МЕТОДИКА ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ПОЛИГОНА ТБО Г. ДУШАНБЕ

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты экспериментального исследования относительно влияния негативного воздействия фильтрата от полигона захоронения твердых бытовых отходов (далее – ТБО) г. Душанбе на водные объекты. Проведены исследования процессов очистки фильтрата методами коагуляции, и определена оптимальная доза коагулянта в диапазоне концентрации 20–30 мг/л для очистки фильтрата. Полученные результаты исследований являются основанием к разработке рекомендации по повышению уровня экологической безопасности полигона ТБО г. Душанбе с целью предотвращения загрязнения нижерасположенных территорий и водных объектов.

ABSTRACT

The article presents an experimental study of the influence of the negative impact of leachate from the landfill of solid domestic waste (hereinafter MSW) in Dushanbe on water bodies. Studies of the processes of filtrate purification by coagulation methods were carried out and the optimal dose of coagulant in the concentration range of 20-30 mg/l for filtrate purification was determined. The obtained research results are the basis for the development of recommendations to improve the level of environmental safety of the solid waste landfill in Dushanbe in order to prevent pollution of downstream territories and water bodies.

Ключевые слова: твердые бытовые отходы (ТБО), полигон, водные объекты, фильтрат.

Keywords: solid domestic waste (MSW), landfill, water bodies, filtrate.

Полигон ТБО г. Душанбе эксплуатируется уже более 40 лет и предназначен для депонирования отходов [4; 7; 3]. Поэтому с точки зрения эколого-технологического критерия образование фильтрата с тела полигона является актуальной проблемой и для повышения уровня экологической безопасности водных объектов. Необходим комплекс мероприятий, включающий в себя очистку и обезвреживание фильтрата. Поскольку размещенные на свалке отходы накоплены более чем за 40 лет, целесообразным способом их переработки является рекультивация.

Территория полигона ТБО составляет больше 20 гектаров, где с каждым годом с территории г. Душанбе завозится свыше 800 тыс. м³ ТБО [6; 8]. Полигон расположен на пастбище, и нет подробных сведений о гидрогеологических условиях площадки размещения отходов. Фильтрат (сточные воды) от полигона ТБО скапливается в естественных понижениях рельефа местности, образуя водоемы – отстойники с характерным неприятным запахом. От полигона ТБО образуется жидкая фаза в виде растворов за счет атмосферных осадков, влаги, выделяемой отходами, и биохимических процессов с выделением воды. Образующийся фильтрат проходит сквозь слой отходов и насыщается органическими и неорганическими токсичными компонентами. Не исключен вынос с фильтратом бактерий кишечных инфекционных и других заболеваний.

Для ориентировочного определения количества образовавшегося фильтрата нами была использована формула, разработанная В.В. Разнощиком, Н.Ф. Абрамовым. При этом установлено, что фильтрат не образуется при складировании ТБО влажностью менее 52% в климатических зонах, где годовое количество атмосферных осадков превышает не более чем на 100 мм количество влаги, испарившейся с поверхности полигона [2].

Рассчитанное по этой же методике ориентировочное значение количества образующегося фильтрата с полигона ТБО г. Душанбе составляет:

Q_ф = 0,01·14,35 (350 – 100) + 0,01 800·(53 – 52) ≈ 44,0 тыс. м³/год.

Общее ориентировочное количество фильтрата Q_ф.о., образовавшегося за период эксплуатации 1978–2018 гг. приблизительно составит:

Q_ф.о. = 40·44,0 ≈ 1775 тыс. м³.

Экспериментальные исследования.

С целью исследования химического состава проба фильтрата полигона ТБО г. Душанбе объемом 5–7 л была отобрана из надземных скоплений (накопительном пруде) в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб». Исследования отобранных образцов фильтрата проводили в лаборатории Института водных проблем, гидроэнергетики и экологии НАНТ и на кафедре «Безопасность жизнедеятельности и экологии» ТТУ им. академика М.С. Осими.

Основными контролируемыми параметрами являлись взвешенные вещества, рН, жесткость, хлориды, сульфаты, нефтепродукты, нитраты, фосфаты и железо.

