Патент на изобретение №2162059

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к охране окружающей среды, к коммунальному хозяйству, а именно к способам очистки сточных вод полигонов твердых бытовых отходов (ТБО) и может быть использовано преимущественно в теплый период времени (весна-лето-осень) при температуре воздуха не ниже 0^o. Особенно актуально использование предлагаемого способа для полигонов в начальный период их эксплуатации. Способ очистки осуществляют путем обработки сточных вод и их рециркуляции сквозь массу отходов. Для обработки сточных вод используют раствор известного молока Са(ОН)₂, который смешивают со сточными водами до рН=9,0-9,5, после чего обработанные сточные воды распределяют по поверхности полигона твердых бытовых отходов из расчета 1-2 мм в сутки. Общее количество рециркулируемых предварительно обработанных известковым молоком сточных вод ТБО не должно превышать 200-300 мм/год. Обработку проводят до достижения нейтральной реакции среды сточных вод, отводимых через дренажную систему. В случае выделения фильтрата, имеющего щелочную реакцию среды (когда состав фильтрата находится в метановой фазе), но с концентрацией тяжелых металлов выше нормы ПДК, рециркуляцию фильтра, предварительно обработанного раствором известкового молока до рН 9,0-9,5, проводят до максимального эффекта снижения концентрации тяжелых металлов в сточных водах, отводимых дренажной системой. Способ обеспечивает сокращение сроков биологической очистки сточных вод, жизненного цикла полигона ТБО, повышение степени очистки кислых сточных вод от тяжелых металлов, а также обеспечение возможности управления процессом очистки. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к охране окружающей среды, к коммунальному хозяйству, а именно к биологическим способам очистки сточных вод полигонов твердых бытовых отходов (ТБО) и может быть использовано преимущественно в теплый период времени (весна-лето-осень) при температуре воздуха не ниже 0 град.С. Особенно актуально использование предлагаемого способа для полигонов в начальный период их эксплуатации.

Известны биологические способы очистки дренажных сточных вод твердых бытовых отходов (ТБО), например, путем многократной рециркуляции дренажных сточных вод сквозь массу складируемых на полигоне отходов (1). В результате многократной рециркуляции сточных вод ТБО происходит их очистка от органических и неорганических загрязнений (ХПК и БПК снижаются на 40-50%), ионов тяжелых металлов (эффект очистки составляет 50-60%), происходит повышение pH среды, ускоряется переход опасных кислотных процессов во внутренних слоях отходов, протекающих в начальный период эксплуатации полигона, в метановую стадию, повышается минерализованность отходов, сокращается жизненный цикл полигона.

Причины, препятствующие получению требуемого технического результата, заключаются в том, что процесс очистки сточных вод очень продолжительный (около 7 лет), т.к. рециркуляцию проводят кислыми сточными водами, а повторный их возврат в массу отходов увеличивает сроки разложения органических фракций, а также приводит к повышению температуры в поверхностных слоях ТБО за счет активизации аэробных бактерий, что способствует возгоранию полигона. Кроме того, эффект очистки от тяжелых металлов недостаточно высок.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому способу является способ очистки сточных вод путем многократной рециркуляции, при котором до процесса рециркуляции на поверхность отходов насыпают нейтрализующий слой карбоната кальция CaCO₃. При этом происходит нейтрализация кислых сточных вод. Процесс очистки сточных вод осуществляется в среднем в течение 4-х лет (2).

Причины, препятствующие получению требуемого технического результата, заключаются в том, что при использовании этого способа возникают эксплуатационные трудности, обусловленные слеживаемостью и цементированием нейтрализующего слоя, которые приводят к образованию водонепроницаемого слоя на поверхности полигона и возникновению случайных боковых утечек кислых сточных вод. Процесс очистки сточных вод достаточно продолжителен, а степень очистки от тяжелых металлов невысокая (до 60%). Кроме того, при использовании данного способа затруднен процесс управления очисткой сточных вод.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, – сокращение сроков биологической очистки сточных вод, жизненного цикла полигона ТБО, повышение степени очистки кислых сточных вод от тяжелых металлов за счет их нейтрализации, а также обеспечение возможности управления процессом очистки.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе очистки сточных вод полигонов твердых бытовых отходов от тяжелых металлов путем обработки сточных вод и их рециркуляции в качестве реагента для обработки используют известковое молоко – раствор Ca(OH)₂. Раствор Ca(OH)₂ активно перемешивают со сточными водами (фильтратом) до pH = 9,0-9,5 и распределяют по поверхности полигона твердых бытовых отходов из расчета 1-2 мм в сутки, при этой общее количество рециркулируемого фильтрата на одной секции ТБО не должно превышать 200-300 мм/год.

