Очистка фильтрата полигона твердых бытовых отходов (биологические методы с химическим окислением)

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева

(КНИТУ-КАИ)

Институт автоматики и электронного приборостроения

Кафедра общей химии и экологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: Теоретические основы защиты окружающей среды

Тема: очистка фильтрата полигона твердых бытовых отходов (биологические методы с химическим окислением)

Выполнила студентка:

Группы 3672 Мингова Л.А.

Научный руководитель:

К.х.к, Гоголь Э.В.

Казань 2016

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Захоронения отходов на полигонах ТБО

1.1 Классификация отходов и видов полигонов их захоронения

1.2 Природоохранные и правовые вопросы эксплуатации полигонов ТБО и ПО

2. Методы защиты подземных вод как элемента биотопа от воздействия полигонов ТБО

2.1 Анализ существующих методов и технологий обработки Фильтрата

2.2 Выбор экологически надежной и технологически оптимальной, схемы обработки фильтрата (наиболее распространенные методы очистки фильтрата)

3. Биологические методы очистки полигона твердых бытовых отходов (с химической оксидацией озоном)

3.1 Сущность ТБО и биологические методы очистки полигона твердых бытовых отходов

3.2 Озон и озонирование, как современный метод очистки полигонов

3.3 Биологическая очистка сточных вод очистки полигона твердых бытовых отходов

4. Расчет основных параметров системы очистки и отдельных аппаратов очистки

Выводы

Список использованных источников

ВЕДЕНИЕ

Одной из самых актуальных проблем современности является охрана окружающей среды от антропогенного воздействия. Вопросы, связанные с очисткой природных и сточных вод, охраны и улучшения санитарного состояния поверхностной и подземной гидросферы, литосферы, почв, атмосферы, флоры и фауны служат объектом исследований ученых во многих странах. Среди результатов хозяйственной деятельности человека весьма объемным по количеству и в то же время слабоизученным и разработанным является сбор, переработка, складирование отходов производства и потребления. Так в Западной Европе вырабатывается 10-11 тонн отходов на душу населения в год, в РФ это значение составляет 15 тонн. В системе обращения с отходами следует особенно выделить депонирование отходов на полигонах ТБО. Значительное внимание к полигонам ТБО и ПО в последние годы вызвано тем фактором, что они длительное время рассматривались просто как свалки мусора, которыми занимались муниципальные службы, санитарно-эпидемиологические органы и др. В тоже время, как показывает опыт ряда постиндустриальных стран, полигоны ТБО - это ответственный комплекс специальных сооружений со сложной технологией возведения и эксплуатации. Как каждое сооружение полигоны ТБО подпадают под рассмотрение строительного проектирования и производства, и рассматривать их нужно как сооружения 1-го уровня ответственности в связи со значительным экологическим и социальным риском при их разрушении. В этом случае полигоны ТБО являются осложняющим фактором в функционировании экосистем и должны рассматриваться в рамках научных исследований экологической направленности, в частности, при воздействиях на абиотические факторы среды в рамках геоэкологии. В целом проблемы воздействия полигонов ТБО на различные элементы экосистем являются исключительно сложными и многообразными, вследствие этого возникает необходимость поэтапного изучения воздействий полигонов и ответных реакций экосистем. При этом при всех условиях единства элементов экосистем необходимо разделять объекты исследований для выработки природоохранных мероприятий.

Полигоны оказывают существенное отрицательное влияние на санитарное состояние прилегающих территорий: образуется значительное количество пыли, сильный гнилостный запах, шум. В теле полигона протекает ряд процессов, вызывающих образование «свалочного газа» и сточных вод, которые ухудшают экологическое состояние региона. При этом наиболее уязвимыми являются подземные воды, а через них поверхностные воды, почвы, грунты, растительность и т.п., которые, как известно, представляют собой элементы биотопа, т.е. главный предмет исследований геоэкологии. Вследствие исключительно интенсивного влияния фильтрата на подземные воды, которые во многом определяют устойчивое развитие биоценозов, и возможность распространения загрязнений от полигонов ТБО возникает необходимость разработки методов обеспечения геоэкологической безопасности полигонов.

В мировой практике решению данной проблемы уделяется значительное внимание, так в Германии разработан комплекс мер по защите грунтового пространства вокруг полигонов, особенно направленных на создание защитных экранов с применением современных геосинтетических материалов и разработке методов очистки сточных вод (фильтрата), высачивающихся из тела полигона. В РФ до последнего времени данной проблематике уделялось недостаточно внимания. В тоже время предотвращение вредного воздействия отходов жизнедеятельности человека на окружающую среду является одним из основополагающих факторов стратегии экологической безопасности РФ. От выбора экологически оптимальной схемы очистки фильтрата зависит нагрузка на существующие вокруг полигона экосистемы, другими словами сооружения по обработке фильтрата являются определяющим фактором, влияющим на существование экосистем вне полигона. Исследование по выбору и разработке новых адекватных окружающей среде схем очистки фильтрата, высачивающегося из тела полигона, является актуальным, затребованным и призвано иметь широкое практическое применение. Все это свидетельствует об актуальности данной проблемы.

Целью данной работы изучение биологических методов очистки фильтрата полигона твердых бытовых отходов, то есть рассмотрение совершенных методов защиты почв и грунтовых вод вокруг полигонов депонирования ТБО в целях обеспечения геоэкологической безопасности.

Достижение указанной цели вызвало необходимость решения следующих задач: изучить условия формирования фильтрата на полигонах ТБО как элементах системы управления обращением с отходами производства и потребления; рассмотреть классификации отходов и видов полигонов их захоронения; оценить применимость и эффективность методов обработки фильтрата, обеспечивающих снижение его негативного воздействия на элементы экосистем; рассмотреть биологические методы очистки полигона твердых бытовых отходов (с химической оксидацией озоном).

