Мембранная очистка полигонов ТБО

Проблема утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) в последнее время становится всё более и более актуальной как с экологической, так и с экономической точки зрения. На рисунке 1 показана динамика изменения соотношения основных видов переработки и утилизации ТБО с 1994 по 2014 годы в странах Европейского Союза. Согласно статистическим данным, в странах Европейского Союза (ЕС) в 2015 году было произведено 240 миллионов тонн ТБО, из которых в среднем 47% подверглись переработке и компостированию, 27% – сжиганию и 25% – захоронению. Тем не менее в некоторых странах более 80% мусора все еще идет на полигоны. Принимая во внимание, что в среднем по ЕС на одного человека приходится 477 кг/год ТБО, а население региона составляет 740 млн жителей, можно посчитать, что более 100 млн тонн твердых бытовых отходов ежегодно отправляется на полигоны.

Образование фильтрата полигонов

Одной из серьезнейших проблем, возникающих при эксплуатации полигонов ТБО, является попадание в окружающую среду чрезвычайно токсичного жидкого стока или, так называемого, фильтрата. Источниками образования фильтрата являются осадки, которые, проходя через слой отходов вымывают из них растворимые в воде вещества, а также продукты разложения отходов органического происхождения. Таким образом, годовой объем фильтрата, образующегося на полигонах можно оценить, исходя из среднегодового уровня осадков в регионе и его площади, интенсивности и площади испарения, а также количества и морфологии отходов (таблица 1).

Таблица 1. Пример расчёта образования фильтрата полигона ТБО

В фильтрате содержится частично разложившиеся органические отходы, продукты коррозии металлов и другие водорастворимые загрязнения, в том числе цветные и тяжелые металлы, а также токсичные или биологически активные загрязнения антропогенного происхождения, такие как отходы фармацевтической промышленности и возникающие микрозагрязнители.

Рисунок 2 - Полигон бытовых отходов

Основными загрязнениями, содержащимися в фильтратах, считаются органические соединения, которые характеризуются такими показателями как ХПК и БПК, минерализация, аммонийный азот и тяжелые металлы. Концентрации этих компонентов зависят как от морфологии отходов, так и от возраста полигона. В таблице 2 приведены средние концентрации загрязнений в фильтратах полигонов.

Таблица №2 Средние концентрации загрязнений в фильтратах полигонов

Фильтраты полигонов представляют серьезную угрозу для поверхностных и подземных водных ресурсов, во многих случаях с невидимым долгосрочным эффектом. Отсутствие доступных и эффективных технологий и бизнес-моделей привело к неадекватному обращению и незаконному захоронению отходов, несмотря на целый ряд директив ЕС, касающихся обращения с ТБО. Хотя объемы фильтратов, по сравнению с муниципальными сточными водами, значительно меньшие, их токсичность и концентрированность представляет серьезную угрозу для здоровья человека и окружающей среды в результате загрязнения источников питьевой воды. Согласно оценкам экспертов, проблема фильтрата является актуальной не только для действующих полигонов, но также сохраняется на протяжении десятков и даже сотен лет после их закрытия и рекультивации, представляя собой потенциальную угрозу окружающей среде, а также здоровью и безопасности населения.

Юридическое регулирование ситуации с мусорными полигонами

Директивы ЕС (The Landfill Di - rective 99/31/EC, Waste Framework Directive 2008/98/EC (EC, 2008), Urban Wastewater Treatment Directive 99/31/ EC (EC, 2001b), Water Framework Directive 2000/60/EC (OJEC, 2000)), регламентируют обработку отходов и фильтрата свалок. Основными целями директив являются уменьшение количества отходов, размещаемых на свалках, минимизация негативного воздействия свалок на окружающую среду и снижение экологических рисков, связанных с эксплуатацией свалок. В Украине в 2012 г. вступил в силу приказ Министерства регионального развития, строительства и жилищнокоммунального хозяйства Украины № 421 «Об утверждении Методических рекомендаций по сбору, утилизации и обезвреживанию фильтрата полигонов бытовых отходов». Указанный документ рекомендует для очистки фильтратов использовать физические, физико-химические, химические и биохимические методы.

Методы очистки фильтрата

Все перечисленные методы имеют те или иные недостатки и ограничения по применению, обусловленные сложным физико-химическим составом фильтрата. Наиболее перспективным методом очистки фильтрата является применение мембранной технологии, основанной на использовании полимерных тонкослойных обратноосмотических мембран. В мировой практике для очистки фильтрата используются специальные мембранные модули – с более широкими каналами и особой структурой спейсеров, что делает их более устойчивыми к загрязнениям (рис. 3).