Способ осуществляется следующим образом. Сточные воды собирают при помощи дренажной системы и отводят в специальные пруды-накопители. Одновременно с этим готовят раствор известного молока Ca(OH)₂ и собранные сточные воды смешивают в смесителях с раствором Ca(OH)₂ в течение 10-15 мин до pH 9,0-9,5. Необходимую pH сточной воды создают, изменяя количество Ca(OH)₂ по отношению к обрабатываемому фильтрату. Обработку фильтрата раствором Ca(OH)₂ ведут при атмосферном давлении и естественном воздухообмене. Далее обработанные сточные воды распределяют по поверхности полигона твердых бытовых отходов из расчета 1-2 мм в сутки, при этом общее количество рециркулируемого фильтрата на одной секции ТБО не должно превышать 200-300 мм/год. В противном случае будет происходить переувлажнение отходов, что приведет к переливам фильтрата и бесконтрольным утечкам сточных вод. В случае выделения кислого фильтрата его обработку перед рециркуляцией проводят до тех пор, пока pH фильтрата, отводимого дренажной системой, будет не ниже 7 (до перехода в метановую фазу). В случае выделения фильтрата с pH более 7,0 (когда состав фильтрата находится в метановой фазе), но содержащего высокие концентрации тяжелых металлов, рециркуляцию фильтрата, предварительно обработанного раствором известкового молока до pH = 9,0 – 9,5, проводят до максимального эффекта снижения концентрации тяжелых металлов в сточных водах отводимых дренажной системой.

В процессе известкования основная часть ионов тяжелых металлов свяжется в нерастворимые гидроксиды по реакции:

где Me²⁺ – ион тяжелого метала, например, Fe²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺ и т.д. Me(OH)₂ – нерастворимое соединение, выпадающее в осадок.

Дальнейшая подача обработанных известковым молоком сточных вод в массу отходов, складируемых на полигоне ускоряет переход состава вытекающих сточных вод из кислотной фазы в метановую, при этом окислительно-восстановительный потенциал будет смещаться в сторону восстановительных процессов. Так сульфаты будут переходить в сульфиды по реакции:
SO₄^2- +6H⁺ = H₂S + 4OH
Концентрация тяжелых металлов в этом случае будет снижаться как за счет повышенной щелочности сточных вод, обработанных известковым молоком, так и за счет связывания их в нерастворимые сульфиды:


Кроме этого, процесс обработки сточных вод известковым молоком будет способствовать обеззараживанию стоков от патогенной микрофлоры. Особенно это важно при обработке кислого фильтрата, значительно загрязненного патогенными энеторобактериями, яйцами гельминтов и жизнеспособными цистами кишечных простейших.

Пример конкретного выполнения способа.

Был проведен эксперимент на лабораторной установке, в ходе которого массу измельченных отходов подвергали многократной рециркуляции образующимися сточными водами, обработанными известковым молоком. В состав исследуемой массы ТБО входили бумажные отходы 33%, пищевые отходы 20%, отходы древесины 15% металлические отходы смешанного состава (железо, цинк, свинец и т. д. ) 3%, остальные отходы представляли из себя инертный материал (стекло, полиэтилен, резина, мелкий щебень и т.д.). Предварительно массу ТБО насытили водой до 80%-ной влажности и подвергли биодеструкции в оптимальных мезофильных условиях. Образующиеся кислые сточные воды (pH = 4,5-5,0) отводили из нижней части лабораторной установки и смешивали их с 1 % раствором известкового молока в течение 10 минут до pH = 9,0 -9,5. Контроль pH проводили с помощью лабораторного pH-метра. После этого обработанные сточные воды распределяли по поверхности исследуемых отходов из расчета 2 мм в сутки. Дополнительно на поверхность отходов подавали воду, имитирующую атмосферные осадки в количестве 2 мм в сутки. Рециркуляцию обработанного известковым молоком фильтрата проводили до снижения концентраций тяжелых металлов до предельно-допустимых значении в течение 6 месяцев. Было установлено, что предварительная обработка известковым молоком рециркулируемого фильтрата способствует снижению концентраций свинца и железа в конечном стоке уже на 60 день. Значительное снижение концентраций цинка (на 98%) наблюдалось на 100 день эксперимента. Многократная рециркуляция предварительно произвесткованного фильтрата (до pH = 9,0-9,5) привела к значительному снижению (на 70%) концентраций тяжелых металлов в дренажном фильтрате. Время стабилизации процессов разложения отходов сократилось вдвое.

Источники информации
1. Экологически чистый полигон для захоронения ТБО г. Москва. /Агентство по охране окружающей среды Дании. – М.: 1995. – 150 с.

2. Christensen Т. , Cossu R.. Stegmann R., Landfilling of Waste, Leachate, London and N.Y., 1992.

Формула изобретения

1. Способ очистки сточных вод полигонов твердых бытовых отходов от тяжелых металлов путем обработки сточных вод и их рециркуляции сквозь массу отходов, отличающийся тем, что в качестве реагента для обработки сточных вод используют раствор известкового молока Ca(OH)₂, который смешивают со сточными водами до pH 9,0 – 9,5, после чего обработанные сточные воды распределяют по поверхности полигона твердых бытовых отходов из расчета 1 – 2 мм в сутки, при этом общее количество рециркулируемых, предварительно обработанных известковым молоком, сточных вод твердых бытовых отходов не должно превышать 200 – 300 мм/год, обработку проводят до достижения нейтральной реакции среды сточных вод, отводимых через дренажную систему.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае выделения фильтрата, имеющего щелочную реакцию среды, когда состав фильтрата находится в метановой фазе, но с концентрацией тяжелых металлов выше нормы ПДК, рециркуляцию фильтрата, предварительно обработанного раствором известкового молока до pH 9,0 – 9,5, проводят до максимального эффекта снижения концентрации тяжелых металлов в сточных водах, отводимых дренажной системой.