1. ЗАХОРОНЕНИЯ ОТХОДОВ НА ПОЛИГОНАХ ТБО

1.1 КЛАССИФИКАЦИЯ ОТХОДОВ И ВИДОВ ПОЛИГОНОВ ИХ ЗАХОРОНЕНИЯ

Объем ТБО в РФ постоянно возрастает, как в абсолютных величинах, так и из расчета на душу населения и в настоящее время исходя из анализа различных литературных источников, объем составляет около 56 млн.т в год [104, 131], из которых до 96% вывозятся на полигоны захоронения отходов. При этом необходимо отметить, что по данным литературных источников эти значения в других промышленно развитых странах гораздо ниже, так в Испании и Канаде на полигоны вывозится 75% отходов, а в Швеции лишь 40% [57]. Из этого следует, что необходима разработка системы переработки и утилизация отходов.

В РФ проблема захоронения отходов становится все более острой из-за большого количества объектов, где складировались отходы, значительного числа старых свалок, больших объемов отходов в абсолютных величинах и зачастую невозможности контроля состава отходов. Такие объемы, а также существенное различие отходов разнообразного происхождения по составу и свойствам требуют разработки системы классифицирования отходов и мест их захоронения.

Предварительно необходимо разделить понятия «полигон и «несанкционированная свалка отходов». Под полигоном депонирования ТБО и ПО понимается сложное инженерное сооружение или система, специально запроектированная для депонирования конкретных видов отходов. Следует заметить, что в проекте нормативного документа ТСН МО «Проектирование, строительство и рекультивация полигонов ТБО» устанавливается, что полигоны ТБО и ПО должны быть отнесены к строительным сооружениям 1-го уровня ответственности в связи с их значительным экологическим и социальным риском. Однако на территории РФ существует огромное количество так называемых «несанкционированных свалок.

В Российской Федерации, как и во многих других развитых странах, разработан классификатор отходов жизнедеятельности человека [85]. Согласно, данного документа отходы, образующиеся в промышленных процессах и в результате деятельности человека, разделены на группы. Эти группы основаны в целом на происхождении отдельного вида отхода, однако, также учитывают его состав, способ образования, агрегатное состояние.

Необходимо отметить, что в классификатор внесены не все виды существующих отходов. Это происходит из-за постоянного образования новых видов отходов, в связи с этим требуется постоянное обновление и дополнение данного документа. С другой стороны из-за постоянно изменяющегося состава отходов они не могут быть точно классифицированы по агрегатному состоянию. Отходы разделяются в классификаторе согласно их происхождению.

Классификационный каталог имеет следующую многоуровневую схему:

Блок -- Группа -- Подгруппа -- Позиция -- Субпозиция

В этой схеме каждый вид отходов имеет свой пятизначный цифровой код, где первая цифра обозначает блок, вторая -- группу, третья -- подгруппу, две последние являются обозначением позиции.

Многие зарубежные и отечественные авторы разрабатывают собственные независимые классификации отходов по происхождению, возможности и виду использования и по агрегатному состоянию [150, 48, 77]. Согласно данным работам отходы по агрегатному состоянию можно разделить на:

- газообразные;

- жидкие (которые возможно разделить на водные и неводные растворы);

- твердые.

Каждый из данных видов отходов можно также подразделить на подгруппы, при этом самыми многообразными по составу и происхождению будут именно жидкие отходы [104].

Большая часть отходов производства и потребления собирается и депонируется на специальных полигонах. Эти полигоны можно подразделить на несколько классов в зависимости от типа отходов попадающих на них:

- отвалы грунта;

- полигоны строительного мусора;

- полигоны твердых бытовых отходов (ТБО);

- полигоны особых отходов;

- полигоны промышленных отходов;

- монополигоны.

Классификация полигонов у различных авторов варьируется, в частности, некоторые авторы выделяют в качестве отдельных типов: сточные воды и отходы образующиеся на месте катастроф [50,152, 40], однако места накопления (складирования) данных видов отходов трудно даже условно назвать полигонами.

Существуют и другие методы классифицирования полигонов [19,50,104], например по конструкции:

- отвалы грунта (открытые полигоны);

- открытые подземные полигоны;

- перекрытые подземные полигоны;

- полигоны на склонах.

Из анализа вышеприведенных классификаций прежде всего следует вывод об экологической опасности полигонов, так среди них наиболее опасными являются полигоны особых отходов, полигоны промышленных отходов; а далее следуют полигоны ТБО и монополигоны.

В современной литературе разработаны классификации полигонов по количеству отводимых сточных вод, где полигоны подразделяют на три типа:

1. Со свободной мощностью (ненасыщенные) -- где образованные сточные воды хранятся в теле полигона, а утечкой из него незначительны.

2. С насыщенным телом полигона - с образованием значительного количества сточных вод, где весь объем фильтрата высачивается из тела полигона и должен быть отведен в месте очистки и захоронения.

3. С перенасыщенным телом полигона - с интенсивным образованием сточных вод больших объемов с высокими концентрациями.

В литературных и нормативных документах вопрос классифицирования отходов и мест их захоронения проработан весьма подробно, при этом отмечается высокая степень экологической опасности данных инженерных систем и необходимость выработки мер по предотвращению эмиссий из тела полигона, а также сбору и отведению выделяющихся из него жидких и газообразных фаз. Для выработки данных мер необходимо изменение и совершенствование существующей системы управления отходами, а также специальные научные (экспериментальные и полевые) исследования по способом обработки фильтрата полигонов ТБО в целях обеспечения их геоэкологической безопасности.