Определение содержания нефтепродуктов по этому методу основано на выделении нефтяных компонентов экстракцией четыреххлористого углерода, хроматографическом отделении углеводородов от соединений других классов в колонке с оксидом алюминия и количественном их определении по интенсивности поглощения С-Н связей метиленовых (-СН2-) и метильных (-СН3-) групп в инфракрасной области спектра фотометрическим способом.

Диапазон определяемых концентраций нефтепродуктов (НП) находится в пределе от 0,02 до 2,00 мг/дм³ [2].

Массовую концентрацию нефтепродуктов X, мг/дм³, в пробе анализируемой воды рассчитывали по формуле:

где Х_изм – результат измерения массовой концентрации НП в элюате на концентратомере, мг/дм³;

V_эк – объем четыреххлористого углерода, использованного для проведения экстракции (V_эк = 10 см³);

K – коэффициент разбавления, т.е. соотношение объемов мерной колбы и аликвоты элюата;

V – объем пробы анализируемой воды, см³.

Результаты химического анализа с применением тест-систем «Пчелка-Р» [1; 9], гравиметрического анализа и ИК-фотометрии с выводами относительно ПДК для водоемов приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Результаты химического анализа сточных вод полигона

Таким образом, анализ химического состава фильтрата показывает необходимость разработки технологий сбора и очистки фильтрационных вод от полигона ТБО.

Во втором этапе исследований проведен анализ процессов очистки фильтрата методами коагуляции.

Материальное обеспечение работы: отбор проб фильтрата с тела полигона ТБО в объеме 3 л, 2%-ный раствор коагулянта сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃; 1%-ный раствор известкового молока Ca(OH)₂, мерные колбы, пипетки, индикатор – лакмусовая бумага, электронные аналитические весы, спектрофотометр В-1100 и магнитная мешалка TAGLER модели ММ 135. В качестве отстойника была использована стеклянная колба вместимостью до 500 мл фильтрата.

Степень очистки фильтрата оценивали по степени осветления воды путем измерения оптической плотности на спектрофотометре В-1100 при длине волны λ = 500 нм в кюветах рабочей длиной 3 мм. По результатам исследования построили кривую зависимости оптической плотности исследуемого фильтрата от дозы коагулянта Al₂(SO₄)₃ с подщелачиванием Ca(OH)₂ (рис. 1). По точке перелома определили оптимальную дозу коагулянта для очистки фильтрата с тела полигона ТБО г. Душанбе.

Рисунок 1. Зависимость оптической плотности фильтрата от коагулянта Al₂(SO₄)₃ с подщелачиванием Ca(OH)₂

Анализ показывает, что эффективность очистки фильтрата с использованием коагулянта Al₂(SO₄)₃ требует подщелачивания. При небольшой дозе подщелачивающего реагента Ca(OH)₂ (1,0 мг/л) эффективность осветления фильтрата и глубина очистки от взвешенных веществ увеличились. При дозах коагулянта более 30 мг/л эффективности очистки фильтрата по определению цветности раствора ухудшается. Это означает, что при высоких значениях щелочности воды ионы бикарбоната могут подавлять реакцию гидролиза соли коагулянта. Однако при оптимальных их концентрациях они подавляют взаимодействие ионов сульфатов и хлоридов с катионами металла соли коагулирующего реагента, что способствует более полному протеканию реакции гидролиза [5]. Поэтому при соблюдении дозы коагулянта в диапазоне концентрации 20–30 мг/л, эффективность очистки по цветности высокая – 80–90%.

На рис. 2 рекомендована схема оптимального варианта очистки фильтрата, способствующая высокой степени очистки от органических и неорганических соединений. Проектная производительность такого комплекса очистных сооружений для полигона ТБО г. Душанбе составляет примерно 120–150 м³/сут.

