Мембранне очищення фільтрату полігонів ТПВ

Проблема утилізації твердих побутових відходів (ТПВ) останнім часом стає актуальнішою як з екологічної, так і з економічної точки зору. На малюнку 1 показана динаміка зміни співвідношення основних видів перероблення та утилізації ТПВ з 1994 по 2014 роки в країнах Європейського Союзу. Згідно зі статистичними даними, в країнах Європейського Союзу (ЄС) у 2015 році було вироблено 240 мільйонів тонн ТПВ, з яких в середньому 47% піддалися переробленню і компостуванню, 27% - спалюванню і 25% - захороненню. Проте в деяких країнах понад 80% сміття все ще йде на полігони. Беручи до уваги, що в середньому по ЄС на одну людину припадає 477 кг/рік ТПВ, а населення регіону становить 740 млн жителів, можна порахувати, що понад 100 млн тонн твердих побутових відходів щорічно відправляється на полігони.

Утворення фільтрату полігонів

Однією з найсерйозніших проблем, що виникають при експлуатації полігонів ТПВ, є потрапляння в навколишнє середовище надзвичайно токсичного рідкого стоку або, так званого, фільтрату. Джерелами утворення фільтрату є опади, які, проходячи через шар відходів вимивають з них розчинні у воді речовини, а також продукти розкладання відходів органічного походження. Таким чином, річний обсяг фільтрату, що утворюється на полігонах можна оцінити, виходячи з середньорічного рівня опадів в регіоні і його площі, інтенсивності та площі випаровування, а також кількості та морфології відходів (таблиця 1).

Таблиця 1. Приклад розрахунку утворення фільтрату полігону ТПВ

У фільтраті містяться органічні відходи, що частково розклалися, продукти корозії металів і інші водорозчинні забруднення, зокрема кольорові й важкі метали, а також токсичні або біологічно активні забруднення антропогенного походження, такі як відходи фармацевтичної промисловості та мікрозабрудники.

Малюнок 2 - Полігон побутових відходів

Основними забрудненнями, що містяться в фільтратах, вважаються органічні сполуки, які характеризуються такими показниками як ГПК і БПК, мінералізація, амонійний азот і важкі метали. Концентрації цих компонентів залежать як від морфології відходів, так і від віку полігону. У таблиці 2 наведені середні концентрації забруднень в фильтратах полігонів.

Таблиця №2 Середні концентрації забруднень в фильтратах полігонів

Фільтрати полігонів являють серйозну загрозу для поверхневих і підземних водних ресурсів, у багатьох випадках з невидимим довгостроковим ефектом. Відсутність доступних і ефективних технологій та бізнес-моделей призвело до неадекватного поводження і незаконного захоронення відходів, попри цілий ряд директив ЄС, що стосуються поводження з твердими побутовими відходами. Хоча обсяги фільтратів, в порівнянні з муніципальними стічними водами, значно менші, їх токсичність і концентрованість становить серйозну загрозу для здоров'я людини та навколишнього середовища в результаті забруднення джерел питної води. Згідно з оцінками експертів, проблема фільтрату є актуальною не тільки для чинних полігонів, але також зберігається протягом десятків і навіть сотень років після їх закриття та рекультивації, являючи собою потенційну загрозу навколишньому середовищу, а також здоров'ю та безпеці населення.

Юридичне регулювання ситуації з сміттєвими полігонами

Директиви ЄС (The Landfill Directive 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)), регламентують обробку відходів і фільтрату звалищ. Основними цілями директив є зменшення кількості відходів, що розміщуються на звалищах, мінімізація негативного впливу звалищ на навколишнє середовище і зниження екологічних ризиків, пов'язаних з експлуатацією сміттєзвалищ. В Україні у 2012 р набрав чинності наказ Міністерства регіонального розвитку, будівництва та житлово-комунального господарства України № 421 «Про затвердження Методичних рекомендацій зі збирання, утилізації та знешкодження фільтрату полігонів побутових відходів». Зазначений документ рекомендує для очищення фільтратів використовувати фізичні, фізико-хімічні, хімічні та біохімічні методи.

Методи очищення фільтрату

Всі перераховані методи мають ті чи інші недоліки та обмеження щодо застосування, обумовлені складним фізико-хімічним складом фільтрату. Найбільш перспективним методом очищення фільтрату є застосування мембранної технології, заснованої на використанні полімерних тонкошарових зворотноосмотичних мембран. У світовій практиці для очищення фільтрату використовуються спеціальні мембранні модулі — з більш широкими каналами та особливою структурою спейсерів, що робить їх більш стійкими до забруднень (рис. 3). 

