Пермский Государственный технический университет, Россия
Одним из значительных источников загрязнения водных объектов являются свалки, на которых в результате инфильтрации атмосферных осадков образуются фильтрационные сточные воды (далее – фильтрат).
Фильтрат, содержит целый ряд органических и неорганических, токсичных химических соединений в концентрациях, превышающих в десятки и сотни раз их установленные предельно-допустимые значения (ПДК). Образование фильтрата на свалках является основным фактором их негативного воздействия на окружающую природную среду. Проведенные предварительные исследования показали существование потенциальной опасности миграции загрязняющих веществ с фильтратом свалки на протяжении сотен лет.
Целью работы являлась разработка комплексной технологии очистки фильтрата, обеспечивающая снижение их негативного воздействия на объекты гидросферы. Объектом исследования являлась свалка твёрдых бытовых отходов г. Чусового.
Свалка ТБО г. Чусового находится на расстоянии 3 км от городской черты и занимает площадь 10 га. Полигон эксплуатируется уже более ста лет, ежегодно на него поступает 45 тыс. т твердых отходов, которые включают твердые бытовые отходы городского коммунального хозяйства, часть твердых отходов Чусовского металлургического завода, домостроительных комбинатов. Нет сведений о гидрогеологических условиях площадки размещения отходов.
На полигоне отсутствуют специальные природоохранные сооружения: гидроизолирующий экран, система дренажно-сбросной сети для сбора и утилизации фильтрата, не применяется простой метод пересыпки слоев ТБО землей, что способствовало бы ускорению процессов биодеструкции отходов, отсутствует система экологического мониторинга. В связи с несовершенной системой эксплуатации полигона фильтрат скапливается в естественных понижениях рельефа местности, образуя водоемы - отстойники с характерным неприятным запахом. На прилегающей к свалке территории образовано 2 мелких и 3 крупных водоема с общей площадью зеркала более 2 га. Их берега покрыты в основном травянистой и кустарниковой растительностью, способной выживать в неблагоприятных экологических условиях – мятлик луговой, лютик едкий, ситник членистый, козья ива и др.
Проведённое исследование показало, что условия эксплуатации полигона делают его опасным для состояния окружающей среды и здоровья населения на прилегающей территории. Наиболее экологически опасен фильтрат, т.к. он является источником загрязнения поверхностных и грунтовых сточных вод.
Объём фильтрата свалки ТБО, накапливаемого за год, рассчитанный по формуле, предложенной Н. Ф. Абрамовым составляет 18,35 тыс. м3.
С целью определения химического состава и органолептических свойств сточных вод были намечены точки отбора и отобраны представительные пробы из двух водоемов: одна - из более крупного и глубокого водоема (водоем 1), вторая – из водоема, наиболее удаленного от территории свалки (водоем 2).
Исследование физико-химических свойств отобранных проб проводили в лаборатории кафедры ООС ПГТУ. Исследования показали, что фильтрационные воды имеют слабокислую реакцию среды, величина pH составляет 6,0-6,3. Пороговое разбавление по цвету в водах первого водоема составляет 1:5400, второго – 1:250. Исходная цветность сточных вод, определенная по шкале цветности, составляет 1500 и 800 соответственно для 1-го и 2-го источника.
Цветность фильтрационных вод обусловлена содержанием в них гуминовых веществ и продуктов их взаимодействия с компонентами сточных вод (ионы тяжелых металлов, ПАВ, высокомолекулярные органические соединения).
Пороговое разбавление по запаху составило 1: 6561000 и 1:926297 соответственно для первой и второй проб. Вода первого водоема обладала характерным запахом нефтепродуктов.
Содержание органических веществ в фильтрате определяли по величине ХПК (мгО2/л). Величина ХПК первого водоема в 4,7 раз выше, чем во втором, и составляет 989 мгО2/л. В анализируемых водах содержится незначительное количество хлоридов. Определение БПКполн показало, что в воде присутствуют биорезистентные примеси. Низкое содержание нитритов и нитратов в пробах свидетельствует о торможении биохимических процессов в естественных условиях.
Результаты исследования качества воды свидетельствуют о сильном загрязнении обследованных водоемов, в частности, содержание фосфат - ионов превышает нормативные показатели более чем в 100 раз.
Проведенные исследования показали, что сложившаяся естественным путём система очистки фильтрата недостаточна, для очистки воды до норм ПДК требуется разработка технологической схемы очистки фильтрата.
Проведенные исследования позволили разработать технологическую схему очистки фильтрата полигона ТБО г. Чусового, включающую стадию биосорбционной очистки и доочистку воды до требуемых показателей в биологических прудах.
Учитывая климатические условия Западного Урала, а также количество и качество образующегося в течение года фильтрата, технология рассчитана на эксплуатацию в теплый период года, при положительных суточных температурах воздуха (апрель-сентябрь).
