Спосіб комплексного очищення фільтратів звалищ твердих побутових відходів

Спосіб комплексного очищення фільтратів звалищ твердих побутових відходів, який оснований на тому, що для глибокого очищення фільтрату до нього додають твердий каталізатор (сульфати, нітрати або хлориди заліза і, переважно, сульфат заліза двовалентного) у кількості 0,051,00 % від об'єму вихідного фільтрату та окиснювач - озон, перекис водню і, переважно, кисень повітря, які подають або при перемішуванні у кількості 0,5-3,0 % від об'єму вихідного фільтрату (пе U 2 (19) 1 3 55938 4 В загальному випадку, для очищення фільтрафіолетовим опроміненням. Більш глибоке очитів застосовують фізико-хімічні та біологічні метощення проходить у варіанті, коли перед УФди або їх комбінацію. опроміненням стоки змішують з повітрям, збагачеСеред фізико-хімічних методів найбільш поним озоном. І хоча цей спосіб передбачає також ширені реагентні методи очищення, які передбастадію сорбційного очищення активованим вугілчають обробку фільтрату хімічними речовинами з лям і стадію фільтрації, він не дозволяє повністю коагулюючими або флокулюючими властивостями очистити стоки від органічних забруднень і малоз метою висадження в осад різного роду забрудефективний по відношенню до розчинних неорганень. Як правило ці методи потребують значних нічних речовин. витрат реагентів, не дозволяють очистити фільтВ патенті США [5] запропоновано спосіб очират до необхідного рівня, а їх застосування доціщення сильнозабруднених стоків шляхом послідольне лише у поєднанні з іншими підходами. Біоловного застосування озонування, магнітного поля і гічні методи не завжди придатні до використання УФ-опромінення. Проте, відсутність стадії біологічїх для фільтрату або знаходять застосування у ного очищення і слабка інтенсивність УФпоєднанні зі стадіями попередньої фільтрації, деопромінення робить неприйнятним цей підхід для нітрифікації і нітрифікації, доочищення методами очищення фільтратів звалищ ТПВ. ультрафільтрації і адсорбції на активованих вугілВ патенті Росії [6] запропонований спосіб очилях. щення висококонцентрованих стічних вод, наприОстаннім часом набула поширення аеробна клад, фільтрату полігонів твердих побутових відтехнологія, яка дозволяє суттєво знизити величиходів. Технологія передбачає наступні основні ни біологічного та хімічного споживання кисню стадії: відгонку аміаку, коригування величини рН, (БСК і ХСК відповідно), вміст деяких солей та меелектрокоагуляцію і електрофлотацію, фільтруталів, але яка потребує безперервного підводу вання з одночасним повторним коригуванням ветепла до аеротенків. Крім цього, для створення личини рН, ультрафіолетову обробку і біоочистку з оптимальних умов розвитку мікрофлори необхідно наступним доочищенням у біоставках. чітко слідкувати за величиною рН і наявністю поВ патенті Росії [7] запропоновано спосіб очиживного середовища. Існує низка інших, більш щення дренажних вод полігонів твердих побутових екзотичних підходів до проблеми очищення фільтвод (ТПВ), який передбачає попередню підготовку рату, які через необхідність високих капіталовклафільтрату з наступним мембранним доочищенням. день та високої собівартості очищеного продукту Стадія попередньої підготовки передбачає електне знайшли широкого застосування. Виключенням рохімічне очищення в електролізері. В одержаній є мембранні методи. Технічний прорив у виготовсуспензії на пресфільтрі відділяють зважені частки ленні мембранних матеріалів значно здешевив ці і осад. Освітлену воду після фільтрації на напірних методи, знизив енерговитрати і витрати на експіщаних фільтрах і тонкій фільтрації на патронних плуатацію, що при відмінних результатах очищенфільтрах подають для глибокого очищення і зненя зробило мембранні технології конкурентоспросолення на двохступеневу мембранну електроосможними. Хоча з оглядом на практичні об'єми мотичну установку. фільтрату ці технології залишаються досить заСпосіб очищення стічних вод міських звалищ тратними, а зменшення експлуатаційних витрат твердих побутових відходів [8] включає вапнуванможливо через створення оптимальних умов мемня та наступну баромембранну обробку. Як розбранним методам, наприклад, коли їм передувачинник для приготування вапняного молока викотимуть реагентні методи