Биологическая очистка вод на свалке твердых бытовых отходов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Биологическая очистка вод на свалке твердых бытовых отходов

А.С. Ведяшкин, Н.Р. Ахмедова

Рассматривается комплекс биологических мероприятий по очистке загрязненного инфильтрата на свалках твердых бытовых отходов, который исключает загрязнение грунтовых и поверхностных вод и нормализует экологическую обстановку. биологический очистка инфильтрат вода

биологическая очистка, полигон твердых отходов, инфильтрат, загрязнение, микроорганизмы

Разработанный способ защиты [1] предусматривает биологическую очистку атмосферных осадков, прошедших через массив свалки твердых бытовых отходов (ТБО) и загрязняющих грунтовые воды.

В районе свалки ТБО (рисунок) грунтовый поток 1 и поверхностный сток отводят посредством соответственно контурной противофильтрационной завесы 4 и обводной канавы 3. Атмосферные осадки с площади свалки 7 внутри контура завесы 4 собирают материальным дренажем 5 и сборной канавой 6 в сборный резервуар 9, откуда их мобильной насосной установкой 8 непосредственно после дождя подают в массив свалки по нагнетательной ветви 17 через насадок - аэратор, а затем в первую секцию 10 биологических прудов через слой грунта, выполняющего роль биофильтра. Одновременно с подачей загрязненного инфильтрата в секцию 10, содержащую активный ил и микроскопические водоросли, производится подача воздуха в течение 15-20 мин мобильной компрессорной установкой 16. По завершению последовательного прохождения секций 10 вода может сбрасываться (с составлением «закваски» из водорослей) непосредственно в канаву 3 либо направляться через распределительную канаву 11 на поля фильтрации 12 с материальным дренажем 13 и полосами лесонасаждений 14 по их контуру.

Из массива свалки твердых бытовых отходов в грунт с инфильтратом поступают загрязнения минерального, органического и бактериального происхождения. Минеральными загрязнениями являются мелкие твердые частицы, а также растворенные в воде соли, кислоты, щелочи и другие вещества.

Загрязнители растительного происхождения включают остатки растений, плодов, овощей и злаков, бумагу, растительные масла, гуминовые вещества и др. Основным химическим элементом, который входит в состав растительных загрязнений, является углерод. Загрязнения животного происхождения - это пищевые отходы, содержащие ткани животных и птицы, органические кислоты и др. Основным химическим элементом этих загрязнения является азот.

При инфильтрации атмосферных осадков через массив свалки отходов вода может получить и бактериальное загрязнение, если в отходах содержатся живые микроорганизмы - дрожжевые и плесневые грибки и различные бактерии. Возможно также загрязнение болезнетворными бактериями (патогенными) - возбудителями заболеваний брюшного тифа, паратифа, дизентерии, сибирской язвы и др., а также яйцами гельминтов (глистов).

Рис. Принципиальная схема биологической очистки вод на свалке ТБО

Загрязнения в инфильтрате свалки по своему физическому состоянию находятся в нерастворенном, коллоидном и растворенном виде [2-3].

Процесс разложения микроорганизмами азотсодержащих органических веществ происходит с выделением аммиака. Благодаря аммонификации (выделения аммиака), трудноусвояемые формы азота переходят в доступные для продуцентов формы.

Органические вещества при наличии кислорода воздуха и в результате деятельности микроорганизмов-минерализаторов (продуцентов) окисляются. Органические вещества в загрязненном инфильтрате, собранном с помощью кольцевого дренажа из-под массива свалки и направленном через толщу грунта в секции резервуара для биологической очистки, подвергаются биохимическому окислению.

Скорость такого окисления зависит от наличия свободного кислорода, содержащегося в инфильтрате и в секции резервуара. Запасы кислорода пополняются вновь в основном с водной поверхности секции за счет диффузии из воздуха. Процесс биохимического аэробного (в присутствии кислорода) окисления делится на две стадии: на первой стадии окисляются углеродсодержащие вещества с выделением углекислоты и воды; на второй стадии окисляются азотсодержащие вещества, первоначально до солей азотной кислоты, т.е. нитратов. Эта стадия называется нитрификацией.

