Меню
Перезвоните мне
Меню
Перезвоните мне
RU | EN

Опубликована статья в профессиональном издании «Твердые Бытовые Отходы» на тему «Оборудование для очистки фильтрата с полигонов ТКО: преимущества и риски»

Все статьи

О. В. Артемова, Ю. В. Буханцов, С. В. Шашкин, Е. А. Соколова, А. А. Кузнецов, компания «Новые Трубные Технологии» (ООО «НТТ»)

Современный уровень развития цивилизации формирует тенденции качества жизни, в том числе касающиеся культуры потребления товаров и утилизации отходов. Ежегодно огромное количество отходов современной жизнедеятельности человека утилизируется на полигонах твердых коммунальных отходов (ТКО). Это миллионы тонн отходов различного происхождения: пластиковая тара, упаковка, отходы производства, просроченные товары, сырье, бытовой мусор и пр. При захоронении таких отходов на полигонах образуется токсичный фильтрат, который очищают и обеззараживают. Оценим эффективность решений для его очистки.

Полигон ТКО – это специальное сооружение, включающее инженерную инфраструктуру для изоляции отходов от контакта с грунтовыми водами, сбора и фильтрации токсичных стоков, удаления образующегося свалочного газа.

Токсичная жидкость – фильтрат, который образуется в результате контакта атмосферных осадков с отходами на полигоне, а также разложения самих отходов. Инфильтрация осадков через тело полигона приводит к их загрязнению тяжелыми металлами, солями, токсичными веществами органического и неорганического происхождения.

Фильтрат ТКО – это жидкий токсичный отход, который с помощью системы дренажных трубопроводов собирается в прудах-накопителях и в дальнейшем подлежит сложной многоступенчатой очистке перед сбросом в водоем во избежание негативного воздействия на окружающую среду.

Для очистки фильтрата на полигонах ТКО специально возводятся очистные сооружения, представляющие собой многокомпонентный комплекс оборудования. В процессе очистки фильтрат последовательно проходит следующие стадии:

  1. усреднение;
  2. механическую очистку;
  3. физико-химическую очистку;
  4. биологическую очистку;
  5. доочистку с помощью фильтрации, сорбции и ионного обмена;
  6. финишную обратноосмотическую очистку;
  7. обеззараживание.

Химический состав фильтрата крайне нестабилен и зависит от жизненного цикла полигона. Кроме того, сезонные колебания объема поступающих осадков создают большие сложности в создании универсального комплекса, обеспечивающего гарантированное стабильное достижение качества очистки и нормативных требований к сбросу.

Для усреднения фильтрата по расходу и концентрации применяются резервуары и пруды-накопители. Обычно их выполняют из железобетона. Наиважнейшими характеристиками накопителей являются их герметичность и правильно рассчитанный объем. Фильтрат – очень агрессивная жидкость. Его контакт с железобетоном приводит к разрушению последнего, в результате чего может быть нарушена герметичность и фильтрат попадет в грунтовые воды. Такая ситуация недопустима, поскольку грозит экологическим бедствием. Вот почему герметичность внутренней поверхности резервуаров очень важна.

Объем накопителя должен обеспечивать прием фильтрата после максимального количества осадков и иметь дополнительный резерв. В противном случае возможно переполнение накопителей, несанкционированные отборы фильтрата службой эксплуатации для возврата в тело полигона или, что совершенно недопустимо, сброс неочищенного фильтрата без очистки на рельеф. Расчет требуемого объема накопителей, обеспечение необходимого резерва на случай расширения полигона и строительство дополнительных накопителей фильтрата – вот основные задачи, которые имеют важное значение при проектировании, строительстве и реконструкции полигонов.

После усреднения фильтрат подается на очистку. Поскольку уровень жидкости в накопителях является динамическим, подача фильтрата на очистку осуществляется с помощью плавучей насосной станции (рис. 1).

Рис. 1. Плавучая насосная станция ООО «НТТ»Рис. 1. Плавучая насосная станция ООО «НТТ»

Здесь также стоит отметить важность правильного расчета расположения уровня забора насосных агрегатов. Забор целесообразно осуществлять со среднего уровня резервуара, предотвращая попадание осадка со дна накопителя. Погружные насосные агрегаты, уровень забора которых то понижается, то повышается в зависимости от изменения уровня фильтрата в накопителе, осуществляют подачу усредненного фильтрата в здание очистных сооружений на очистку.