Рис.3 - Мембранный модуль Rochem Spacer Tube

Установки з використанням таких мембран експлуатуються на сотнях полігонів по всьому світу і знаходять визнання в якості галузевого стандарту. На мембранних елементах відбувається поділ фільтрату на дві фракції - 70-75% очищеного фільтрату (або пермеату) і 25-30% концентрованої фракції (або концентрату), що містить практично всі забруднення. Остання, в більшості випадків, повертається в тіло полігону або направляється на випарювання.

Описаний метод очищення фільтрату в залежності від кількості ступенів очищення дозволяє досягти:

• видалення органіки (ХПК, БПК) > 95% на один ступінь;
• видалення амонію ~ 80-90% на один ступінь;
• видалення розчинених солей і важких металів ~95-98% на один ступінь.

Якість очищення фільтрату достатня для того, щоб скидати його або в міську каналізацію, або в навколишнє середовище. ТОВ «НВО« Екософт» спільно з одним з піонерів і світових лідерів у виробництві мембранного обладнання німецькою компанією ROCHEM GmbH (Гамбург) пропонує контейнерні установки перероблювання фільтратів полігонів ТПВ в модульному виконанні. Установки передбачають наступні стадії очищення:

1. попередня фільтрація на самопромивних дискових фільтрах;
2. коригування рН;
3. груба механічна фільтрація на мультимедійних фільтрах;
4. тонка механічна фільтрація на картриджних фільтрах;
5. дозування антискаланта (реагенту, що перешкоджає утворенню експлуатаційних забруднень на поверхні мембран);
6. одно-, дво- або триступеневе очищення (в залежності від необхідної якості очищення) на спеціальних зворотноосмотичних мембранах типу ST останнього покоління;
7. фінішне сорбційне очищення і знезараження в разі особливих вимог до якості очищення.

Установки виготовляються як в мобільному контейнерному (Рис. 4), так і в стаціонарному (Рис. 5) виконанні. Компанія ROCHEM має багаторічний досвід виготовлення та експлуатації мембранних установок очищення фільтрату. Установки ROCHEM успішно експлуатуються більш ніж на шістдесят полігонах ТПВ в усьому світі.

Очищення стоків на Київському полігоні №5 у Підгірцях

Така технологія використовується і на Київському полігоні ТПВ № 5, де з 1998 року експлуатується мембранна установка ROCHEM продуктивністю 200-240 тонн фільтрату на добу. У 2014 році фахівцями української компанії ТОВ «НВО« Екософт »спільно з інженерами компанії ROCHEM була проведена діагностика роботи установки, за результатами якої були розроблені рекомендації по її модернізації. У 2015 році була модернізована морально застаріла система автоматичного управління (АСУ) технологічним процесом, замінені контрольно-вимірювальні прилади, електросилове устаткування, виконано капітальний ремонт насосів. В результаті виконаних робіт, після більш ніж 15 років експлуатації та дворічного простою, установка була знову пущена в експлуатацію з проєктною продуктивністю. Встановлена сучасна АСУ ТП (рис. 6) дозволяє фахівцям ТОВ «НВО« Екософт »і компанії ROCHEM здійснювати дистанційний моніторинг і коригування технологічних параметрів, забезпечуючи надійну і безпечну роботу устаткування.

З огляду на позитивний досвід експлуатації установки ROCHEM, у 2016 Київською міською адміністрацією було прийнято рішення про подальше нарощування продуктивності установки перероблення фільтрату.

У 2017 році ТОВ «НВО« Екософт» були виконані роботи з проєктування технічного переоснащення наявної установки з поетапним збільшенням продуктивності обладнання до 350 і 900 тонн фільтрату на добу. Розроблена проєктно-кошторисна документація отримала позитивний висновок Державної експертизи. У цьому ж році були виконані роботи першого етапу — змонтований і введений в експлуатацію додатковий мембранний модуль на 130 135 тонн фільтрату на добу. У 2018 р розпочато другий етап технічного переоснащення — виконані підготовчі роботи та постачання однієї контейнерної установки ROCHEM продуктивністю 200 м³/год. На сьогодні сумарна потужність установок з перероблення фільтрату на Київському полігоні № 5 становить 530-550 тонн на добу. 

25 квітня мер Києва В. Кличко перевірив роботу встановленого обладнання та анонсував, що у 2019 р заплановане постачання ще двох контейнерних установок ROCHEM і закінчення другого етапу технічного переоснащення Київського полігону ТПВ в Підгірцях з виходом на проєктну продуктивність 900- 950 тонн на добу.