Рисунок 2. Технологическая схема очистки фильтрата полигона ТБО методом коагуляции:

1 – емкость для приема фильтрата; 2 – ступень известкования; 3 – внесение известкового молока; 4 – ступень коагуляции; 5 – внесение сульфата алюминия; 6 – тонкослойный отстойник; 7 – емкость для приема осадка; 8 – каскадные гидробиологические сооружения; 9 – компрессор для аэрирования емкостей 2 и 4; 10 – емкость для приема пены

Принцип работы данной технологической схемы заключается в том, что фильтрат от полигона ТБО проходит механическую очистку и стоки собираются в емкости 1, затем поступают в смеситель 2 и 5, куда подается известковое молоко при небольшой дозе 1,0–1,5 мг/л. Коагулянт Al₂(SO₄)₃ подается в диапазоне концентрации 20–30 мг/л до установления значения рН в интервале 5,0–7,5. Для перемешивания фильтрата с реагентами подается воздух от компрессора 9 для аэрирования. Затем суспензия пода­ется в вертикальный отстойник 6 для разделения фазы (осадок и осветленная воды), где ориентировочно будут снижены ХПК на 50% и концентрация тяжелых металлов до 80%, после чего стоки направляются на доочистку в каскадные биологические пруды 8 для снижения остаточного загрязнения по БПК, аммонийному азоту, концентрациям тяжелых металлов [5]. Полученный осадок, образующийся в отстойнике 7 в виде шлама, можно использовать как добавку в строительных материалах.

Выводы.

В ходе проделанной работы можно сделать следующие выводы:

– при совместном использовании коагулянта Al₂(SO₄)₃ и известкового молока снижается расход коагулянта Al₂(SO₄)₃ на очистку фильтрата;

– при проведении процесса очистки можно использовать известковое молоко из шламового отхода производства, а использование каскадных биологических прудов менее трудоемко с меньшими затратами;

– применение коагулянтов дает хорошие результаты по выведению из стоков взвешенных и коллоидных частиц и позволяет избавляться из неприятного запаха, вкуса и мутности очищенной воды.

Список литературы:

1. Азимов Д.С. Решение по разработке проекта очистки фильтрационных вод полигона твердых бытовых отходов г. Душанбе // Донецкие чтения 2021: образование, наука, инновации, культура и вызовы современности. Материалы VI Международной научной конференции. – Донецк, 2021. – С. 49–52.
2. Вайсман Я.И. Физико-химические методы защиты биосферы. Очистка фильтрационных вод полигонов захоронения твердых бытовых отходов : учебн. пособие. – Пермь : Перм. гос. техн. ун-т, 2005. – 197 с.
3. Материальный баланс способа комплексной переработки отходов шламового поля ГУП «ТАЛКО», водной отмывки и азотно-кислотного разложения твердого остатка от водной обработки / З.С. Назаров, Ш.Х. Савзаева, Б.Ш. Назаров [и др.] // Передовые технологии и материалы будущего. Сборник статей IV Международной научно-технической конференции: в 3 т. – Минск, 2021. – С. 3–6.
4. Ниезов Ф.Р. Применение активного ила на основе осадков сточных вод в виде сырья для производства удобрений // Дальневосточная весна – 2021. Материалы 19-й Международной научно-практической конференции по проблемам экологии и безопасности. – Комсомольск-на-Амуре, 2021. – С. 157–159.
5. Норкулова Г.Р. Инвентаризация выбросов парниковых газов на территории Республики Таджикистан // Дальневосточная весна – 2021. Материалы 19-й Международной научно-практической конференции по проблемам экологии и безопасности. – Комсомольск-на-Амуре, 2021. – С. 48–50.
6. Рекомендации по сбору, очистке и отведению сточных вод полигонов захоронения твердых бытовых отходов. – М., 2003. – 47 с.
7. Таъсири партовҳои нақлиет ба ҳавои атмосфера ва афзалиятҳои газ ҳамчун навъи сӯзишворӣ / Г.Р. Норқулова, Д.С. Азимов, М.У. Шерализода, Ф.Б. Зоиров // Политехнический вестник. Серия: Инженерные исследования. – 2021. – № 1 (53). – С. 76–80.
8. Физико-химические основы переработки алунитового сырья Токмакского месторождения методом спекания с хлоридом кальция / Ш.Х. Савзаева, Ш.Б. Назаров // Донецкие чтения 2021: образование, наука, инновации, культура и вызовы современности. Материалы VI Международной научной конференции. – Донецк, 2021. – С. 282–284.