Отходы производства и потребления являются исключительно присущими эпохе техногенеза в человеческой цивилизации, т.к. в предыдущим эпохах отходы человеческой деятельности. В природных экосистемах отходы как таковые не образуются, т.к. они являются элементами тропических цепей. Антропогенные экосистемы, как закрытые экосистемы, требуют удаления из них отходов функционирования. Отходы в данном случае входят в состав биотопов, существенно осложняя их состав и осуществление взаимодействия абиотических факторов, в первую очередь, воздействуя на динамические составляющие: воду и воздух. Осложнение функционирования биотопов формирует геоэкологическую проблему. Другим экологическим аспектом является наличие собственно полигонов ТБО и даже свалок мусора, т.к. они сами по себе являются вновь созданными антропогенными экосистемами с весьма развитым биотопом и почти неизученным биоценозом. Эти экосистемы входят в экосистемы более высокою ранга, и в этом случае геоэкологической проблемой является изучение их влияния на созданную систему.

Таким образом, следует отметить, что система управления отходами направлена на предотвращение их негативного воздействия на окружающую среду, а так же на оптимизацию процессов обращения с отходами с экологической, социальной, экономической и законодательной точек зрения.

Следствием отсутствия эффективной системы управления отходами являются отходы, накопленные на заводских дворах, очистных сооружениях, свалках (в том числе к несанкционированных) и т.д. [104]. При этом необходимо отметить, что высокоразвитые постиндустриальные страны до сих пор ощущают последствия того, что системы управления отходами были разработаны лишь в последнее время. Для РФ эта проблема весьма актуальна ввиду активного увеличения объемов отходов и усложнения их состава, а также отсутствия культуры сбора и разделения отходов у населения.

Как отмечают многие отечественные авторы, существующая в РФ система управления отходами устарела, она не имеет эффективных рычагов управления организациями и фирмами, эксплуатирующими полигоны ТБО и ПО. Последние не заинтересованы во вложении средств в разработку и усовершенствование систем очистки сточных вод свалочного газа, выделяемых полигонов, а также мероприятий по рекультивации и санированию прилегающих территорий [58].

На рис. 1.1 представлена схема, разработанная А.С. Матросовым, показывающая методы системы управления отходами.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.1. Методы системы управления отходами (по А.С. Матросову)

На данной схеме не представлены социальные методы, которые необходимы и являются основными и обязательными. Так во многих странах Европы проводятся специальные образовательные и разъяснительные программы, от выполнения которых зависит успех нововведений в системе управления отходами. В странах ЕС, осуществляются образовательные программы по вторичному использованию и/или утилизации отходов.

Система управления отходами должна включать в себя следующие эффективно функционирующие составляющие подсистемы, являющиеся необходимым и достаточным условием ее надежной и слаженной работы:

- сбора и транспортировки отходов;

- вторичного использования;

- переработки и хранения (депонирования) отходов;

- образования населения в данной области;

- регулирующую финансовые отношения внутри системы управления отходами;

- правовую законодательную базу.

Основой для эффективной работы системы управления отходами является законодательная база, так как многие существующие законодательные акты в данной сфере устарели, что требует внимания специалистов.

Важной составляющей систем управления отходами являются системы управления и контроля за вредными эмиссиями из тела полигонов и других объектов, связанных с обработкой или транспортировкой отходов. Большое внимание уделяется разработке новых методов и методик очистки свалочного газа и фильтрата, выделяющихся из тела полигонов, а также санирования загрязненных территорий [47, 162, 155]. В концепциях уделяется большое значение ведению исследований в сфере очистки сточных вод от мест депонирования отходов и применению современных геосинтетических материалов для обеспечения геоэкологической и экологической безопасности функционирования полигонов [65].

При совершенствовании концепции управления отходами в РФ необходимо использовать зарубежный опыт, в том числе развивать исследования в данной области, формировать системы образования населении в области обращения отходами. Актуально также усиление контроля и регулирования действий предприятий, работающих в данной сфере. Для осуществления этого комплекса задач необходима разработка законодательной базы, регулирующей систему обращения с отходами. Эта правовая база должна быть частью федеральной и региональной природоохранной политики, базирующейся на достижениях современной экологической науки.

1.2 ПРИРОДООХРАННЫЕ И ПРАВОВЫЕ ВОПРОСЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОЛИГОНОВ ТБО И ПО

отходы твердый бытовой очистка

Важнейшей частью системы управления отходами является система управления и контроля за функционированием полигонов ТБО и ПО. При этом в рамках новой политики ЕС по сокращению существующих полигонов и количества, вывозимых на них отходов данный вопрос становится особенно важным [73, 72, 105], т.к. отходы, захораниваемые на полигонах после 2005 года, будут представлять собой золы мусоросжигательных заводов. Эти зоны обладают повышенными по сравнению с обычными отходами концентрациями загрязнений, что требует проработки системы эмиссионной защиты, а также систем сбора и очистки, выделяющихся из тела полигона газа и фильтрата.

Отсюда следует, что правовая проблематика эмиссионной защиты прилегающих к полигонам территорий, нормирование и очистка фильтрата представляются очень важными.

Долгое время в ЕС, и, в частности, в Германии, проводилась несогласованная политика в части обработки сточных вод от полигонов. Фильтрат относился либо к отходам, либо к сточным водам, что привело к отсутствию должных мероприятий по его обработке. Лишь в Федеральном Законе об обращении сточных вод ФРГ [8] записано: «Жидкости собираемые и отводимые от установок по переработке, мест складирования и захоронения отходов так же считаются загрязненными (сточными) водами» [8]. По этому определению фильтрат получил необходимую законодательную основу, согласно которой он должен быть обработан.

Необходимо отметить, что вопросы обработки фильтрата и защиты от него элементов биотопа лежат на стыке различных правовых направлений, а именно: водного законодательства, законодательства регулирующего процессы обращения с отходами, и законодательства в области эмиссионной защиты.

Федеральным правительством Германии в рамках Закона о водном хозяйстве [10] были разработаны предписания, согласованные с минимальными требованиями по обращению со сточными водами от полигонов. Воды, содержащие вещества, соединения или их группы, которые в силу своей ядовитости, продолжительного жизненного цикла, способности к накоплению в организме животного или растения или вызывающие такие смертельно опасные болезни, как рак либо ведущие к наследственным изменениям, причисляются к опасным и должны быть надлежащим образом обработаны.

