Глава 2. Экспериментальная часть

2.1. Выбор методов очистки фильтрационных вод полигона тбо г. Кунгура в пост эксплуатационный период

Объектом данного исследования являлся полигон захоронения ТБО г. Кунгура. Состав фильтрационных вод полигона ТБО г. Кунгура не определялся, но как показывают многолетние исследования фильтратов подобных объектов, его состав схож с типичным составом 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 типичной 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 доступных и дешевых материалов – отходов производств, обладающих сорбционными свойствами;

• использование эффективных и экономически целесообразных методов.

Как показывают проведенные исследования состава фильтрационных вод полигонов ТБО, эксплуатирующихся более 30 лет, и анализ процессов биодеструкции ТБО, они характеризуются высоким содержанием биорезистентных примесей, комплексных ионов металлов с органическими лигандами (гуматы металлов, фульвокислоты), высоким содержанием ПАВ.// Поэтому в данном случае традиционные методы биологической очистки будут малоэффективны.

Ионы многих металлов (Cd, Zn, Pb, Fe, Cu и др.) являются ингибиторами биохимических процессов, затрудняют применение биохимических методов очистки и требуют предварительной очистки 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 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 эквивалентов 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.

Извлечение ионов металлов зависит от концентрации их в воде, рН, общей минерализации воды, а также от наличия и концентрации ионов кальция и железа.

Для полигонов, находящихся на стадии рекультивации и пост эксплуатационном этапе, когда фильтрационные воды содержат биорезистентные примеси, наиболее приемлемым методом 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. В качестве таких материалов используют: диатомит – окаменелые остатки диатомовых водорослей, кору хвойных пород деревьев, опил, недожог – отход сжигания окорки древесины, скоп - отход целлюлозно-бумажного производства, отходы производства активных углей и шлак, образованный при сжигании каменного угля.

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