Очистка фильтрата полигона ТБО с помощью мембранных технологий

Журнал «Твердые бытовые отходы» № 02/2011

Уже на протяжении многих лет процесс обратного осмоса успешно используется для обработки фильтрата полигона ТБО. Процесс обратного осмоса — физический процесс, основанный на прохождении воды или других растворителей через полупроницаемую синтетическую мембрану из более концентрированного в менее концентрированный раствор в результате воздействия давления, превышающего разницу осмотических давлений обоих растворов. Эффективность обратного осмоса оценивают по селективности мембраны — способности удерживать ионы и молекулы разного размера, а также по удельной производительности единицы поверхности.

Так Установки Reverse Osmosis (RO) Plant компании ООО «ЭКОКОМ» предполагают очистку с помощью обратноосмотических мембран, которые характеризуются минимальным размером пор (до 1 нм), соизмеримым с размером одиночных ионов, в 200 раз меньшим размера вирусов и 4000 раз меньшим размера бактерий. Поэтому обратноосмотические мембраны задерживают более 99,9% всех растворенных в воде химических и 100% биологических (паразитарных, бактериальных и вирусных) загрязнений.

Наиболее широкое применение установки Reverse Osmosis (RO) Plant находят для очистки фильтрата полигонов ТБО. В настоящее время они эксплуатируются более чем на 60 полигонах Германии, а также на 10 полигонах в Португалии, 7 — в Греции, 6 — во Франции, а также на полигонах на Мальте, в Австрии, Великобритании, Польше, Румынии, Корее и Малайзии. В 2010 году для минимизации негативного влияния на природный водный объект для очистки фильтрата полигона были введены в эксплуатацию на полигоне ТБО «Тимохово» и полигоне ТБО «Хметьево», Московская область, одни из таких Установок.

Установки «Reverse Osmosis (RO) Plant» изготавливаются в специализированном контейнере 40 футов (рис. 1) из нескольких секций:

  • накопительный резервуар для очищаемой воды типа отстойника;
  • секция предварительной очистки;
  • секция обратного осмоса, включающая 1, 2 или 3 ступени, в зависимости от степени загрязненности исходной воды и требуемой степени очистки;
  • накопительный резервуар для пермеата (очищенной воды).

Секции связаны между собой коммуникациями (трубопроводами и газоходами).

Технологическая схема установки Reverse Osmosis (RO) Plant представлена на рис. 2.

Для защиты модулей обратного осмоса и для обеспечения длительного срока службы вода предварительно очищается в несколько этапов.

В первую очередь сточные воды проходят через мешочный фильтр из сложного полиэфира (с размером пор 150, 100, 50 мкм), где происходит очистка от механических (взвешенных) частиц. Далее сточные воды идут через песочный фильтр (с размером частиц кварцевого песка 0,4–3,15 мм и гидроантрацита 0,6–1,6 мм) с целью отделения, например, нерастворенных соединений оксидов металлов и крупнозернистого материала. Следом за этим самые мелкие частицы осаждаются в фильтре со сменными фильтрующими элементами — патронном фильтре (с размером пор 10 мкм).

Чтобы избежать загрязнения мембран, вызываемого отложением солей в результате концентрационной поляризации (образования накипи), перед фильтрами со сменным фильтрующим элементом добавляется так называемый антискалант (ингибитор отложений, смягчитель). Этим обеспечивается то, что ингредиенты остаются растворенными в воде даже при высокой концентрации.

Добавление серной кислоты поддерживает слабокислую среду (рН = 5,5–7) и, тем самым обеспечивает снижение риска засорения пор и повышение разделительной способности.

В секцию обратного осмоса в зависимости от качества исходной воды и требуемой степени очистки входят несколько ступеней (от 1 до 3). Каждая ступень состоит из одного или нескольких блоков, число которых зависит от производительности установки. Основными компонентами блока являются мембранные модули, расположенные в напорной трубе, а также рециркуляционный насос, подающий часть потока концентрата во время циркуляции.

В установках Reverse Osmosis (RO) Plant используются специальные мембранные модули со спиральным корпусом, которые являются одной из самых современных конструкций мембраны, которая предусматривает перфорированную трубу в центре элемента, называемую трубкой продукта или трубкой пермеата (очищенной воды). Вокруг этой трубки намотаны один или более совместно навитых «конвертов» мембранного материала, открывающихся в сторону трубки для пермеата. Каждый из этих конвертов закрыт по входному и выходному краю. Таким образом, когда вода протекает или проникает через мембрану, она перемещается с помощью мелкой сетки, называемой каналом пермеата, по спирали и собирается в трубке для пермеата. Пермеат отводится с конца каждого элемента мембраны и является результатом процесса очистки фильтрата полигона.

Чтобы достигнуть эффекта обратного осмоса, необходимо приложить давление, превышающее осмотическое давление концентрированной жидкости. Чтобы производить достаточное количество очищенной воды, рабочее давление установки удваивается по отношению к осмотическому давлению фильтрата полигона. Поэтому стандартное рабочее давление системы составляет 40–69 бар. Факторами, влияющими на необходимое давление, являются температура необработанной воды, TDS (общее содержание растворенных твердых веществ) необработанной воды, возраст и загрязнение мембраны.

Модули 1-й ступени установки Reverse Osmosis (RO) Plant, расположенные в напорной трубе, устанавливаются на стойке, связанной с трубопроводом и рециркуляционным насосом, таким образом происходит формирование блока.

Регулируемый поршневой насос создает давление, необходимое для процесса обратного осмоса.

Рециркуляционный насос, устанавливаемый в 1-й ступени установки, подает часть потока концентрата во время циркуляции и, тем самым, создает постоянные условия, т. е. необходимую скорость избыточного потока жидкости на поверхности мембраны.

При использовании нескольких блоков, концентрат, соответственно, переходит на следующий блок ступени. После прохождения последнего блока, концентрат в зависимости от конкретного проектного решения течет через управляющий клапан в резервуар концентрата или в распределительную станцию и далее отводится в тело полигона. Благодаря этому происходит увлажнение отходов и, следовательно, идет оптимальный процесс биодеградации и минимизация времени стабилизации тела полигона. В ходе многолетних исследований в Германии и Австрии было доказано, что возвращение концентрата на полигон ТБО не приводит к ухудшению качества фильтрата полигона, и концентрации в нем вредных веществ остаются постоянными.

При использовании нескольких ступеней обратного осмоса пермеат, образующийся на предыдущей ступени, снова очищается на следующей ступени.

Устройство и технология второй и третьей ступени установки обратного осмоса подобны 1-й ступени, отличие лишь в том, что нет потока рециркуляции. Потоки очищенного в предыдущей ступени фильтрата (пермеата предыдущей ступени) управляются тем же самым путем, как и на 1-й ступени.

Пермеат после прохождения ступеней покидает установку и в зависимости от конкретного проектного решения или собирается в резервуар хранения, или сбрасывается в близлежащие водоем, реку. Качество проверяется проводимостью, которая в случае ошибки (поломка мембраны и т. д.) предотвращает отвод некачественного пермеата. Перед поступлением в резервуар, близлежащие водоем или реку, в случае необходимости, в пермеат добавляется натриевая щелочь для повышения уровня рН до требуемых значений (рН = 6,5–8,5).

При очистке сточных вод на установках Reverse Osmosis (RO) Plant, в частности, фильтрата полигона ТБО, 75–85% исходной воды очищается до пермеата.

Таким образом, технологическая схема установок Reverse Osmosis (RO) Plant предполагает высокую степень очистки сточных вод, в данном случае фильтрата полигона ТБО, от химических веществ и микроорганизмов.