Фильтрат полигонов ТБО, прошедший обработку, либо напрямую выпускается в водоем, либо сбрасывается в городскую канализационную систему [9,10]. Второй вариант обычно применяется на полигонах находящихся недалеко от черты населенного пункта. Однако существует стремление отодвинуть полигоны захоронения отходов как можно дальше от населенных мест, что делает такой вариант для России в будущем к возможным лишь для санируемых санкционированных свалок.

При прямом выпуске очищенного фильтрата в водоем, должны быть соблюдены нормы по ПДК, а также по техническому состоянию оборудования. При выпуске очищенного фильтрата в систему городской канализации, он должен содержать легко окисляемые биологическими методами соединения, и не нести в себе никаких веществ способных каким-либо образом нарушить работу очистных сооружений. Техническое же состояние есть уровень развития передовых методов, направлений или производственных методик, которые посредством различных мероприятий насколько возможно ограничивают эмиссии в водоемы, без других отрицательных воздействий на окружающую среду [86]. Решающее значение при этом имеет накопленный положительный опыт работы на конкретных полигонах.

Согласно Федеральному Закону об обращения сточных вод (ФРГ) для сброса в водоем должна быть определена опасность или другими словами наносимый ущерб водоему [8]. При сбросе очищенного фильтрата в систему канализации такое определение затруднено, так как требования к сточным водам, принимаемым на городские очистные сооружения, постоянно ужесточаются. Однако, в обоих случаях необходимо также руководствоваться предписаниями законодательных актов в области эмиссионной защиты. Так в законе об эмиссионной защите ФРГ [12] отмечены не только мероприятия по предотвращению попадания загрязняющих веществ, но и запрет на захоронение без обработки отходов, содержащих аэрозоли, способные негативно повлиять на состав воздуха в районе полигона, а также отходы, содержащие вещества, способные негативно повлиять на очистные сооружения, дренажные системы, или системы эмиссионной защиты.

Для регулирования технических вопросов возникающих в сфере управления отходами было разработано Техническое руководство по отходам и Техническое руководство по отходам поселений [6, 7]. Часть «ТА-отходы» (ТА - технические предписания) гласит - «фильтрат от ПТБО является видом отходов, требующим особого наблюдения» [7]. В качестве подзаконного акта юридически поддерживающего Техническое руководство выработано Распоряжение к Постановлению об отходах [11], которое так же в соответствии с Законом об отходах [9] относит фильтрат полигонов ТБО к «отходам, требующим особого наблюдения».

При возведении, эксплуатации и последующем закрытии сооружений по обработке отходов должны учитываться требования следующих правовых норм и документов [65]:

- Закон о водном хозяйстве;

- Федеральный закон о защите окружающей среды;

- Федеральный закон о защите от эмиссий;

- Федеральный закон об отходах;

- Европейская линия правовых документов в данной области [74, 150];

- Правовая документация земли Норд-Рейн Вестфалия «Исследование и оценка отходов»;

- Положение о контроле за надземными полигонами ТБО и ПО;

- Техническое руководство - отходы поселений при планировании полигонов ТБО.

Для сооружений и установок для очистки фильтрата предназначены следующие законодательные документы:

- установки для обработки фильтрата [11];

- предписание к руководству по отходам [125].

Правовые требования при проектировании и строительстве установок и сооружений по очистке фильтрата определяют:

- Право о переносимости окружающей средой;

- Водное право (качество сбрасываемой воды, сбор и транспортировка опасных веществ в воде);

- Право по отходам (депонирование и обработка отходов);

- Право по эмиссионной защите (шумозащита, обработка воздуха, инженерное производство);

- Трудовое право (охрана труда, пожарозащита) [65, 125, 181].

Вышеизложенное приводит к выводу о том, что в ФРГ существует отлаженная система обращения с отходами и фильтратом от полигонов депонирования твердых бытовых и промышленных отходов. При этом данная система имеет серьезную правовую базу, как на федеральном уровне, так и на уровне федеральных земель. Эта база постоянно обновляется вслед за тенденциями в данной сфере. Разработан также ряд норм и мер ответственности в области управления отходами [150].

В РФ законодательство а области отходов, как и вообще система экологического права пока еще формируется, но при этом РФ имеет серьезное преимущество перед многими странами уже прошедшими по этому пути, а именно не совершать тех ошибок, что были сделаны ранее, и при наличии нескольких различных правовых проработок возможен выбор лучших. При пристальном внимании на тенденции по сокращению количества полигонов, и увеличению оборота вторично используемых отходов в РФ может быть разработана концепция, отвечающая уже современным или даже опережающим требованиям в сфере обращения с отходами.

Известно, что в РФ предъявляются жесткие требования к качеству сточных вод, при этом в отличие от зарубежного опыта предельно допустимые концентрации загрязнений разделяются не только для сброса в систему канализации, но для различных видов водоемов принимающих очищенные сточные воды (см. табл. 1.1).

В Российской Федерации основополагающими законодательными документами, определяющими и регламентирующими мероприятия и деятельность в области обращения с отходами, управления отходами являются Федеральные законы «Об охране окружающей среды» и «Об отходах производства и потребления». На рассмотрение и принятие Государственной думой РФ внесен еще ряд законодательных проектов в области управления отходами [1]. Согласно данным законам любая деятельность в области управления отходами на территории РФ подлежит лицензированию. Порядок лицензирования определяет Правительство Российской Федерации.

Таблица 1.1.