Рис.3 - Мембранный модуль Rochem Spacer Tube

Установки с использованием таких мембран эксплуатируются на сотнях полигонов по всему миру и находят все более и более широкое признание в качестве отраслевого стандарта. На мембранных элементах происходит разделение фильтрата на две фракции – 70-75% очищенного фильтрата (или пермеата) и 25-30% концентрированной фракции (или концентрата), содержащей практически все загрязнения. Последняя, в большинстве случаев, возвращается в тело полигона или направляется на выпаривание.

Описанный метод очистки фильтрата в зависимости от количества ступеней очистки позволяет достичь:

• удаления органики (ХПК, БПК) > 95% на одну ступень;
• удаления аммония ~ 80-90% на одну ступень;
• удаления растворённых солей и тяжёлых металлов ~95-98% на одну ступень.

Качество очистки фильтрата достаточно для того, чтобы сбрасывать его либо в городскую канализацию, либо в окружающую среду. ООО «НПО «Экософт» совместно с одним из пионеров и мировых лидеров в производстве мембранного оборудования немецкой компанией ROCHEM GmbH (Гамбург) предлагает контейнерные установки переработки фильтратов полигонов ТБО в модульном исполнении. Установки включают в себя следующие стадии очистки:

1. предварительная фильтрация на самопромывных дисковых фильтрах;
2. корректировка рН;
3. грубая механическая фильтрация на мультимедийных фильтрах;
4. тонкая механическая фильтрация на картриджных фильтрах;
5. дозирование антискаланта (реагента, препятствующего образованию эксплуатационных загрязнений на поверхности мембран);
6. одно-, двух- или трёхступенчатая очистка (в зависимости от требуемого качества очистки) на специальных обратноосмотических мембранах типа ST последнего поколения;
7. финишная сорбционная очистка и обеззараживание в случае особых требований к качеству очистки.

Установки изготавливаются как в мобильном контейнерном (Рис. 4), так и в стационарном (Рис. 5) исполнении. Компания ROCHEM имеет многолетний опыт изготовления и эксплуатации мембранных установок очистки фильтрата. Установки ROCHEM успешно эксплуатируются более, чем на шестидесяти полигонах ТБО во всём мире.

Очистка стоков на Киевском полигоне №5 в Подгорцах

Такая технология используется и на Киевском полигоне ТБО № 5, где с 1998 года эксплуатируется мембранная установка ROCHEM производительностью 200-240 тонн фильтрата в сутки. В 2014 году специалистами украинской компании ООО «НПО «Экософт» совместно с инженерами компании ROCHEM была проведена диагностика работы установки, по результатам которой были разработаны рекомендации по её модернизации. В 2015 году была модернизирована морально устаревшая система автоматического управления (АСУ) технологическим процессом, заменены вышедшие из строя контрольно-измерительные приборы, электросиловое оборудование, выполнен капитальный ремонт насосов. В результате выполненных работ, после более чем 15 лет эксплуатации и двухлетнего простоя, установка была вновь пущена в эксплуатацию с проектной производительностью. Установленная современная АСУ ТП (рис. 6) позволяет специалистам ООО «НПО «Экософт» и компании ROCHEM осуществлять дистанционный мониторинг и корректировку технологических параметров, обеспечивая надёжную и безопасную работу оборудования.

Учитывая положительный опыт эксплуатации установки ROCHEM, в 2016 Киевской городской администрацией было принято решение о дальнейшем наращивании производительности установки переработки фильтрата.

В 2017 г. ООО «НПО «Экософт» были выполнены работы по проектированию технического переоснащения действующей установки с поэтапным увеличением производительности оборудования до 350 и 900 тонн фильтрата в сутки. Разработанная проектно-сметная документация получила положительное заключение Государственной экспертизы. В этом же году были выполнены работы первого этапа – смонтирован и введен в эксплуатацию дополнительный мембранный модуль на 130- 135 тонн фильтрата в сутки. В 2018 г. начат второй этап технического переоснащения – выполнены подготовительные работы и поставка одной контейнерной установки ROCHEM производительностью 200 м3/час. На сегодня суммарная мощность установок по переработке фильтрата на Киевском полигоне № 5 составляет 530-550 тонн в сутки. 25 апреля мэр Киева В. Кличко проверил работу установленного оборудования и анонсировал, что в 2019 г. запланирована поставка ещё двух контейнерных установок ROCHEM и окончание второго этапа технического переоснащения Киевского полигона ТБО в Подгорцах с выходом на проектную производительность 900- 950 тонн в сутки.