Первая ступень очистки – механическая. Сооружения механической очистки осуществляют очистку фильтрата от грубодисперсных примесей и мусора, обеспечивая в том числе защиту от механических повреждений оборудования последующих ступеней очистки. Механическая очистка обычно представлена барабанными и ступенчатыми решетками, ситами, сетками. Чтобы обеспечить эффективное удаление грубодисперсных загрязнений, прозор ячейки сооружений механической очистки не должен превышать 2 мм. Ввиду агрессивности среды оборудование механической очистки должно быть изготовлено из коррозионно-стойких материалов, например нержавеющей стали.

После механической очистки фильтрат подвергается физико-химической очистке – реагентной обработке, отстаиванию и флотации (рис. 2). Сложный химический состав, а также наличие токсичных компонентов делает данную стадию очистки очень важной, так как она обеспечивает удаление большей части нерастворенных, взвешенных и коллоидных загрязнений (рис. 3).

Рис. 2. ФлотаторРис. 2. Флотатор

Рис. 3. ПредочисткаРис. 3. Предочистка

Поскольку фильтрат содержит большое количество тяжелых металлов, представленных в связанной форме, а также большое содержание гидрокарбонатов, на первой стадии целесообразно применение реагентной обработки известковым молоком. Эффективная доза извести составляет 2–4 г/л в зависимости от исходной концентрации загрязнений в фильтрате и подбирается в период пусконаладочных работ. В статических смесителях фильтрат смешивается с известковым молоком, приготовленным в блоке приготовления извести. В пересчете на суточную производительность, расход реагента получается довольно значительным, поэтому для эффективной эксплуатации целесообразно применение автоматических растаривателей и станций приготовления известкового молока. Блок приготовления извести также включает станцию приготовления известкового молока и насосы подачи известкового молока. Агрессивный реагент требует конструктивного исполнения оборудования из химически стойких материалов, а также наличия приточно-вытяжной вентиляции с установкой местных отсосов непосредственно над оборудованием.

После предварительного умягчения и подщелачивания целесообразно применение отстаивания в тонком слое для эффективного осаждения загрязнений.

Правильно рассчитанный тонкослойный отстойник позволяет существенно снизить концентрацию загрязнений взвешенными веществами, БПК, ХПК и металлами (за счет выпадения в осадок в виде нерастворимых солей).

После отстаивания фильтрат подвергается реагентной обработке и подается во флотатор. Подача реагентов (коагулянта и флокулянта) осуществляется с разницей во времени для обеспечения необходимого контакта. Сначала вводится раствор коагулянта, затем, через какое-то время, определяемое расчетным путем, осуществляется ввод флокулянта для интенсификации процесса коагуляции.

Конструктивно процесс ввода реагентов перед флотатором может быть представлен в виде трубчатого флокулятора, куда перед статическим смесителем вводится коагулянт, а затем, после протекания по трубчатому флокулятору, в фильтрат вводится раствор флокулянта с задержкой по времени.

Второй вариант введения реагентов представляет собой наличие реакторов коагуляции и флокуляции, вынесенных перед флотатором и представляющих собой небольшие конические резервуары, оснащенные мешалкой, которые обеспечивают качественное смешение исходного фильтрата с реагентом и необходимое время контакта.

Конструктивное оформление сооружений физико-химической очистки представлено весьма широко. Это радиальные и прямоугольные напорные флотаторы, электрофлотаторы, электрокоагуляторы и пр. Каждый вид оборудования имеет право на существование, если требуемая эффективность его применения подтверждена на практике. Основным фактом, показывающим эффективность работы сооружения, является его работа на реальном фильтрате с получением результатов очистки, выраженных в количественном и процентном соотношении удаленных загрязняющих веществ по ряду показателей (ХПК, БПК, взвешенные вещества, металлы и пр.), а также экономическая эффективность, выраженная в объеме и структуре затрат на очистку 1 м3 фильтрата. Структура затрат обычно включает затраты на реагенты, электроэнергию, оплату труда персонала, обеспечивающего работу оборудования, уровень автоматизации процесса. Причем трудоемкость процесса имеет немаловажное значение в структуре затрат.