Требования по степени обработки сточных вод в РФ

Показатель	Единицы измерения	ПДК для городской канализации	ПДК для водоемов рыбохоз. назначения	ПДК для водоемов культурно-бытового назначения
рН	-	6,5 - 8,5	6,5 - 8,5	6,5 - 8,5
Взв. в-ва	мг/л	500	10,75	10,75
Сульфаты	мг/л	500	100	350
Хлориды	мг/л	350	300	350
Аммоний ион NH4-N	мг/л	2	0,5	2
ХПК	мгО2/л	800	30	30
БПК5	мгО2/л	500	6	3
Нитрат ион NО3-N	мг/л	45	40	45
Нитрит ион NО2-N	мг/л	3,3	0,08	3,3

Вышеназванные законодательные документы определяют не только основные принципы государственной политики в данной области, но и разграничивают полномочия федеральных управляющих органов и соответствующих институций в субъектах Российской Федерации, определяют уровень ответственности за нарушение законодательных норм.

В частности, определен порядок нормирования в области обращения с отходами в целях обеспечения охраны окружающей среды и здоровья человека, уменьшения количества отходов в соответствии с нормативами предельно допустимых вредных воздействий на окружающую среду. Установление данных норм возложено на специально уполномоченные федеральные органы.

В настоящее время вводятся в действие различные нормативные документы в области охраны окружающей среды, в том числе и в области обращения с отходами, среди них «Порядок отнесения отходов к классам опасности», «Порядок определения экологической опасности объектов размещения отходов», «Структура и порядок ведения Федерального классификационного каталога отходов» [104]. Данные документы отражают положительную тенденцию в законодательном обосновании и регулировании данной области. Учет и использование этих нормативных актов наряду со своевременным принятием новых, и требующихся уже сегодня, принятием других дополнительных норм и законов, позволит развить в РФ такую систему регулирования области управления отходами, в которой бы соблюдались в первую очередь права граждан и обеспечивалось бы обращение с отходами наносящее ущерб окружающей среде.

Также подтверждением положительных тенденций в области нормирования и создания законодательной базы для системы управления отходами является разработка специалистами МГСУ методических рекомендаций «Проектирование, строительство, рекультивация полигонов хранения ТБО.

Недостаточной, является работа по образованию населения, а ведь основой нормально функционирующих систем управления отходами является система раздельного сбора мусора, где, как известно определяющую роль играет уровень культуры населения.

В РФ существует жесткая система нормирования качества очищенной воды выпускаемой в водоем. Основываясь на данной системе выраженной в законодательных актах, постановлениях правительства и соответствующих документах и предписаниях, должны разрабатываться новые комбинации методов и методик очистки фильтрата от ПТБО до необходимой степени, а также проводится анализ уже существующих методов, в том числе и зарубежного опыта. Вместе с тем должны проводиться мероприятия и разрабатываться методы по предотвращению вредных воздействий полигонов ТБО на экосистемы регионов и защите почв от фильтрата на стадиях его сбора и транспортирования к очистным сооружениям.

Данный анализ литературы показал, что полигонам ТБО, а в особенности, их эмиссионной опасности уделяется недостаточное внимание. Конкретных публикаций на русском языке по качеству, опасности и методам очистки сточных вод от полигонов ТБО и ПО чрезвычайно мало.

В зарубежной литературе приводится не анализ состояния водных объектов, а анализ воздействия полигонов на качество подземных и поверхностных вод [45, 167, 41, 57, 40, 22]. Это различие показывает разницу в подходах к проблеме и, что пока мы рассматриваем больше следствия, а не причины загрязнения вод и способы устранения этих причин. В последнее время, однако, в исследованиях проводимых на городских свалках и полигонах устанавливается высокая степень загрязнения ими поверхностных и грунтовых вод, а также отмечается необходимость предотвращения высачивания из тела полигонов фильтрата вплоть до строительства специальных очистных сооружений [47, 110].

Отсюда следует вывод о том, что радиоактивным отходам как жидким, так и твердым и методам их обезвреживания в отечественных литературных источниках уделяется большое внимание, в то время как сточные воды полигонов ТБО изучаются слабо, хотя степень их опасности зачастую значительно выше опасности радиоактивных отходов [23, 47, 103, 143]. Иногда степень опасности фильтрата еще выше из-за возможного наличия в захоронении некоторого количества радиоактивных отходов и ураганных концентраций других загрязнений [60, 11]. Такая ситуация типична для РФ, так как многие полигоны устраивались на территориях старых несанкционированных свалок, где отсутствуют данные по составу отходов, собранные ранее, их количеству и мощности [157, 124, 56].

С другой стороны при анализе качества подземных и поверхностных вод необходимо указывать не только следствия, но и причины загрязнения водных объектов. В настоящее время появляются публикации, включающие анализ причин, однако, лишь в немногих из них указывается, что причиной могут являться полигоны захоронения отходов или места несанкционированного складирования отходов [35, 38, 154]. При этом возникает проблема долгосрочного прогнозирования влияния такого рода объектов на окружающую среду, а также решение проблем санирования уже загрязненных территорий и предотвращение эмиссий из тела полигона. Одним из важнейших вопросов при этом является разработка новых современных методов сбора и обработки сточных вод высачивающихся из тела полигона.

Выполненный анализ проблематики захоронения отходов на полигонах ТБО, включая нормативно-правовые аспекты, показывает, что решение, возникающих задач при обращении с отходами весьма актуально и требует не только инженерной, законодательной, управленческой проработки, но и, постановки научных исследований в области геоэкологии и общей экологии. Геоэкологическая безопасность полигонов ТБО, как элементов биотопов антропогенных экосистем должна обеспечить общую экологическую безопасность, как отдельных экосистем, так и на их базе биосферы в целом.

2. МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД КАК ЭЛЕМЕНТА БИОТОПА ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОЛИГОНОВ ТБО

2.1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ ФИЛЬТРАТА

Как известно, фильтрат полигонов ТБО обладает сложным составом, меняющимся по фазам жизненного цикла полигона. Поэтому решение актуальной проблемы очистки фильтрата является весьма сложной задачей. Установлено, что при проектировании очистных сооружений для фильтрата невозможно опираться на средние значения концентраций загрязнений, так как разрыв между максимальными и минимальными значениями чрезвычайно велик. Поэтому для каждого полигона на данном этапе необходимо проведение собственных исследований, а также индивидуальный подход и расчет очистных сооружений. С другой стороны из-за высокой степени разбавления грунтовыми водами, фильтраты высачивающиеся из полигонов ТБО на территории РФ, обладают меньшими концентрациями загрязняющих веществ [56], то есть менее нагружены по сравнению с зарубежными аналогами, однако это приводит к большим объемам фильтрата, что также требует решения при проектировании систем очистки сточных вод полигонов ТБО.

По сложившейся системе классифицирования методов очистки других производственных сточных вод, все методы обработки фильтрата подразделяются на четыре основных группы:

- биологические методы, обычно применяемые в совокупности или в комбинации с другими методами очистки, например, окислением и адсорбцией;

- химические методы, представляющие собой обычно методы оксидации;

- физико-химические методы, использующие различные химические и физические свойства веществ, содержащихся в фильтрате, для их изъятия, требуют комбинация с предварительными и последующими методами очистки;

- физические методы.

Согласно литературным источникам все методы обработки фильтрата подразделяются на [25]:

- методы химического или биологического воздействия на вещества, содержащиеся в фильтрате: биологические методы, химическая оксидация с применением озона, термическое окисление (сжигание);

- физическое разделение веществ, содержащихся в фильтрате: обратный осмос/нанофильтрация, выпаривание/сушка, абсорбция на активном угле, выделение азота.

В отечественных литературных источниках уделяется недостаточное внимание проблематике очистки фильтрата полигонов. Наблюдается, однако, тенденция постепенного роста интереса к проблематике, способам и методам очистки сточных вод от полигонов депонирования ТБО [16, 130].

В зарубежных источниках проводится ряд исследований существующих методов обработка фильтрата. Их следует разделять на три группы: исследование физических методов в особенности обратного осмоса в схемах обработки фильтрата, исследования биологических методов, новые методы обработки сточных вод данного типа.

Во многих работах отмечается необходимость применения совокупности биологических и физических методов при обработке фильтрата [42, 159, 147, Современные методы и заявки на патенты описывают комбинированные способы. Примером такого способа может служить метод использования биологического реактора с включенной в него мембраной, предложенный французским исследователем V. Levy [112]. Также существуют предложения по многоступенчатой очистке, как, например, описанный в заявке на патент U. Zietz метод трехступенчатой обработки сточных вод высачивающихся из тела полигона ТБО [112]:

- первая ступень: коагуляция для выделения коллоидных комплексообразющихся соединений гуминовых и фульвокислот;

- вторая ступень: адсорбция для удаления адсорбируемых органических галогенов (АОХ);

- третья ступень: отдувка воздухом или паром для удаления соединений аммонийного азота.

Примером метода обработки фильтрата разработанного в РФ, служит заявка на патент [130]. Способ заключается в смешении СВ с пылевидным коксом и последующей гальванокоагуляцией с электросепарацией со смешением на выходе католита и анолита и отделением тонкодисперсного осадка. Анализ основных методов используемых для обработки фильтрата, их преимуществ и недостатков представлен в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

Аналитическое обобщение преимуществ и недостатков основных методов очистки фильтрата