очищення. ристовують концентрат, що утворюється в процесі Відомий спосіб окисної деструкції органічних баромембранної обробки, а вапнування здійснюречовин [1, 2]. Цей підхід досить успішно викорисють при значеннях рН середовища не менше 11. товують для обробки промислових стоків, а основВикористання даного способу забезпечує ступінь ним результатом є радикальне зменшення органіочищення стічних вод на рівні (91,5-93,5) %, підчних речовин. Вміст неорганічних речовин вищення продуктивності баромембранного роздізменшується лише частково, тому для високомілення до (4,5-4,8) мкм/с та утилізацію екологічно нералізованих стоків, до яких у своїй більшості небезпечного концентрату баромембранної обровідноситься фільтрат, потрібне допоміжне очибки. щення. Найбільш близьким до пропонованої корисної Відомі інші способи і пристрої очищення сильмоделі за досягненням кінцевого результату є но забруднених стоків. В німецькому патенті [3] спосіб, викладений в роботі [9]. Відповідно до роззапропонована багатостадійна схема, яка передробленої авторами технологічної схеми фільтрат бачає стадії флотації, подрібнення та розчинення поступає в змішувач, куди подається вапняне монизки компонентів з наступними стадіями окисненлоко до досягнення величини рН в інтервалі 11-12 ня або відновлення. І хоча ця технологія дозволяє і 9,5-10,5, якщо в процесі очищення додатково знизити величину ХСК і зменшити концентрацію використовується FeSO4, а також концентрат після солей і колоїдних часток, проте досягти за її допонанофільтрації. Утворена суспензія поступає у могою бажаного результату не вдається. Крім товертикальний відстійник для відділеня утвореної го, стадія окиснення чи відновлення потребує підтвердої фази. Освітлена вода подається в дегазавищених температур. тор і барботується повітря. При цьому крупка карНе забезпечує необхідного очищення і спосіб, бонату кальцію випадає в осад, а частина аміаку який викладено у патенті США [4], де запропонопереходить в газову фазу і відводиться в резервувано обробляти стоки перекисом водню в присутар з сірчаною кислотою. Зменшення величини рН ності каталізатора з наступною обробкою ультрадо 8,0-8,5 і концентрації Са2+ забезпечується шля 5 55938 6 хом обробки вуглекислим газом стічної води, яку у водойми культурно-побутового і рибогосподардля повноти освітлення подають на напірний меського водокористування, а також орієнтуючись на ханічний фільтр, потім в мікрофільтр і нанофільтнеобхідність створення замкненого технологічного раційний апарат, а далі на демінералізацію в апациклу «полігон-фільтрат-осад-полігон» пропонурат зворотного осмосу. Відходи реагентного ється спосіб комплексного очищення фільтрату, способу очищення обпалюють в спеціальній печі з який включає попереднє каталітичнометою одержання оксиду кальцію для повторного окиснювальне глибоке очищення фільтрату, його його використання в технологічному процесі очидоочищення мембранними методами і через біопщення фільтрату і повної деструкції шкідливих лато скид у довкілля. Спосіб включає також виріорганічних речовин, які випали в осад. Відходи, які шення проблеми осаду, який утворюється на різодержуються на різних стадіях очищення фільтраних стадіях очищення фільтрату. ту, утилізують наступним чином: концентрат після Пропонуємо спосіб комплексного очищення нанофільтрації подають на стадію реагентного фільтратів звалищ твердих побутових відходів, очищення; концентрат після стадії зворотного осякий оснований на тому, що для глибокого очимосу підлягає упарюванню; шлами стадії реагентщення фільтрату до нього додають твердий катаного очищення піддають термообробці з метою лізатор (сульфати, нітрати або хлориди заліза і, одержання СаО і СО2. Газову фазу, яка містить переважно, сульфат заліза двовалентного) у кільаміак, відводять в резервуар з сірчаною або фоскості (0,05-1,00) % від об'єму вихідного фільтрату форною кислотою, де утворюються амонійні солі, та окиснювач -озон, перекис водню і, переважно, які можна застосувати в якості добрив у сільськокисень повітря, які подають або при перемішуванні му господарстві. у кількості (0,5-3,0) % від об'єму вихідного фільтНедоліком цього способу є, в першу чергу, верату (перекис водню), або барботують через шар ликі витрати реагентів (до 15 г/дм3 для СаО та рідини (озон чи повітря) протягом (1-6) годин, а по 0,125 г/дм3 і вище для FeSO4). По-друге, коригузакінченні процесу окиснення до суміші подають вання величини рН у бік його зменшення відбуваодин із коагулянтів: сульфат алюмінію, гідроксохється за рахунок вуглекислого газу без посилання лорид алюмінію, солі заліза (сульфат, нітрат або на джерело його постачання. По-третє, технологіхлорид) або їх суміш і, переважно, неорганічний чна схема передбачає енергоємні стадії упарюкоагулянт-флокулянт типу «Сизол» у кількості (0,5вання концентрату після зворотного осмосу і про4,0) % від загальної кількості утвореної суміші і жарювання шламів, отриманих після реагентного після осадження твердої фази освітлену воду поочищення в результаті чого в технологічний цикл дають (в залежності від хімічного складу вихідного повертається не тільки оксид кальцію, але й оксифільтрату і завданого кінцевого результату - скид ди інших металів. До того ж, технологія передбав довкілля, власні потреби, технічна дистильована чає використання реакційних мінеральних кислот, вода) на блок мембранного очищення або ставок з що вимагає відповідних заходів. І, нарешті, в даній вищою водяною рослинністю, або послідовно на роботі немає ніяких посилань на очікувану вартість блок мембранного очищення і ставок з вищою воочищення фільтрату, а проблема концентрованого дяною рослинністю і далі використовують за приззалишку до кінця не вирішена. наченням, а утворений в реакторному блоці осад Метою пропонованої корисної моделі є ствоподають на дільницю приготування ізолюючого рення комплексної технології очищення фільтрату матеріалу для потреб звалища (для пересипання звалища ТПВ, яка включала б не тільки очищення шарів сміття) або використовують у технології нефільтрату до норм скиду очищеної води в довкілля зворотного зв'язування концентрованих залишків з при мінімальних капіталовкладеннях, але й виріутворенням твердого, практично водонерозчинношувала проблему утилізації концентрованого заго матеріалу. лишку, одержаного на різних технологічних стадіВикористання тільки реагентного очищення ях. забезпечує досить високий ступінь очищення, проПропонований нами спосіб розроблено для те такий підхід є багатостадійним і потребує комбіочищення фільтраційних вод полігону твердих нації різних реагентів. Як приклад, наведемо ефепобутових відходів (ТПВ) № 5 м. Києва і може бути ктивність реагентного очищення одного із легко адаптований на інші подібні об'єкти. «найважчих» зразків фільтрату (таблиця 1) [10]. Враховуючи жорсткі умови до якості очищеного фільтрату у відповідності до нормативів на скид 7 55938 8 Таблиця 1 Ефективність реагентної очищення фільтрату полігону ТПВ № 5 № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Найменування Показників ХСК, мгО2/л БСК5, мгО2/л Сухий залишок, мг/л Цинк, мг/л Мідь, мг/л Залізо загальне, мг/л Хром загальний, мг/л Хлориди, мг/л Нітрити, мг/л Азот аміачний Нітрати, мг/л Нафтопродукти, мг/л Сульфати, мг/л Вихідний фільтрат 22500.0 3500.0 28150.0 12.4 15 118 0.6 6500.0 4.3 3000.0 2.6 14.6 2650.0 Фільтрат після очищення 675-157.5* 175-14 3941-1492 1.05-0.45 0.118-0 0.01-0 325 0.04-0.02 30-0 1.8-1.2 0.22-0.09 106-53 Ступінь очищення 97-99.3 95-99.6 86-94.7** 100 93-97 99.9-100 99.9-100 95 99.-99.5 99-100 32-54 98.5-99.4 96-98 ГДК стічних вод 30.0 1000.0 1.0 1.0 0.3 0.05 0.5 3.3 2.0 45.0 0.1 500.0 Примітка 1. В процесі очищення використовували комбінацію різних реагентів: хлорне вапно, хлорид заліза (III), "Сизол-2500"; хлорне вапно, сульфат алюмінію, "Сизол-2500". Примітка 2. * - Наведено інтервал досягнутих в процесі очищення показників. Примітка 3. ** - Величина сухого залишку одержана після інфільтрації очищеного реагентним способом фільтрату через глиняно-пісочний фільтр і систему іонообмінників. Видалення в осад переважної кількості вихідних забруднень досягнено не тільки за рахунок вдалого вибору спеціальних реагентів, але й послідовності їх введення, швидкості і часу перемішування на кожній із стадій. В той же час, суттєвим недоліком схеми реагентного очищення фільтрату є її громіздкість, багатостадійність, значні капітальні та експлуатаційні витрати. В загальному випадку поставлена у пропонованій корисній моделі мета