В технологии очистки предусмотрен сбор и отведение фильтрата. Для сбора фильтрата устраивается дренажная система. У верхней подошвы каждой дамбы полигона устраивается траншея 0,5×0,5 м, заполненная щебнем. Фильтрат из траншеи собирается через специальные раструбы в дренажный коллектор, выполненный из железобетонной трубы диаметром 450 мм, и затем поступает в приемный резервуар, выполняющий функцию усреднителя – накопителя, и работающий круглогодично. Рекомендуемая глубина накопителя – не менее 3 м. Намеренно для пруда-накопителя дополнительная аэрация не предусмотрена, поэтому большая глубина способствует формированию двух зон – нижней анаэробной и верхней аэробной.
По мере накопления фильтрата, параллельно протекающие процессы аэробного и анаэробного окисления, стабилизируют состав воды, усредняют его, что обеспечивает последующую бесперебойную работу биологических очистных сооружений. Необходимость этапа подготовки фильтрата к очистке за счет усреднения состава и отстаивания связана с предотвращением поступления разных по количеству и качеству сточных вод, что создает шоковую ситуацию для живых организмов и тормозит процессы деструкции органических загрязнений.
После усреднения фильтрат подаётся на биосорбционный фильтр. В технологии предусматривается работа двух фильтров. По мере исчерпания сорбционной и биосорбционной емкости фильтра поток очищаемой воды подается на второй фильтр. При этом загрузка первого фильтра подвергается регенерации. Исследования показали, что используемые сорбционные материалы (шлак, сорбент-Н) способны к саморегенерации за счет процессов биохимического окисления сорбированных веществ, протекающих в течение 30-40 дней.
После предварительной очистки в биосорбционном фильтре очищаемая вода поступает в пруды.
Биологические пруды в соответствии со СНиП 2.04.038-85 устраиваются на нефильтрующих и слабофильтрующих грунтах. При неблагоприятных в фильтрационном отношении грунтах следует осуществлять противофильтрационные мероприятия. Дно всех прудов экранируется слоем глины толщиной 15 - 20 см для предотвращения фильтрации стоков в подземные воды. Пруды оборудуются байпасными каналами и шиберами для возможности отключения каждого пруда для технического обслуживания прудов (очистка пруда, посадка растений). Вокруг каждого пруда отсыпается дорога для свободного проезда техники. Каждый пруд должен иметь обваловку для предотвращения попадания осадков в пруды, размыва посадок и нарушения режима очистки. Общая высота борта прудов 2 - 2,5 м (от дна прудов). Во всех прудах предусматриваются рассеивающие водовыпуск и водовпуск для обеспечения движения воды по всему сечению пруда.
На основании проведенных исследований доочистка фильтрата осуществляется в двухступенчатых биологических прудах, каждый из которых выполняет свою роль в процессах минерализации органических веществ очищаемых вод. Первый пруд – альгобактериальный. Главное его назначение – деструкция органических загрязнений с помощью сапрофитных бактерий, утилизация биогенных элементов с помощью комплекса микроводорослей и обеззараживание фильтрата за счет формирования пищевых цепей, в которых происходит уничтожение патогенных бактерий. Дополнительная аэрация в нем не предусмотрена, т.к. достаточное количество кислорода обеспечивается за счет фотосинтетической деятельности микроскопических водорослей. Функционирование первого пруда начинается с наступлением вегетационного периода. Для ускорения процесса запуска пруда в него вносят адаптированный комплекс микроводорослей (АКМ), включающий водоросли различных систематических групп.
Из альгобактериального пруда стоки поступают в смешанный пруд, где с помощью зоопланктона и высшей водной растительности происходит дальнейшая минерализация органических веществ. В смешанных прудах, в соответствии с данными экспериментальных исследований присутствуют представители следующих классов простейших: инфузории, черви, коловратки и рекомендованные для посадки высшие водные растения: частуха подорожниковая Alisma plantago-aquatica, рогоз широколистный Typha latifolia. После смешанного пруда очищенные воды могут направляться в открытый водоем.
Достоинством предлагаемой технологии является возможность ее применения для очистки фильтрата полигонов ТБО малых населенных пунктов, для полигонов на стадии рекультивации и постэксплуатации, так как участие человека здесь сводится к минимуму – осуществить момент запуска биосорбционных фильтров и прудов, после чего система работает самостоятельно.
Положенные в основу разработанной технологии биотехнологические принципы позволяют не только уменьшить эмиссию загрязняющих веществ от полигонов ТБО за счет использования сил природного процесса самоочищения, но и предотвратить их поступление на заключительном этапе жизненного цикла полигона, на этапе ассимиляции отходов с окружающей средой, протекающего без участия в этом процессе человека.
Источник: Экология окружающей среды стран СНГ. |