Название метода, комбинирование	Преимущества	Недостатки
1	2	3
Физико-химические методы
Фильтр с загрузкой из АУ может быть применен в комбинации с предваритель-ными флокуляцией, механи-ческой фильтрацией, обрат-ным осмосом, биологичес-кой ступенью очистки; по-следующими обратным ос-мосом, биологическая сту-пень очистки и некоторые другие	- высокая степень очистки; - низкие затраты энергии; - возможность регенерации АУ; - гибкость метода; - отсутствие отходов; - селективная адсорбция опасных соединений; - при термической обработке достигается удаление части органических загрязнителей	- неэнергетические экономии-ческие показатели; - транспортировка АУ на регенерацию
Использование пульпы АУ комбинирование метода ана-логично предыдущему	- высокая степень очистки; - низкие затраты энергии; - гибкость метода; - осадок может быть обработан методом сжигания; - селективная адсорбция опасных соединений	- количество осадка напрямую зависит от количества АУ; - наличие осадка и необхо-димость его обработки; - добавление в случае необхо-димости флокулянтов
Обратный осмос комбинация с предварительными механи-ческой фильтрацией, биоло-гической ступенью выпари-ванием; последующими сжи-ганием, биологической сту-пенью, обработкой АУ, выпариванием	- высокая степень очистки по ХПК и БПК; - обессоливание (опреснение) фильтрата; - низкая токсичность пермеата	- понижение рН; - высокие энергозатраты; - высокие экономические затраты (в том числе на замену мембран); - небольшой жизненный цикл мембран
Ультрафильтрация, включение в схему очистки принципиально схоже с методом обратного осмоса	- изъятие суспензий; - 100% поддержка биомассы; - нечувствительность к избыточному илу; - повышенная концентрация биомассы; - экономия пространства	- низкая степень очистки; - высокие затраты энергии
Физические методы
Сжигание; до сжигания могут быть применены ультрафильтрация, выпари-вание, механическая филь-трация и практически все др. методы	Пока метод при очистке фильтратов не используется
Выпаривание, используется в комбинации с предва-рительными ультрафиль-трацией, обратным осмосом, механической фильтрацией, биологической ступенью и последующими обработкой АУ, обратным осмосом, биологической ступенью, использование выпаривания как первой ступени неэф-фективно	- практически полное опрес-нение; - может быть применен для высокозагрязненных фильтратов, где не могут быть не исполь-зованы др. методы; - возможно применение как конечной фазы (концентрат от обратного осмоса)	- коррозия; - очень высокие затраты энергии; - необходимость обучения персонала; - экономический фактор; - высокие требования к персоналу и техническому снащению; - низкое снижение аммония (10-30%); - повышение рН и т.д.
Биологические аэробные методы применяются с предварительными флокуляцией, обработкой АУ, мембранным методом и т.д.; последующими механической фильтрацией, флокуляцией, обработкой АУ, обратным осмосом и др.
Во взвешенном слое
Непрерывный метод	- снижение БПК5 - 99% NH4 - 99,9%; - экономичность; - низкие затраты энергии; - возможность использования в комбинации с физико-химическими методами	- осадок, требующий обра-ботки; - вероятное осаждение извести
Периодического действия	- снижение БПК5 - 99% NH4 - 99,9%; - экономичность; - низкие затраты энергии; - обогощение организмов спе-циальными энзимами для снижения галогенизированных углеводородов	- низкое снижение АОХ (10-50%); - наличие известкового осадка
Обработка на окситенках	- снижение БПК5 - 98% NH4 - 99%; - экономичность; - очень низкие затраты энергии; - удобен как ступень пред-шествующая обратному осмосу из-за снижения содержания карбоната кальция	- снижение ХПК (30-60%); - АОХ 10-50%; - требует наличия относи-тельно больших территорий; - возможно изменение рН
С прикрепленной микрофлорой
Капельные	- отсутствие необходимости принудительной аэрации; - низкие затраты энергии; - потребность в небольшом кол-ве микрофлоры; - может быть использована как ступень предочистки; - высокая нитрифицирующая способность; - низкие затраты на техническое обслуживание	- высокие инвестиционные затраты; - опасность блокировки установки; - высокая зависимость от температурного фактора; - необходимость устройства выравнивающего резервуара
Растительная очистная уста-новка	- метод близкий к способам очистки в природе; - понижение проводящей способности и как следствие возможность применения как ступени доочистки	- установка требует тщатель-ного ухода; - невысокая степень очистки при высоком росте растений; - высокая чувствительность растений к загрязняющим ве-ществам; - возможность так называемой блокировки сооружения
Анаэробные методы
Анаэробные реакторы	- отсутствие затрат на аэрацию; - небольшое кол-во избыточного АИ	Метод недостаточно исследо-ван для обозначения даль-нейших преимуществ и недостатков его применения при очистке фильтрата
Циркуляция фильтрата	- пониженные затраты; - относительно безопасный ме-тод; - снижение БПК и ХПК	- может быть использован лишь как метод предочистки; - требование больших площа-дей; - ограничение по времени использования (лишь для молодых полигонов)
Химические методы могут быть применены в комбинации с предварительной ступенью адсорбции, биологической ступенью, обратным осмосом, последующем сжиганием и редко при соответствующем обосновании биологической ступенью либо обратным осмосом
Окисление пероксидом водо-рода	- простота метода; - защищенность производства; - отсутствие отходов	- возможная низкая эффек-тивность метода; - в некоторых схемах высокие затраты энергии
Окисление (оксидация) озо-ном	- высокая степень очистки; - отсутствие отходов	- высокие затраты энергии; - необходима защита произ-водства; - подвержен влиянию техни-ческих отклонений; - низкая гибкость процесса

Из таблицы 2.1. следует вывод о том, каждый метод обработки эффективнее применять в комбинации с другими способами для достижения наибольшей степени очистки, и надежности процесса, то есть, необходима разработка принципов комплексирования методов обработки фильтратов.

Ряд авторов рассматривают комбинированные схемы обработки фильтратов. Среди данных схем наиболее эффективными и используемыми являются схемы представленные на рис. 2.1.



а) энергия

ИАИ

фильтрат

регенерация

б)

возврещение обработка

концентрат

фильтрат осветленный фильтра

в)

азотные а) б) осадок

св

фильтрат осветленный

фильтрат

Рис. 2.1. Схемы обработки фильтрата без примесей (а) и с применением мембранной фильтрации (б,в)

Схема а имеет серьезный недостаток - в процессе обработки эффект выделения тяжелых металлов мал, что делает необходимой дополнительную ступень очистки при сбросе очищенных сточных вод (ОСВ) в водоем, либо делает необходимым фильтрование для последующего сброса в систему городской канализации.

Поэтому для очистки фильтрата при сбросе его в природные водоемы была предложена многоступенчатая схема, состоящая из блока биореактора (процесс нитрификации-денитрификации с ультрафильтрационным разделением иловой смеси), блока биологической доочистки и нанофильтрации и блока окисления концентрата. Эффект очистки по БПК, ХПК и азоту 98-99%, по тяжелым металлам 79-98% [164].

Необходимо особо отметить метод обратного осмоса, по глубине очистки он является одним из самых эффективных, что объясняет его широкое использование на очистных сооружениях полигонов ТБО и ПО в Европе. Так многие авторы отмечают высокий эффект очистки при использовании данного метода в схеме обработки фильтрата [63]. Также следует вывод -- о целесооборазности применения обратного осмоса в комбинации с другими, в том числе биологическими методами [165, 113, 126]. При применении его в совокупности с другими методами обработки удается достичь очищенной воды со свойствами и составом дистиллята, что редкость для полигонов Западной и Центральной Европы. Такие полигоны вынуждены проводить дальнейшее насыщение очищенных сточных вод (ОСВ) в специальных прудах необходимыми составляющими для жизнедеятельности организмов.

Среди вышеперечисленных недостатков данного метода главную роль играют экономические факторы, а значит высокие эксплуатационные расходы. Исходя из нынешней экономической ситуации сложившейся в РФ, проектирование и эксплуатация данных установок была бы не только нелогичной, но и лишенной смысла, т.к. многие полигоны из-за отсутствия денежных средств просто не смогут эксплуатировать их. С другой стороны, при разработке методов или комплексов, призванных предотвратить отрицательное влияние фильтрата на главные абиотические факторы и тем самым на биотоп необходимо стремиться к рациональной совокупности экономической и природоохранной составляющих, при несомненном главенстве последней.