досягається наступним чином і пояснюється кресленням, на якому зображена Схема утилізації фільтратів полігонів ТПВ (Схема 1). В усереднювачі (Уcр) змішують потоки з накопичувачу фільтрату, концентрований залишок після блоку мембранного очищення (БМО) і стічна вода після дільниці механічного зневоднення осаду (ДМО), отриманого в процесі очищення на всіх технологічних стадіях фільтрату. Після усереднювача суміш поступає на реакторний блок (реактор каталітичного окиснення - РКО), куди подають твердий каталізатор (сульфати, нітрати або хлориди заліза і, переважно, сульфат заліза двохвалентного) і окиснювач (озон, перекис водню і переважно кисень повітря). По закінченні процесу окиснення сюди ж подають один із коагулянтів: сульфат алюмінію, гідроксохлорид алюмінію, солі заліза (сульфат, нітрат або хлорид) або їх суміш і, переважно, неорганічний коагулянт-флокулянт типу «Сизол» [11, 12]. Після осадження осаду освітлена вода поступає (в залежності від хімічного складу вихідного фільтрату і завданого кінцевого результату) на БМО або ставок з вищою водяною рослинністю (ВВР) або послідовно на БМО і ставок з вищою водяною рослинністю і далі використовується за призначенням (схема І). Утворений в реакторному блоці осад подають на дільницю приготування ізолюючого матеріалу (ДПМ) для потреб звалища (для пересипання шарів сміття) або використовують у технології незворотного зв'язування концентрованих залишків з утворенням твердого, практично водонерозчинного матеріалу за способом [13]. Розроблений спосіб дозволяє не тільки очищати фільтрат до норм скиду очищеної води в довкілля, одержувати технічну воду для потреб полігону - для пожежогасіння, для зволоження тіла звалища і т. ін. або одержувати воду, яка за своїми фізико-хімічними характеристиками відповідає воді технічній дистильованій, але й вирішує проблему концентрованого осаду, одержуваного на різних стадіях очищення. Наступні відмінні риси і переваги даного винаходу стануть зрозумілими із викладеного нижче матеріалу, а наведені приклади представлені лише з метою ілюстрації і не призначені для обмеження об'єму корисної моделі. Приклад 1 Після усереднювача (Уср), куди із накопичувачів поступає фільтрат, його подають в РКО і сюди ж дозують сульфат заліза (ІІ) у кількості (0,05-1,00) % від об'єму вихідного фільтрату і барботують через шар рідини повітря протягом (1-6) годин. Процес очищення організовують таким чином, щоб мінімізувати внесок сульфату заліза (II) на першій стадії, як коагулянту. Після відстоювання утвореної суміші протягом (1-2) годин освітлену воду подають на БМО, де відбувається доочищення від органічних сполук і знесолення поданої після стадії попереднього очищення освітленої води. В таблиці 2 наведено усереднені показники, одержані в результаті численних лабораторних тестувань різних зразків фільтрату за умов прикладу 1. 9 55938 10 Таблиця 2 Результати окисно-реагентного очищення і мембранного доочищення різних зразків фільтрату полігону ТПВ № 5 Реагенти сульфат заліза (II), % час аерування, год. Значення показнику 0,05-1,0 1-6 Тестовані показники ХСК, мгО2/л Сухий залишок, мг А В А В 700-1700 12-25 8400-27900 630-850 Примітка 1. А- після окисно-реагентного очищення; В - після мембранного доочищення. Примітка 2. Значення сухого залишку проб вихідного фільтрату - 8700-28200 мг; значення ХСК проб вихідного фільтрату - 12000-22500 мгО2 /л. Вода після БМО поступає на ставок з ВВР, а звідти за призначенням - на скид у довкілля і/або на технологічні потреби полігону. Концентрований залишок (осад) з РКО поступає на ДМО, де відбувається його кондиціонування, наприклад, на прес-фільтрі з додаванням одного із коагулянтів: сульфату алюмінію, гідроксохлориду алюмінію, солей заліза (сульфату, нітрату або хлориду) або їх суміші і, переважно, неорганічного коагулянт-флокулянту типу «Сизол» із розрахунку (0,1-1,5) % від кількості осаду, що забезпечує зменшення вологості осаду від 97 % (після відстоювання в РКО) до 80 %. Одержаний на ДМО кек поступає на ДПМ, де змішується із глиною звичайною вологістю 20 % у ваговому співвідношенні кек : глина =1:2-3. Одержаний матеріал має вологість (35-40) %, належить до 4 класу небезпеки за ГОСТ 12.1.007-76 і може бути використаний на звалищі як ізолюючий матеріал