Физико-химические методы защиты биосферы. Очистка фильтрационных вод

зование АУ позволяет обеспечить качество очищенной воды в соответст­ вии с нормативными показателями.

Преимущества технологии - простота в обслуживании, средняя ква­ лификация персонала, минимально возможный расход энергии.

Первоначально отработанный АУ складировался на полигоне. В на­ стоящее время на полигоне действует установка для термической регене­ рации АУ. Отрегенерированный сорбент вторично используется в техно­ логии очистки.

На рис. 8.3 представлена технологическая схема очистки ФВ, кото­ рая в настоящее время внедряется на полигоне ТБО г. Вена (Австрия). Производительность установки 60 м3/сут.

Фильтрационная вода поступает первоначально в блок биохимиче­ ской очистки, состоящий из стадий анаробной и аэробной очистки сточных вод и осветления.

Рис. 8.3. Технологическая схема очистки ФВ с использованием мембранных методов

В анаэробном биореакторе происходит гидролиз и анаэробная дест­ рукция концентрированных ФВ (ХПК до 15 000 мг/л), которые затем по­ даются на стадию аэробной очистки. Для более глубокой очистки воды от нитрат- и нитрит-ионов часть воды после аэробной стадии возвращается на анаэробную стадию, где в восстановительной среде протекают процессы денитрификации ФВ.

Биохимически очищенные сточные воды подаются в блок мембран­ ной доочистки от биорезистентных примесей, низкомолекулярных органи­ ческих соединений и ионов тяжелых металлов. Процесс состоит из стадий

Технологию можно рекомендовать для очистки ФВ объемом 50100 тыс. м3/год, при этом производительность сооружений при шестиме­ сячной работе составит 100-300 м3/сут. Исходное содержание загрязняю­ щих веществ: ХПК не выше 1000 мг О/дм3, солесоде^жание не выше 5000 мг/дм , содержание хлорид-ионов не выше 2,5 г/дм Климатические условия работы - температура не ниже 10 °С.

Сборник-усреднитель глубиной 4-5 м представляет собой анаэроб­ ный пруд, в котором могут протекать процессы самоочищения ФВ: в верх­ них слоях до 1,5 м - аэробные процессы, в более глубоких слоях - нитри­ фикация и метаногенез. Под действием сульфатредуцирующих бактерий в анаэробных условиях возможно восстановление сульфат-иона до сульфидиона, приводящее к связыванию ионов тяжелых металлов. Сборник дол­ жен быть оборудован противофильтрационным экраном.

В качестве дополнительного экрана наряду с применяемыми водо­ удерживающими глинистыми минералами для этих целей можно исполь­ зовать карбонатсодержащие отходы содового производства, шлаки метал­ лургических производств, ТЭЦ, которые содержат оксиды кальция и крем­ ния, обладающие ионообменными и осветляющими свойствами, прока­ ленные гальваношламы, карбонизированные нефтешламы и др., что будет способствовать процессам очищения.

Биосорбционный фильтр работает в вегетационный период (апрельсентябрь). Способность загрузочных материалов к саморегенерации в ре­ зультате биохимического окисления сорбировавшихся примесей позволяет использовать его многократно. Окислительная мощность и соответственно объем загрузки должны быть достаточными для шестимесячной работы фильтра без регенерации. В следующем цикле включается в эксплуатацию 2-й фильтр. В биосорбционном фильтре происходит очистка ФВ от орга­ нических примесей на 75-80 % по величине ХПК, от взвешенных веществ - на 96-98 %, снижается солесодержание на 40-50 %.

Биологический пруд в соответствии со СНиП 2.04.038-85 устраива­ ется на нефильтрующих и слабофильтрующих грунтах, при необходимо­ сти следует осуществлять противофильтрационные мероприятия.

В 2-ступенчатом пруду каждый каскад выполняет свою функцию в процессах минерализации органических веществ очищаемых вод. Первый пруд - альгобактериальный. Главное его назначение - деструкция органи­ ческих загрязнений с помощью сапрофитных бактерий, утилизация био­ генных элементов комплексом микроводорослей. Дополнительная аэрация в нем не предусмотрена, т.к. достаточное количество кислорода обеспечи­ вается за счет процессов фотосинтеза водной растительности. Для ускоре­ ния процесса запуска пруда в него вносят адаптированный комплекс мик­ роводорослей (АКМ) различных систематических групп.

