Введение
Полигонное захоронение является одним из наиболее распространенных методов обращения с твердыми бытовыми отходами (ТБО). В России полигонному захоронению подлежит 97% или около 36 миллионов тонн ТБО. Ежегодно под полигоны в стране отводится более 11000 гектаров земли вблизи городов и населенных пунктов. Обладая несомненным экономическим преимуществом, в связи с низкой стоимостью захоронения, полигоны представляют серьезную экологическую опасность для окружающей среды[5]. Одной из причин такой опасности является выделение из тела полигона токсичной жидкости – фильтрата. В средней полосе России, с ее средним уровнем атмосферных осадков 840 мм/год, из каждых 60 тонн размещенных на полигоне ТБО просачивается в подстилающие грунты от 1 до 1,5 м3 фильтрата в год в течение 20-25 лет [1,3,6].
Дренажные воды ТБО характеризуются чрезвычайно высокими значениями химического потребления кислорода - ХПК до 40 000 мг О2/л.
Загрязненный токсичными соединениями, фильтрат не может быть сброшен в водоем культурно-бытового или рыбохозяйственного назначения без тщательной и многоступенчатой очистки.
Цель исследования - разработка сорбционной технологии очистки фильтрационных вод полигонов ТБО с применением различных адсорбентов.
Объекты и методы исследований
В качестве объектов исследований были выбраны модельные растворы уксусной кислоты различных концентраций, фильтрат полигона ТБО «Дмитровский» после мембранных методов очистки (табл.1), углеродные сорбенты.
В задачу проводимых исследований входило:
- определение полной и динамической обменной ёмкости сорбентов в статических условиях;
- оценка степени очистки в зависимости от различных условий сорбции
по изменению ХПК.
Таблица 1
Химический состав фильтрата ТБО полигона «Дмитровский» (исходный и после мембранных методов очистки)
|
Наименование показателей, единицы измерения
|
Исходный фильтрат
|
ФильтратI ступени
(ультрафильтрация)
|
Фильтрат II ступени(обратный осмос)
|
|
рН
|
7,91
|
6,69
|
5,93
|
|
Жесткость, мгэкв/л
|
32
|
0,18
|
0,04
|
|
Продолжение таблицы 1
|
|
Кальций, мг/л
|
400
|
2,6
|
0,6
|
|
Магний, мг/л
|
144
|
0,6
|
0,12
|
|
Щелочность, мгэкв/л
|
400
|
20
|
3,2
|
|
Бор, мг/л
|
17,2
|
6,1
|
4,7
|
|
Железо (Feобщ.), мг/л
|
12,49
|
0,01
|
0,01
|
|
Кадмий, мг/л
|
0,0003
|
-
|
0,0000083
|
|
Кремний, мг/л
|
37,83
|
-
|
0,04
|
|
Марганец, мг/л
|
1,36
|
-
|
0,004
|
|
Цинк, мг/л
|
0,18
|
-
|
0,025
|
|
Аммиак (NH4+), мг/л
|
6300
|
276
|
54
|
|
Нитраты (NO3--), мг/л
|
482
|
110
|
33
|
|
Сульфаты, мг/л
|
50
|
18
|
9
|
|
Хлориды (Cl-), мг/л
|
7112
|
420
|
46
|
|
АПАВ, мг/л
|
65
|
1,25
|
0,4
|
|
НПАВ, мг/л
|
46,25
|
<0,02
|
<0,02
|
|
Нефтепродукты, мг/л
|
322
|
0,25
|
0,25
|
|
ХПК, мгО2/л
|
10733
|
91
|
9
|
|
Взвешенные, мг/л
|
11
|
-
|
-
|
|
Цветность, град.
|
18000
|
-
|
-
|
|
Мутность, мг/л
|
меш.вл.
|
-
|
-
|
|
Солесодержание, мг/л
|
31500
|
1675
|
232
|
Результаты и их обсуждения
В представленной работе сорбция применяется для удаления следов низкомолекулярной трудноокисляемой органики, оставшихся в очищаемой дренажной воде после предшествующих стадий очистки (полная схема очистки приведена на рис.2): вначале производится предварительная очистка (основные стадии- механическая фильтрация ФМ, электроокисление(электрофлотодеструкция ЭФД), отстаивание в тонкослойном отстойнике ТО в присутствии коагулянтов и флокулянтов), после предварительной очистки проводится глубокая очистка методами ультрафильтрации УФ, обратного осмосаММ и сорбции АД; на заключительной стадии очищенные стоки обезвреживают ультрафиолетом УФС.