При достаточном количестве кислорода процесс окисления в первой стадии подчиняется определенному закону: скорость потребления кислорода (окисления) при одинаковой температуре в каждый момент времени пропорциональна количеству остающихся в очищаемой воде органических веществ. Таким образом, чем меньше остается в воде органических веществ, тем медленнее идет окисление, что выражается [2] следующей зависимостью:

Lt = La·10-k1t, (1)

где Lt - количество кислорода, которое требуется для окисления органического вещества по прошествии времени t; La - количество кислорода, которое необходимо для окисления органического вещества, имеющегося в начале процесса; k1 - коэффициент пропорциональности (константа скорости биохимического потребления кислорода).

Коэффициент k1 изменяется в зависимости от температуры: чем выше температура, тем больше k1. При температуре 20°С коэффициент k1 можно принимать равным 0,1 [2].

В каждый момент времени скорость растворения кислорода обратно пропорциональна степени насыщенности воды кислородом или прямо пропорциональна его дефициту (недонасыщенности). Закон растворения кислорода в воде выражается зависимостью [2]

Дt = Дa·10-k2t, (2)

где Дt - дефицит кислорода в воде по прошествии времени t; Дa - начальный дефицит кислорода (в долях от полного дефицита); k2 - константа скорости растворения кислорода, которая зависит от природы газа, температуры среды, состояния поверхности водоема и условий перемешивания воздуха с водой.

Для расчетов k2 можно принять равным 0,2 при температуре воды 20°С.

О полноте процессов окисления, происходящих в секциях биологического резервуара, можно судить по содержанию в воде солей азотистой кислоты.

Большое содержание нитратов в воде свидетельствует о том, что вода чистая и процесс окисления органических веществ в воде в основном закончен. В случае отсутствия кислорода в воде, необходимого для последующего окисления веществ, может частично использоваться кислород, который содержится в солях азотистой и азотной кислот [2]. Процесс изъятия кислорода из солей азотистой и азотной кислот носит название денитрификации.

Процессы нитрификации и денитрификации характерны и для почвы, если для биохимической очистки загрязненного на свалке инфильтрата используют поля фильтрации. При этом следует учитывать нитрифицирующую и денитрифицирующую активность почвы.

Нитрифицирующая активность почвы характеризует способность почвы превращать аммонийные соли в нитраты, которые являются основной формой питания растений. Она обусловлена присутствием и жизнедеятельностью в почве хемосинтезирующих нитрифицирующих бактерий.

Нитрифицирующая активность почвы является показателем плодородия почвы, так как процессами нитрификации заканчивается минерализация органического вещества, начатая аммонификацией. При этом азотные соединения переводятся в формы, которые доступны для использования растениями. Нитрифицирующая активность почвы падает при недостатке кислорода. Одновременно при определенных параметрах среды наблюдается нарастание денитрифицирующей активности почвы.

Денитрифицирующая активность почвы характеризует потенциальную способность почвы восстанавливать нитриты и нитраты до молекулярного азота. Она обусловлена присутствием и жизнедеятельностью денитрифицирующих бактерий. Отличием почв с денитрифицирующей активностью является пониженное плодородие, поскольку содержание усвояемого азота в таких почвах падает из-за его интенсивного улетучивания в молекулярной форме.

Денитрификация почв особенно активно протекает в условиях анаэробиоза, при достаточном количестве легкоразлагаемого органического вещества, оптимальной реакции среды (рН = 7,0 - 8,0) и температуре 25 - 35°С. Денитрификация интенсивна в переувлажненных, плохо аэрируемых почвах. При наличии молекулярного кислорода денитрифицирующая активность почвы существенно снижается.

Сидерация является важным фактором окультуривания почвы и представляет собой запахивание зеленой массы (зеленого удобрения) специально выращиваемых растений, называемых сидератами, для обогащения почвы органическим веществом и азотом. Одновременно с обогащением питательными веществами при сидерации улучшаются химические, водно-физические и биологические свойства почв. Применяют в качестве сидератов подсевные культуры - преимущественно многолистный люпин и также пожнивные, такие как узколистный люпин, пелюшку, вику озимую и яровую, рапс озимый, горчицу, фацелию, редьку масличную и др. Возможно использование пожнивных культур на удобрение почв, а также на корм скоту. В качестве сидератов наибольшее применение находят бобовые. Эти культуры характеризуются высокой интенсивностью азотофикации, достигающей 385 кг молекулярного азота на 1 га сидератов [4].

