Глава 2. Экспериментальная часть

2.1. Выбор методов очистки фильтрационных вод полигонов тбо в постэксплуатационный период

Объектом данного исследования являлся полигон захоронения ТБО г. Кунгура. Состав фильтрационных вод полигона ТБО г. Кунгура подобен типичному составу фильтрата типичной свалки и характеризуется высокими значениями цветности, ХПК и БПК, солесодержания, коли - титра и коли - индекса, общим микробным числом, наличием патогенной микрофлоры и яиц гельминтов.

Типичный состав фильтрата свалки представлен в таблице 7.

Таблица 7.

Концентрации загрязняющих веществ в фильтрационных водах типичных полигонов тбо.

Показатели	Диапазон концентрации, мг/л
ХПК	100 – 15000
БПК	100-500
Сухой остаток	1000 – 45000
РН	4 – 8,5
Железо	30 – 1700
Цинк	1– 120
Фосфор	5 – 130
Сера	25 – 500
Хлор	10 – 2400
Натрий	100 – 3800
Азот	20 – 500
Жесткость (по СaСО3)	200 – 5250
Никель	0,01– 0,8
Медь	0,1– 9

Анализ зарубежного опыта по очистке фильтрационных вод, техники защиты окружающей среды от промышленных выбросов показал, что для их очистки могут быть использованы различные биохимические и физико-химические методы. Но следует отметить, что при ориентации на зарубежный опыт при разработке технологий очистки фильтрата необходимо учитывать нашу специфику (климатические условия, состояние полигонов, состав почв). В этой связи возникает проблема выбора метода и технологии для очистки таких вод. Эти методы должны соответствовать следующим критериям:

• использование экологически безопасных методов очистки;

• использование для очистки доступных и дешевых материалов – отходов производств, обладающих сорбционными свойствами;

• использование эффективных и экономически целесообразных методов.

Как показывают проведенный анализ состава фильтрационных вод полигонов ТБО, эксплуатирующихся более 30 лет, и исследования процессов биодеструкции ТБО, они характеризуются высоким содержанием биорезистентных примесей, комплексных ионов металлов с органическими лигандами (гуматов металлов, фульватов), высоким содержанием поверхностно-активных веществ (ПАВ). Ионы многих металлов (Cd, Zn, Pb, Fe, Cu и др.) являются ингибиторами биохимических процессов, затрудняют применение биохимических методов очистки. Поэтому требуется предварительная очистка фильтрата от ионных примесей. Одним из методов очистки фильтрационных вод от ионных примесей является ионообменный.

Ионный обмен – это процесс извлечения из воды одних ионов и замена их другими. Вещества, проявляющие способность к ионному обмену, получили название иониты. В практике очистки сточных вод используют синтетические и природные ионообменные материалы. К синтетическим полимерным ионитам относят ионообменные смолы. В воде они не растворяются, но набухают, причем размеры их пор увеличиваются от 0,5 – 1,0 нм до 4,0 нм, а объем ионита возрастает в 1,5 – 3 раза. Набухание связано с поглощением молекул воды и влияет на селективность (избирательность) ионита, так как при малом размере его пор крупные ионы не могут достичь внутренних функциональных групп.

Синтетические иониты, размер пор которых не превышает 5 нм, малоэффективны при сорбции крупных ионов – гуматов металлов. Кроме того, синтетические иониты являются достаточно дорогими материалами и применение их для очистки фильтрационных вод полигонов ТБО экономически нецелесообразно.

Известны природные неорганические ионообменные материалы. К ним относят цеолиты, глинистые минералы. Их каркас представляет правильную сетчатую структуру алюмосиликата, в полостях которой располагаются ионы щелочных или щелочноземельных металлов, являющихся противоионами и участвующие в ионном обмене.

Поглотительная способность ионитов характеризуется обменной емкостью, которая определяется числом мг-экв ионов, поглощаемых единицей массы или объема ионита. Различают полную, статическую и динамическую обменные емкости. Полная емкость – это количество поглощаемого вещества при полном насыщении единицы объема или массы ионита. Статическая емкость – это обменная емкость ионита при равновесии в рабочих условиях. Статическая емкость обычно меньше полной. Динамическая обменная емкость – это емкость ионита до «проскока» ионов в фильтрат, определяемая в условиях фильтрации. Динамическая емкость меньше статической. Процессы ионообменной очистки проводят на установках периодического и непрерывного действия.

Эффективность извлечения ионов металлов зависит от концентрации их в воде, рН, общей минерализации воды. Таким образом для очистки фильтрационных вод от ионных примесей необходимо использовать дешевые дисперсные природные материалы, обладающие ионообменными свойствами.

Для полигонов, находящихся на стадии рекультивации и постэксплуатационном этапе, когда фильтрационные воды содержат биорезистентные примеси, одним из методов очистки является биосорбционный. Биосорбционные фильтры сочетают преимущества физико-химических и биохимических методов очистки, они просты в эксплуатации и способны к саморегенерации.

В биосорбционных аппаратах (биофильтрах) одновременно протекают процессы адсорбции и биохимического окисления органических веществ. Использование фильтрующих материалов, обладающих развитой пористой структурой, позволяет значительно интенсифицировать процессы биохимической очистки за счет адсорбции примесей и развития на поверхности материалов биопленки.

Процесс очистки проводят при фильтровании сточной воды через слой адсорбента до «проскока», а затем сорбент выгружают и регенерируют.