При работе гальванокоагулятора должна быть предусмотрена перио­ дическая промывка загрузки противотоком очищенной водой (не реже 1 раза в неделю). Промывные воды могут быть направлены в сборники ФВ. Содержащиеся в них гидроксиды железа или алюминия будут способство­ вать дополнительной очистке воды. Вода перед выпуском в водоем должна пройти дополнительную очистку в биологических прудах.

Достоинством предлагаемых схем очистки является низкая энерго- и трудоемкость. Использование в качестве загрузочных материалов отходов производств значительно снижает эксплуатационные затраты и себестои­ мость очистки.

8.2.3. Технологии очистки фильтрационных вод полигонов и свалок малых населенных пунктов

Одной из сложных и не решенных к настоящему времени проблем является очистка ФВ свалок и полигонов малых населенных пунктов (чис­ ло жителей менее 50 тыс. чел.). Объем ФВ таких полигонов не превышает 5000-7000 м3/год. Отсутствие квалифицированного персонала, эконо­ мические сложности часто не позволяют создавать на таких полигонах сложные стационарные системы очистки. Одним из решений этой пробле­ мы является использование мобильных установок очистки ФВ. ФВ, накап­ ливаемые в течение 6-10 месяцев в отстойнике-накопителе, периодически очищаются на мобильной установке, способной обслуживать несколько полигонов и состоящей из блоков физико-химической очистки.

В основу технологии могут быть положены методы:

•озонирования с последующей адсорбцией примесей на много­ слойном фильтре, содержащем АУ промышленных марок (или углеродсо­ держащих отходов). Выбор АУ должен осуществляться в соответствии с разработанными в исследованиях требованиями;

•гальванокоагуляции воды с последующей доочисткой в биологи­ ческом пруду.

Централизованное использование АУ позволит разработать систему их утилизации и регенерации, что повысит рентабельность применения метода.

Технологическая схема очистки ФВ с использованием озонирования представлена на рис. 8.6. Производительность установки 5-6 м /ч, произ­ водительность озонатора 0,75-1,0 кг/ч. Высота слоя загрузки в биосорбционном фильтре 2 м. Гидравлическая нагрузка 10-12 м /(м -сут). Окисли­ тельная мощность по ХПК - 7-8 кг/(м3*сут), эффективность очистки по ХПК 85-90 %.

Установка, смонтированная на мобильном контейнере, состоит из двух блоков - озонирования и адсорбции.

Блок озонирования содержит промышленный озонатор производи­ тельностью 0,75-1,0 кг O3/4 с вспомогательным оборудованием, эжектор для смешения озоновоздушной смеси с водой, два контактных резервуара. Для регулирования дозы озона и времени контакта в зависимости от соста­ ва воды последние могут работать в параллельном и последовательном режимах.

Блок адсорбции состоит из двух многослойных фильтров, содержа­ щих углеродные материалы с различной пористой структурой и природ­ ный ионообменный материал. В зависимости от объема и концентрации примесей в очищаемых стоках возможно использование фильтров в по­ следовательном и параллельном режиме работы. Производительность ус­ тановки 25-50 м3/сут (1-2 м3/ч).

При концентрации примесей 4000-6000 мг/дм3 по ХПК рекомендуе­ мая доза озона составляет 200-300 г/м3, при 1000-1200 мг/дм3 - 100— 200 г/м3, при концентрации примесей 500-700 мг/дм3 - 50-150 г/м3

Мобильная установка может состоять из блоков гальванокоагуляции, механической и сорбционной очистки.

Блок гальванокоагуляции состоит из промышленного гальванокоа­ гулятора и скорого песчаного фильтра. В качестве гальванопар можно ис­ пользовать металлический или алюминиевый скрап и кокс или углеродсо­ держащие отходы производств. Блок адсорбции содержит два многослой­ ных фильтра, способных работать в параллельном или последовательном режиме.

Для очистки ФВ полигонов ТБО малой мощности можно также ис­ пользовать заглубленные многослойные биосорбционные фильтры, содер­ жащие сорбционные и ионообменные материалы. Целесообразно для этих целей использовать отходы производств, имеющиеся на территории насе­ ленного пункта - опил, кора, шлак, зола, образующаяся при сжигании ка­ менного угля, и др.

