380 | 3864 | 2208 |
| 16 | БПК5, мг О2/л | 810 | 740 | 640 | 1450 | 1100 |
| 17 | Никель (II), мг/л | 0,1 | 0,05 | не обн. | не обн. | не обн. |
| 18 | Железо общее, мг/л | 1.0 | 0,5 | 0,3 | не обн. | не обн. |
| 19 | Свинец (II), мг/л | 0,7 | 0,5 | 0,1 | 0,3 | 0,1 |
| 20 | Медь (II), мг/л | не обн. | 0,05 | следы | следы | не обн. |
| 21 | Сумма тяжелых металлов, М | 0.02 | следы | следы | следы | не обн. |
| 22 | АПАВ, мг/л | 10,0 | 7,8 | 6,0 | 7,9 | 9,0 |
| 23 | НПАВ, мг/л | 5,2 | 4,0 | 2,5 | 3,0 | 3,9 |
| 24 | Фенолы, мг/л | 2,50 | 1,25 | 1,15 | 0,85 | 1,07 |
Очистка фильтрата полигона твердых бытовых отходов с использованием предложенного изобретения позволит
- исключить негативное влияние фильтрата на окружающую среду,
- разрушить содержащиеся в фильтрате токсичные органические соединения и обеспечить снижение токсичности фильтрата до уровня требований к стокам культурно-бытового назначения,
- перевести остаточные загрязнения фильтрата в безопасную нерастворимую форму и вернуть их на полигон для захоронения вместе с ТБО,
- использование в качестве реагента для нейтрализации вместо кислот, например, серной, жидких отходов гальванических производств - травильных растворов позволяет отказаться от закупки реагента, заменив ее платным приемом на утилизацию травильного раствора, и тем самым превратить затратное производственное подразделение на полигоне ТБО в высокодоходное,
- сбросить очищенный фильтрат в пруд-испаритель и далее на полигон для интенсификации гидролиза и ускорения ферментации ТБО, обеспечивающего ускоренную усадку тела полигона и возможность его дополнительной загрузки.
Способ очистки фильтрата полигона твердых бытовых отходов, включающий стадии усреднения фильтрата, щелочной обработки фильтрата известью с последующей реагентной нормализацией рН фильтрата с помощью водных отработанных травильных растворов металлообрабатывающих предприятий, содержащих FeCl2 или FeSO4, с концентрацией 17-25 мас.% при удельном расходе 1,0-5,0 мг/л фильтрата, барботаж фильтрата, отдувку аммиака и биогенных соединений и электрофлотокоагуляцию фильтрата, после которой очищенный фильтрат направляют в пруд-испаритель.