Рекомендуют применение сидератов в севооборотах в сочетании с раноубираемыми культурами (озимой рожью, пшеницей, ячменем), что сокращает период оголенного состояния почвы и предотвращает ее водную и ветровую эрозии, а также миграцию подвижных элементов питания за пределы корнеобитаемого слоя почвы. Отмечается [4], что в специализированных оборотах сидераты уменьшают заболеваемость растений, повышают устойчивость их к вредителям, уменьшают засоренность полей, таким образом, выполняя фитосанитарную функцию. Процесс минерализации растительной массы сидератов, запаханных в почву, приводит к тому, что питательные вещества, особенно азот, поступают в течение всего вегетационного периода в растения равномерно. Это способствует более быстрому восстановлению вод, поступивших на поля орошения с площадей, занятых твердыми отходами.

На дерново-подзолистых почвах применение зеленых удобрений положительно сказывается на биологической активности почвы в результате увеличения количества почвенных микроорганизмов, особенно клубеньковых бактерий, и усиления ферментативной активности почвы. Установлено [4], что коэффициент биогенности, накопление аминокислот, дыхание и инвертазная активность почв при сидерации в 2,5 раза выше, чем без нее. При этом мощно развитая корневая система используемых сидератов пронизывает весь пахотный слой почвы, в результате чего существенно улучшаются ее физические свойства, т.е. повышается общая и особенно некапиллярная пористость, улучшается ее структура, аэрация, уменьшается плотность почвы, увеличивается количество водопрочных агрегатов.

Поля фильтрации рекомендуется располагать на участках, прилегающих к свалке со стороны понижения уровня грунтовых вод, сформировавшегося при возведении контурной противофильтрационной завесы (см. рисунок).

Сбор и отвод профильтровавшейся очищенной воды осуществляется с помощью материального дренажа, заложенного на глубине 1,5 м и имеющего выход в открытый канал, из которого она поступает в грунт и смешивается с грунтовыми водами, прошедшими с обеих сторон контура противофильтрационной завесы.

По контуру полей орошения рекомендуется высаживать иву и другие влаголюбивые насаждения. Ширину полосы лесонасаждения следует принимать, исходя из опыта проведения мелиоративных работ [2], равной 10-20 м.

Очищенные на полях фильтрации воды [2] имеют БПК 10-15 мг/л, стойкость 99% (т.е. они не загнивают) и содержат нитратов до 20 мг/л. Количество бактерий уменьшается на 99-99,9% по сравнению с содержанием их в исходной воде. При этом специальной дезинфекции такая вода не требует.

Успешная эксплуатация полей орошения обеспечивается благодаря тому, что вода подается достаточно осветленной, т.е. в значительной степени освобожденной от взвешенных частиц, пройдя механическую и биологическую очистку в секциях сборного резервуара. Кроме того, при отстаивании воды в секциях, из нее выделяется в осадок до 50-80% гельминтов [2], что снижает загрязнение ими почвы в 7-10 раз.

Предложенный комплекс биологических мероприятий по очистке загрязненного инфильтрата на свалках твердых бытовых отходов исключает загрязнение грунтовых и поверхностных вод и нормализует экологическую обстановку.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пат. 2336206 РФ, МПК B 65 G 5/00. Способ защиты грунтовых вод от загрязнения /А.С. Ведяшкин, В.А. Наумов, Н.Р. Ахмедова (Россия). - № 2007119208.

2. Яковлев С.В. Канализация: водоотведение и очистка сточных вод: учеб. пособие / С.В. Яковлев, Ю.М. Ласков. - М.: Стройиздат, 1987. - 319 с.

3. Дикаревский В.С. Отведение и очистка поверхностных сточных вод: учеб. пособие для вузов / В.С. Дикаревский, А.М. Курганов, А.П. Нечаев, М.И. Алексеев. - Л.: Стройиздат, 1990. - 224 с.

4. Мелиорация: Энциклопедический справочник / Белорус. Сов. Энциклопедия / под ред. А.И. Мурашко. - Мн.: Бел. СЭ, 1984. - 567с.

Размещено на Allbest.ru