Существуют способы и исследования, касающиеся других, менее распространенных (за исключением методов биологической очистки) методов обработки сточных вод высачивающихся из тел полигонов ТБО. Одним из таких методов является электрохимический метод, который показывает высокий эффект очистки по хлорорганическим составляющим, однако метод эффективен лишь для биологически неокисляемых компонент, содержащихся в сточных водах и требует комбинирования с другими способами очистки для достижения необходимой степени очистки.

Для обеззараживания фильтратов полигонов ТБО применяется обработка озоном или ультрафиолетовыми лучами.

Существуют и другие методы обработки сточных вод: мокрохимическое окисление в циркуляционном реакторе и УФ-реакторе для фотолиза в присутствии оксалата Fe (III).

Широко распространенными методами в системах очистки фильтратов полигонов депонирования ТБО являются биологические методы. Схема состоит из четырех процессов/блоков -- денитрификация, метаногенез, снижение содержания сульфатов, аэробное разложение, при этом любой один блок кроме денитрификации может быть исключен из процесса очистки [164]. Биологические методы достигают эффекта очистки до 98% при применении их в схеме с другими способами обработки сточных вод [147].

Таким образом, биологические методы очистки фильтрата являются не только экономичными, но и при применении их в комплексе с другими методами показывают высокую степень очистки сточных вод при выпуске их в водоем. Особенно эффективными данные методы являются при очистке фильтратов с высоким показателем БПК5 и NH. В случае, когда фильтрат полигонов ТБО сильно нагружен азотосодержащими соединениями. Биологические методы и установки также получили широкое применение в системах обработки фильтратов полигонов депонирования ТБО и ПО в постиндустриальных странах. Биологические методы весьма разнообразны, что делает их весьма гибкими, хотя они более подвержены влиянию различных факторов (температура, наличие токсичных составляющих) [25, 86, 145] Эта зависимость вытекает из самой основы метода, в котором для очистки сточных вод применяются микроорганизмы.

Анализ различных источников позволил сделать вывод об актуальности и необходимости разработки принципов комплексирования методов очистки фильтрата с применением геосинтетических материалов, как конструкционного компонента в создании систем биологической очистки сточных вод полигонов депонирования ТБО и ПО, а также новых методов и систем биологической и комбинированной очистки фильтрата высачивающихся из тела полигонов.

2.2 ВЫБОР ЭКОЛОГИЧЕСКИ НАДЕЖНОЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ ОПТИМАЛЬНОЙ, СХЕМЫ ОБРАБОТКИ ФИЛЬТРАТА (НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ФИЛЬТРАТА)

Фильтрат, высачивающийся из тела полигона депонирования ТБО и ПО, обладает весьма высокой загрязненностью и сложным, изменяющимся во времени составом. В связи с этим для предотвращения негативного влияния на элементы экосистем требуется устройство на полигонах надежных систем сбора, отведения и обработки сточных вод, т.е. систем очистки фильтрата. При этом полигоны депонирования ТБО и сточные воды от них следует рассматривать не только как фактор воздействия на окружающую среду, но и как форму взаимодействия с окружающей средой, т.к. практически вредных эмиссий из тела свалок полностью избежать не удается.

Кроме того, специфика сбора и транспортировки отходов в РФ определяет, что сточные воды полигонов отличаются высокими значениями БПК и ХПК, несмотря на сравнительно большую степень разбавления грунтовыми водами в виду отсутствия защитных экранов основания полигонов (в десятки раз, точнее это пока определить чрезвычайно сложно).

Основной задачей при выборе способа обработки фильтрата является выбор совместимых компонентов комплекса, которые имеют ряд преимуществ и недостатков. Таким образом, для создания эффективно функционирующего инженерного комплекса очистных сооружений, необходим подбор таких компонент этой системы, что при последовательном включении их в данный комплекс создают эффект минимизации количества совокупных недостатков. Другими словами если метод биологической очистке при ряде несомненных преимуществ имеет низкий эффект очистки по общему ХПК (по разным источникам З0-60%), то, следовательно, он должен быть комплексирован с другими высокоэффективными по этому параметру методами, в данном случае это могут быть обратный осмос (либо другой мембранный метод) или окисление.

Как уже было отмечено, что в отечественной практике рекомендуется применение комплексов методов, однако вначале необходимо оценить эффективность этих методов, применяемых в зарубежной практике на одноступенчатых сооружениях или двух ступенчатых сооружениях с одним видом обработки. Такими способами для сточных вод полигонов твердых бытовых отходов являются:

Обратный осмос - весьма эффективный способ обработки, часто используется в одноступенчатых схемах обработки фильтратов полигонов. Данный способ очистки показывает себя как весьма эффективный особенно в случае применения двух ступеней обратного осмоса. Эффективность использования этого метода показывает степень обработки сточных вод ХПК -- 99,45%, БПК - 99,9% при двухступенчатой схеме и ХПК - 86,05%, БПК - 80,95% при одноступенчатой схеме данные взяты по полигону до включения в систему ступени предварительной биологической обработки. Существенным недостатком данного метода наряду с высокими затратами является абсолютная экологическая опасность концентрата, который должен после, специальной обработки депонироваться на специально предназначенных для него полигонах. В этом состоит принципиальное отличие данного метода с экологической точки зрения от. биологических методов, избыточно активный ил либо биопленка, от которых может быть в отдельных случаях (фильтрат полигонов с высоким содержанием органической фазы, либо полигонов депонирования сравнимых с бытовыми видов отходов) компостирована, с последующим использованием компоста в качестве удобрения и, таким образом включена в оборот веществ в глобальной экосистеме. При включении в схему биологической ступени и обратного осмоса данный недостаток частично снимается.