Введение к работе
з
Актуальность темы диссертации. В настоящее время серьезную угрозу загрязнения гидросферы представляют фильтрационные (фильтрат) и поверхностные стоки с полигонов (свалок) твердых бытовых отходов (ТБО), содержание значительные концентрации органических и высокотоксичных соединений, в гом числе 1,2,3-го классов опасности (ртуть, цианиды, нитриты, кадмий, свинец, мышьяк, аммиак, дихлорэтан, нитраты, никель, цинк, хром и др). Мировые техно-"іогии комплексной очистки стоков (фильтрата) ТБО от загрязнений сопряжены :о значительными экономическими затратами и образованием значительных эбъемов шламов и осадков.
Особую проблему в России представляют также отработанные (закрытые) :валки. Вытекающие из таких свалок стоки являются опасными источниками за--рязнения поверхностных и подземных вод в течение как минимум 50-100 лет, а по некоторым литературным данным процесс вымывания загрязняющих веществ из свалки продолжается до 950 лет. Планирование очистных сооружений с применением известных физико-химических и биологических (аэробных и анаэробных) методов на столь длительный период невозможно и экономически нецелесообразно. В настоящее время практически не решены прикладные задачи по биологической рекультивации свалок, очистке сточных вод на закрытых полигонах и реабилитации объектов биосферы, загрязненных стоками ТБО.
Практические вопросы по проблеме сбора, обезвреживания и очистки стоков ТБО становятся всё более актуальными в России и странах СНГ в связи с необходимостью разработки природоохранных мер при проектировании и строительстве санитарных полигонов для захоронения ТБО.
Назрела необходимость создания технологий, направленных на управление процессами биодеструкции отходов на свалках бытового мусора, стимулирующих процессы минерализации ТБО и способствующих сокращению «жизненного цикла» свалки. Следует также учитывать, что свалки бытового мусора являются потенциальными источниками образования ценного газа - метана, поэтому свалка не должна быть неуправляемой, ее следует рассматривать как своего рода биореактор. Оптимизация управления и работы реакторов такого типа может привести к полной переоценке мест складирования ТБО и существенным изменениям в стратегии переработки отходов.
Поэтому тематика настоящей работы, направленной на разработку экологически рационального способа очистки дренажных стоков ТБО, представляется своевременной и актуальной.
Целью работы являлось установление новых и уточнение существующих закономерностей рН - регулирования рециркулируемых.стоков ТБО методом известкования на первой ступени их очистки, влияния естественной экологической системы при гидроботанической (биологической) очистке стоков ТБО для совершенствования комплексной схемы и повышения, в целом, уровня экологи-
ческой безопасности эксплуатации полигонов ТБО. ,
Идея работы заключается в том, что повышение эффективности комплексной схемы очистки стоков ТБО достигается учетом специфики состава отходов, интенсивности биохимических процессов, протекающих в массе ТБО и внешними термодинамическими условиями при адаптации схемы очистки к конкретным ландшафтным условиям.
Основные научные положения, защищаемые автором, сформулированы следующим образом:
основным фактором, влияющим на скорость процесса перехода состава фильтрата ТБО из кислотной среды в щелочную в массиве ТБО, характеризующуюся повышенным содержанием биогенного метана является влажность отходов;
сокращение кислотной стадии биодеструкции отходов обеспечивается рециркуляцией предварительно произвесткованным дренажным фильтратом в отходах;
постановка задачи оптимального управления процессами на полигоне ТБО обеспечивает возможность определения закона управления рециркулируемым потоком фильтрата для поддержания оптимальных значений влажности и рН;
использование естественной экологической системы (ассоциаций макрофи-тов), сформированной на отработанных полигонах ТБО способствует эффективной очистке стоков ТБО.