для пересипання шарів сміття. Приклад 2 Відрізняється від прикладу 1 тим, що одержаний на ДМО кек змішують на ДПМ з золошлаком - техногенним відходом теплоелектростанцій (ТЕС) у співвідношенні кек : золошлак = 1 : 3-6. Одержаний матеріал має вологість (16-40) %, належить до 4 класу небезпеки і може бути використаний на звалищі як ізолюючий матеріал для пересипання шарів сміття. Приклад 3 Відрізняється від прикладів 1 і 2 тим, що одержаний на ДМО кек змішують на ДПМ з золоювиносом - техногенним відходом теплоелектростанцій (ТЕС) за способом, описаним в [13]. Одержаний матеріал є практично водонерозчинним і може бути використаний на звалищі як ізолюючий матеріал для пересипання шарів сміття, для планування промислових площадок або для виробництва будівельних матеріалів нежитлового призначення. Приклад 4 Відрізняється від прикладів 1-3 тим, що пермеат (очищений на БМО фільтрат після його попереднього очищення у РКО) у повному об'ємі згідно з робочою потужністю БМО або частково повертається на змішування з вихідним фільтратом у РКО і далі подається на ставок з ВВР. Концентрований залишок (осад) утилізується за одним із варіантів, зазначених в прикладах 13. Наведений з метою ілюстрації ефективності запропонованого комплексного підходу детальний опис деяких прикладів може бути розширений різними модифікаціями цих прикладів, не відступаючими при цьому від ідеї і сфери даної корисної моделі. Пропонований спосіб комплексного очищення фільтратів звалищ твердих побутових відходів розроблено для очищення фільтраційних вод полігону твердих побутових відходів (ТПВ) № 5 м. Києва і може бути легко адаптований на інші подібні об'єкти. Список посилань 1. Апостолова Е.С., Пендин А.А., Холодкевич С.В., Юшина П.Г. Кинетическая модель окисления органических соединений в водной среде при комбинировании действия озона и ультрафиолета. //Журн. приклад, химии.- 1995.- Т.68, вып. П.С.1904-1910. 2. Handbook Advanced Photochemical Oxidation Processes //U.S. EPA/625/R-98/004, December 1998. 3. Pat. Germany 4116557. N 4116557, С02F1/72, 1/70. Verfahren zur Behandlung von Abwasser in Anlagen zur Autbaraitung von Altpapier / M. Josef, S. Harald, M. Wolfgang, B. Wolfgang. Publ. 1992. 4. Pat. USA 5139679. C02F1/32(20060101); C02F1/72(20060101); G21F9/06(20060101); G21F9/14 (20060101). Treatment of wastewater containing citric acid and triethanolamine / Pan Bingham Y.K., Yen Teh F., Chen; Jau R. - Publ. 18.08.1992. 5. Pat. USA. Method for treating a liquid medium / Sartori Helfred E. - Publ. July 14, 1992. 6. Патент Российской Федерации 2099294. Способ глубокой очистки высококонцентрированных сточных вод и устройство для его осуществления / Скворцов Л.С.; Варшавский В.Я.; Камруков А.С.; Селиверстов А.Ф.; Николадзе Г.И. Опубл. 20.12.1997 г. 7. Патент Российской Федерации 2207987. Способ очистки дренажных вод полигонов твердых бытовых отходов / Поворов А.А., Павлова В.Ф., Ерохина Л.В., Начева И.И., Шиненкова Н.А., Коломийцева О.Н. - Опубл. 10.07.2003. 11 55938 12 8. Патент України № 66584. Спосіб очищення статей. - Вінниця, 23-26 вересня 2009 року, - Вінстічних вод міських звалищ твердих побутових ниця.- С 28-32. відходів / Гончарук В.В., Бадеха В.П., Шкавро 11. Патент України 80425. Спосіб одержання З.М., Кучерук Д.Д., Зарицький К.О. - Опубл. коагулянту / Кашковський В.І., Войновський В.В., 17.10.2005. Бюл. № 10. Зубенко О.В. - Опубл. 25.09.07. Бюл. № 15. 9. Комплексная очистка сточных вод свалок 12. Патент України 90070. Спосіб одержання твердых бытовых отходов / В.В. Гончарук, З.Н. коагулянту / Кашковський В.І., Войновський В.В. Шкавро, В.П. Бадеха и др. // Химия и технология Зубенко О.В. - Опубл. 25.03.10. Бюл. № 6. воды. - 2007. - Т.29, № 1. - С. 55-65. 13. Патент України № 62635. Спосіб закріп10. Технология комплексной переработки лення високотоксичних рідких стоків міських звафильтрата твердых бытовых отходов / В.И. Кашлищ твердих побутових відходів./ Кашковський ковский, В.Н. Горбенко, Ю.Б. Синяков, Д.Г. ВальВ.І., Войновський В.В., Войновський В.В. - Опубл. чук // II Всеукраїнський з'їзд екологів з міжнарод15.12.05 р. Бюл. № 12. ною участю (Екологія/Ecology) // Збірник наукових Комп’ютерна верстка В. Мацело Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601