Вот почему для определения целесообразности применения того или иного метода и оборудования очистки необходимо рассматривать не только теоретическую эффективность работы оборудования, но и трудоемкость процесса, затраты, связанные с потреблением реагентов и электроэнергии, устойчивость процесса очистки в работе на реальном фильтрате. Дополнительно хотелось бы отметить важность специального исполнения деталей и элементов оборудования, подразумевающих коррозионную и химическую стойкость, поскольку срок их службы напрямую зависит от возможности устойчивой работы в агрессивной среде без снижения качества.

Фильтрат, прошедший физико-химическую очистку, направляется в блок биологической очистки (рис. 4). Сооружения биологической очистки представляют собой резервуары с чередованием двух зон – аэробной зоны ( нитрификатора), куда для очистки дополнительно подается кислород, и анаэробной – бескислородной (денитрификатора). Блок предназначен для удаления органических веществ, соединений азота и фосфора, вывода части соединений в составе избыточного активного ила в процессе илоразделения. Очистка происходит с помощью сообщества микроорганизмов, называемого активным илом, который в процессе своей жизнедеятельности осуществляет окисление органических веществ до неорганических. Блок биологической очистки часто выпускается в блочно-модульном исполнении, где зоны размещаются в одном корпусе последовательно (секции перемешивания, денитрификации, нитрификации, илоразделения). Процесс илоразделения может быть представлен отстаиванием, мембранным разделением. Наиболее эффективным методом является метод илоотделения с помощью погружных ультрафильтрационных мембранных модулей. Мембранный блок последовательно встраивается отдельной секцией в состав блочно-модульных сооружений. Отделение активного ила происходит под действием слабого вакуума, создаваемого во всасывающем трубопроводе насоса, активный ил при этом концентрируется.

Рис. 4. Блок биологической очистки БМУ 150 ООО «НТТ»Рис. 4. Блок биологической очистки БМУ 150 ООО «НТТ»

Применение вторичного отстаивания для илоразделения имеет более низкую эффективность по сравнению с мембранными блоками, характеризующуюся более высокими остаточными показателями ХПК, БПК, взвешенных веществ в очищенной воде, но наряду с этим имеет более простой для обслуживания конструктив.

Блок биологической очистки – довольно сложное инженерное сооружение, требующее постоянного контроля стабильности процесса, затрат на электроэнергию, реагенты и обслуживающий персонал. Очень важным моментом является обеспечение качественной физико-химической очистки перед блоком биологии. Одновременно с этим только биологическая очистка обусловливает стабильное удаление растворенных органических загрязнений, соединений азота и фосфора, обеспечивая при этом долговечность и стабильность работы оборудования последующих ступеней очистки, предназначенных для удаления только остаточных концентраций органических загрязнений в микродозах, солей, металлов для достижения жестких нормативных требований к сбросу в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Доочистка фильтрата после блока биологической очистки осуществляется с помощью засыпных напорных фильтров с гранулированным активированным углем с предварительным озонированием. Блок озонирования размещается в отдельном помещении. Генератор озона концентрирует кислород из воздуха, после чего кислород переходит в форму озона, который подается в очищенный фильтрат ТКО после биологической очистки и выдерживается в контактной камере не менее 30 минут, откуда подается на сорбционные фильтры (рис. 5). Блок доочистки предназначен для снижения остаточных концентраций аммонийного азота и растворенных органических веществ после блока биологической очистки для исключения биообрастания мембраны, ухудшения качества очистки и обеспечения нормативного срока службы мембран обратного осмоса (рис. 6).

Рис. 5. Сорбционные фильтры доочистки фильтратаРис. 5. Сорбционные фильтры доочистки фильтрата

Рис. 6. Установка обратного осмоса для обессоливания и удаления остаточных концентраций загрязнений в микродозахРис. 6. Установка обратного осмоса для обессоливания и удаления остаточных концентраций загрязнений в микродозах

Блок обратного осмоса предназначен для финишной очистки фильтрата, удаления микродоз загрязнений и обессоливания.