Новизна основных научных и практических результатов заключается в следующем:
разработана схема очистки стоков ТБО, направленная на сокращение времени выделения опасного кислотного фильтрата, отличающаяся тем, что она позволяет варьировать ступенями очистки в зависимости от изменений в химическом составе фильтрационных стоков, обеспечивающей в течение длительного периода времени очистку стоков ТБО от загрязнений до ПДК при сравнительно невысоких затратах;
выявлены основные факторы, влияющие на скорость биодеградации отходов и самоочищаемость фильтрата на полигонах ТБО, важнейшим из которых является зависимость «рН - влажность ТБО»;
определены приоритетные факторы, максимально влияющие на количество образующегося фильтрата: атмосферные осадки, поверхностный сток и инфильтрация влаги в отходы. Установлена зависимость изменения количества фильтрата от сезона (климатической зоны) и влажности поступающих на полигон отходов. Выявлена тенденция уменьшения количества образующегося фильтрата в зависимости от увеличения интенсивности процессов испарения - транспирации на полигоне ТБО;
обоснован способ очистки фильтрата ТБО от тяжелых металлов, включающий предварительную обработку буферным раствором в процессе многократной рециркуляции сквозь ТБО, отличающийся тем, что в качестве реагента используют раствор Са(ОН)2, который активно смешивают с фильтратом до достижения рН = 9,0-9,5;
5 получены данные о возможности очистки фильтрата высшей водной расти-гльностью (ВВР), подобранной среди эврибионтных форм, естественно сформи-завшихся на сильноувлажненных участках полигонов и свалок ТБО Пермского -иона, для использованиях ее в качестве агента очистки на гидробиологических истных сооружениях стоков ТБО;
установлено, что предварительное известкование фильтрата (до рН=8,0-8,5) ред биологической очисткой с использованием водной растительности способст-ет высокому эффекту очистки от тяжелых металлов (70-35%);
обоснован способ очистки стоков ТБО на полигоне при использовании ком-ексов ВВР, определены нормы высадки, время и динамика очистки стоков на гид-биологических сооружениях с учетом сезонности и конструкций;
разработаны методические указания по выбору технологии очистки фильтрата эекомендации по проектированию очистных сооружений фильтрата ТБО;
Достоверность научных положений и результатов проведенных иссле->ваний подтверждается:
удовлетворительной сходимостью результатов аналитического решения, ла-іраторньїхи натурных (полевых) экспериментов;
достаточно представительным объемом лабораторных и натурных экспери-SHTOB, результаты которых свидетельствуют об адекватности разработанных по-іжений и обоснованности выводов и рекомендаций;
корректным применением современных методов исследования и расчета па-іметров комплексной схемы очистки стоков ТБО с использованием электронно-мислительной техники.
Практическая реализация работы. По результатам исследований разрабо-ны методические указания и рекомендации по проектированию очистных сооруже-ш для фильтрата ТБО, которые использованы комитетом по охране природы г. эаснокамска при составлении проектной документации по строительству городско- полигона для твердых и нетоксичных отходов и комитетом по охране природы г. ытвы при проектировании и строительстве второй очереди нового городского по-ігона ТБО. Результаты законченной научно-исследовательской работы по раз-зботке рекомендаций по проектированию и строительству гидротехнических соору-ений с целью мониторинга объектов гидросферы внедрены на санитарном полиго-э ТБО для г. Слонима. Теоретические положения и результаты научных исследо-аний используются в лекциях при чтении курса «Безопасность жизнедеятельности» Пермском государственном техническом университете и включены в методическую учебную литературу для студентов Пермского филиала Нижегородского экономи-эского техникума по курсу «Экологические основы природопользования».
Апробация работы. Результаты научных исследований по теме диссерта-ии доложены на Международной научной конференции студентов и молодых 4ёных «Проблемы охраны окружающей среды на урбанизированных территори-х» (Пермь, 1996); Болгаро-Российской научной конференции молодых учёных, спирантов и студентов «Проблемы окружающей среды на урбанизированных
6 территориях» (Пермь, июнь 1997 - Варна, август 1997); Региональной научно-технической конференции «Экология города» (Пермь, 1998); XXIX научно-технической конференции ПГТУ (Пермь, 1998); на Международной научно-технической конференции «Энергосбережение, экология и безопасность» (Тула, 1999), а также на областных (г. Пермь) научно-технических конференциях в 1996 -1999 гг.
Связь работы с крупными научными программами, темами. Диссертационная работа выполнена в рамках целевой федеральной программы «Отходы» на 1996 - 2000 гг., целевой комплексной программы «Охрана окружающей среды Пермской области на 1996 - 2000 гг.» и целевой комплексной программы «Экология Западного Урала (Разработка методов обезвреживания и утилизации ТБО и ПО на полигонах)».
Полнота изложения положений и результатов, выносимых на защиту, в опубликованных работах. Результаты научных исследований по теме диссертации изложены в 24 публикациях, 10 из которых представлены в автореферате.
Объем и структура работы. Работа изложена на 184 страницах, включает 22 иллюстрации и 15 таблиц на 39 страницах, 169 наименований использованных литературных источников на 15 страницах, 4 приложения на 16 страницах.
Автор выражает благодарность д.м.н., профессору Я.И.Вайсману, д.т.н. В.Н. Кондратьеву, к.с.н. B.C. Брезгунову (Бел НИИ мелиорации и луговодства), к.т.н. К.И. Фролову (Пермводоканал) за методическую помощь и высококвалифицированные консультации, а также всем сотрудникам кафедр «Охраны окружающей среды» и «Безопасности жизнедеятельности» Пермского государственного технического университета за доброжелательное отношение и помощь при проведении научных исследований.