Очистку малозагрязненных ФВ можно осуществлять в биологиче­ ских многокаскадных прудах. Для повышения эффективности очистки ФВ между прудами можно создавать фильтрующие дамбы, содержащие торф, металлургический шлак, отходы производств и др. Дополнительную очи­ стку ФВ можно обеспечить, организуя выпуск очищенных вод через про­ тяженные извилистые выпускные каналы или гидроботанические площад­ ки.

При отсутствии системы водоотведения и сбора ФВ, что характерно для необустроенных полигонов малых населенных пунктов, они скапли­ ваются в естественных углублениях рельефа местности на территории,

прилегающей к объекту захоронения ТБО. При разработке технологиче­ ских схем очистки целесообразно в качестве элементов схемы использо­ вать образованные водоемы после проведения работ по их облагоражива­ нию (формирование откосов и укрепление берегов за счет высаживания прибрежной растительности - различных видов ивы): наиболее загрязнен­ ный водоем, располагающийся в непосредственной близости к свалке, можно использовать как пруд-накопитель. Последующие водоемы - в ка­ честве биологических многокаскадных прудов.

8.3. Выбор технологии очистки фильтрационных вод для конкретного полигона ТБО

Выбор технологии очистки ФВ для конкретного полигона может быть осуществлен по методике, основанной на методе системного анализа с элементами динамического программирования и «Методических реко­ мендациях по оценке эффективности инвестиционных проектов».

Основные этапы выбора технологии:

1. Создание банка данных по возможным технологиям очистки.

При построении технологических схем предполагается, что очист­ ные сооружения состоят из блоков, через которые вода проходит последо­ вательно. Каждый блок оказывает влияние на качество очищенной воды, причем показатели воды при выходе из одного блока являются входными для следующего.

2. Разработка критериев выбора технологии.

2.1. Эколого-технологический критерий - эффективность очистки

Р о ) .

Граничные условия, накладываемые на показатели эффективности, будут зависеть от требований, предъявляемых к качеству воды:

•при использовании ее для технологических нужд (оборотное водо­ снабжение, подача воды на площадку складирования отходов для предот­ вращения пожаров и ускорения процессов биодеструкции),

•при выпуске воды в открытый водоем.

Эффективность очистки должна оцениваться по следующим основ­ ным показателям: взвешенным веществам, ХПК, солесодержанию, ионам тяжелых металлов.

Показатели качества воды на выходе из каждого блока определяются параметрами ведения процесса и эффективностью применяемого метода (например, дозы озона, сорбционной или ионообменной емкости, выбора ультрафильтрационных или обратноосмотических мембран, окислитель­ ной мощности микрофлоры активного ила в аэротенке или биосорбционном фильтре и др.).

2.2. Технико-экономический критерий - годовые приведенные затра­ ты (5):

где р - коэффициент эффективности капиталовложений - величина, об­ ратная времени окупаемости установки;

Sik - стоимость капитальных затрат блока технологической схемы;

S3 - стоимость эксплуатационных затрат (для снижения эксплуатаци­ онных затрат в технологиях рекомендуется использовать дешевые материалы и отходы производств, обладающие сорбционными, коагулирующими и другими эксплуатационными свойствами);

ЭУ - предотвращенный экологический ущерб, тыс. руб./год, который рассчитывается по формуле

где ЭУуд - показатель удельного ущерба водным ресурсам, наносимого единицей приведенной массы загрязняющих веществ (Мпр) в год для водного объекта;

Кэ - коэффициент экологической ситуации и экологической значи­ мости состояния водных объектов по бассейнам рек;

где mi - фактическая масса /-го загрязняющего вещества с одинаковым ко­ эффициентом относительной экологической опасности /Сэ/.

2.3. Простота обслуживания.

При выборе схем очистки целесообразно ориентироваться на сред­ ний профессиональный уровень персонала.

3. Выбор оптимального варианта.

В основу выбора технологии положен метод системного анализа с элементами динамического программирования.

Рассмотрим применение метода на примере выбора оптимального варианта очистки ФВ для проектируемого полигона ТБО, состоящей из следующих основных стадий:

• коагуляции (1-й вариант - реагентная коагуляция с использовани­ ем в качестве коагулянта сульфата алюминия, 2-й вариант - фильтрацион­ ная коагуляция);

• биохимической очистки (1-й вариант - метантенк, аэротенк, от­ стойник, сбраживание ила на иловых площадках, 2-й вариант - метантенк, биофильтр с иммобилизованной микрофлорой, отстойник);