Рис.2.Комплексная технология очистки фильтрата[2].
Наиболее распространенными и широко применяемыми в настоящее время адсорбентами являются активированные угли различных марок [4,6].
Для исследования были выбраны углеродные материалы, значительно различающиеся параметрами пористой структуры (табл.2).
Таблица 2
Основные характеристики исследуемых углеродных сорбентов
|
Показатели
|
Сорбенты
|
|
Уголь БАУ-А
|
Уголь-Аргентум AquaSorb CS
|
Наноугли (dч – 100 мкм)
|
Наноугли (dч – 5 мкм)
|
|
Общий вид
|
|
|
|
|
|
Насыпная плотность, г/дм3
|
240
|
510
|
320
|
280
|
|
Суммарный объем пор (по воде), см3/г
|
1,2
|
0.62
|
1,6
|
1,9
|
|
Удельная поверхность, см2/г
|
800
|
1100
|
1800
|
2000
|
Поиск эффективных сорбентов первоначально проводился на модельных растворах уксусной кислоты различных концентраций, затем, после выбора оптимальных условий сорбции, исследования велись на фильтрате I ступени обратноосмотического обессоливания.
После определения полной и динамической обменной емкости исследуемых сорбентов выявлено, что наибольшей сорбционной емкостью обладают наноугли.
ПОЕ у наноуглей (dч – 100 мкм) составила 1900 мг-экв/г., а у наноуглей (dч – 5 мкм) – 2150 мг-экв/г.
ДОЕ у наноуглей (dч – 100 мкм) - 605 мг-экв/г., а у наноуглей (dч – 5 мкм) - 851 мг-экв/г. В отличие от других двух сорбентов, это достаточно хорошие показатели.
Опытным путем установлено, что степень извлечения низкомолекулярной органики уменьшается с увеличением скорости пропускания раствора через сорбционную колонку и увеличением концентрации органики в растворе. Оптимальная скорость пропускания составляет 2-4 мл/мин*см2, при этой скорости степень извлечения на наноуглях достигает 80%.
Опыты на фильтрате I ступени ультрафильтрационной очистки на половолоконных мембранах показали, что при очистке на наноуглях значения ХПК снижаются до 15-29 мг О2/л, что соответствует требованиям слива в водоемы рыбохозяйственного назначения (ХПК – 30 мгО2/л).
Таблица 3
Изменение величины ХПК и степени очистки в зависимости от скорости пропускания фильтрата на разных сорбентах
|
Vпр, мл/мин*см2
|
Уголь БАУ-А
|
Наноугли (dч – 100 мкм)
|
|
ХПК, мгО2/л
|
η, %
|
ХПК, мгО2/л
|
η, %
|
|
2
|
30,24
|
66,8
|
15,12
|
83,3
|
|
4
|
39,40
|
56,7
|
29,35
|
67,7
|
|
6
|
60,48
|
33,5
|
32,43
|
64,4
|
Выводы
Высокое качество фильтрата мембранной очистки, поступающего на сорбционную доочистку, позволяет использовать современные углеродные наноматериалы, сорбционная емкость которых в десятки раз больше сорбционной емкости традиционно используемых марок активированных углей.
Данный процесс может применяться для доочистки любых типов сточных вод до норм ПДК в водоемах рыбохозяйственного назначения.
Работа выполнена при поддержке Минобрнауки (договор от 12.02.2013г.№ 02. G.25.31.066).
Федосова Т.А., Рощина С.И., Никитичева М.С. СОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ВОД ПОЛИГОНОВ ТБО // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 8. С. 103-106;
URL:
https://www.applied-research.ru/article/view?id=5592 (дата обращения: 23.08.2026).