В результате продавливания воды насосами высокого давления через мембрану происходит разделение потока на пермеат и концентрат. Пермеат – очищенная от загрязнений и солей вода – может подаваться на вторую ступень обратного осмоса, если количество загрязнений и солей велико. Концентрат содержит извлеченные соли и загрязнения и является жидким отходом, подлежащим утилизации. Периодически, по мере загрязнения обратноосмотических мембран повышается давление перед ними и уменьшается выход пермеата. При достижении предельного значения давления перед мембранами необходимо производить их промывку. Промывка осуществляется подготовленными кислотно-щелочными растворами в течение 40 мин. Дозирование производится из емкости химической мойки.

Для предотвращения загрязнения мембран, вызванного отложениями солей в результате концентрационной поляризации, в воду, поступающую на очистку, дозируется специальное вещество – антискалант.

Обратный осмос является современным методом очистки и обессоливания воды, имеющим ряд неоспоримых преимуществ:

  • высокую степень очистки и обессоливания;
  • компактность исполнения;
  • возможность модульных решений

Но наряду с преимуществами есть один серьезный недостаток – образование жидкого отхода – концентрата, объем которого варьируется в пределах от 15 до 40 % объема исходной поступающей на мембраны воды. Утилизация концентрата – сложный и дорогостоящий процесс. Существует несколько способов утилизации, наиболее распространенный из них – выпаривание. Сложность конструкции и эксплуатации, а также высокая стоимость выпарных установок являются сдерживающим фактором для повсеместного распространения данного метода утилизации концентрата. До недавнего времени практиковался метод возврата концентрата в тело полигона, однако в настоящее время на территории Московской области на законодательном уровне это запрещено. Существует такой метод утилизации концентрата, как закачивание его в скважину глубиной более 1 км, однако стоимость этого метода несопоставима с бюджетами большинства эксплуатирующих организаций, поэтому большого распространения он не получил.

Для завершения процесса очистки и обеспечения безопасности очищенного фильтрата в санитарном отношении пермеат после обратного осмоса направляется на установки ультрафиолетового обеззараживания. Обеззараживание воды в данных установках производится за счет прямого воздействия ультрафиолетовых лучей на клеточную и молекулярную структуры микроорганизмов, вызывает разрушение молекул ДНК и повреждение молекул оболочек, что приводит к мгновенной гибели микроорганизмов.

Очищенный таким образом и обеззараженный фильтрат может направляться на сброс в водоем рыбохозяйственного назначения, использоваться в качестве технической воды или противопожарного запаса.

Такой комплекс очистки (рис. 7) гарантированно обеспечивает стабильную очистку фильтрата и достижение жестких нормативных требований к сбросу.

Рис. 7. Блок биологической очистки и доочисткиРис. 7. Блок биологической очистки и доочистки

Однако не стоит забывать, что эксплуатационные затраты на очистку будут значительными. Трудоемкость и высокая степень автоматизации процесса очистки потребует квалифицированного персонала для обслуживания сложного комплекса очистных сооружений. Хотелось бы за острить внимание на том, что в настоящее время региональные операторы оказываются не готовы к таким высоким эксплуатационным затратам, вложениям в обучение и подготовку персонала, созданию условий для стабильной эксплуатации.

Опыт внедрения показывает, что самым важным фактором результативной стабильной работы любого комплекса очистки (рис. 8) является грамотная и качественная эксплуатация сооружений. Формирование бюджета эксплуатации, подбор и обучение обслуживающего персонала станции – залог стабильной и бесперебойной работы сооружений. Хотелось бы отметить, что формирование эксплуатационных затрат должно осуществляться в процессе проектирования наряду с определением объема капитальных затрат. Это позволит сбалансированно подходить к выбору оборудования и схемы очистки, не только учитывать единовременные капитальные вложения, но и рассматривать эксплуатацию очистных сооружений в долгосрочной перспективе.

Рис. 8. Общий вид комплекса очистных сооружений фильтрата ТКО БМУ 150 ООО «НТТ»Рис. 8. Общий вид комплекса очистных сооружений фильтрата ТКО БМУ 150 ООО «НТТ»

Издание: ТВЕРДЫЕ БЫТОВЫЕ ОТХОДЫ / ОКТЯБРЬ 2024

Применение очистных сооружений фильтрата ТКО

Читайте также
Оставить заявку
Мы используем cookie-файлы для улучшения предоставляемых услуг. Продолжая навигацию по сайту, вы Соглашаетесь с Политикой обработки персональных данных.

Укажите ваш email для получения файла