Очистка фильтрата полигона ТБО: мембранные технологии

Журнал «Твердые бытовые отходы» № 06/2011

Крайняя изменчивость и непредсказуемость состава фильтрата, образуемого в результате химических и биохимических реакций на полигонах ТБО, делает эту жидкость трудной для очистки на типовых очистных сооружениях.

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.

На установках Reverse Osmosis (RO) Plant компании ООО «ЭКОКОМ» очистка осуществляется с помощью обратноосмотических мембран, характеризующихся минимальным размером пор (до 1 нм), соизмеримым с размером одиночных ионов, в 200 раз меньшим размера вирусов и 4 000 раз меньшим размера бактерий. Следовательно, обратноосмотические мембраны задерживают более 99,9% всех растворенных в воде химических и 100% биологических (паразитарных, бактериальных и вирусных) загрязнений.

Установка Reverse Osmosis (RO) Plant на полигоне ТБО «Тимохово»

Установка Reverse Osmosis (RO) Plant на полигоне ТБО «Тимохово»

Наиболее широко эти установки применяются для очистки фильтрата, образующегося на полигонах ТБО. В настоящее время они эксплуатируются на более чем 60 полигонах стран ЕС. В 2010 г. для минимизации негативного влияния на природные водные объекты установки Reverse Osmosis (RO) Plant были введены в эксплуатацию на полигонах ТБО «Тимохово» и «Хметьево» (Московская область).

Установка Reverse Osmosis (RO) Plant представляет собой специализированный Контейнер 40’, состоящий из нескольких секций, связанных между собой коммуникациями (трубопроводами и газоходами):

  • накопительного резервуара для фильтрата типа отстойника;
  • секции предварительной очистки, включающей 3 ступени;
  • секции обратного осмоса (глубокая очистка), включающей 1, 2 или 3 ступени;
  • накопительного резервуара пермеата (очищенной воды).

В состав установки также входят устройства для мониторинга и все приборы, необходимые для проведения измерения и управления.

Для защиты модулей обратного осмоса и обеспечения длительного срока службы фильтрат полигона предварительно очищается в несколько этапов. Вначале он проходит через мешочный фильтр из сложного полиэфира (размер пор — 150–50 мкм), где происходит очистка от механических (взвешенных) частиц. Далее — через песочные фильтры (размер частиц кварцевого песка — 0,4–3,15 мм, гидроантрацита — 0,6– 1,6 мм) в целях отделения, например, нерастворенных соединений оксидов металлов и крупнозернистого материала. При этом самые мелкие частицы осаждаются в патронном фильтре (размер пор — 10 мкм).

Чтобы избежать загрязнения мембран в результате образования накипи (процесса концентрационной поляризации), перед патронными фильтрами добавляется антискалант (ингибитор отложений), поэтому ингредиенты остаются растворенными в воде даже при высокой концентрации. Добавление серной кислоты поддерживает слабокислую среду (рН = 5,5–7), обеспечивает снижение риска засорения пор и повышение разделительной способности.

В секцию обратного осмоса в зависимости от степени загрязненности исходной воды и требуемой степени очистки входят от 1 до 3 ступеней. Каждая ступень состоит из одного или нескольких блоков (в зависимости от производительности установки). Основные компоненты блока — это мембранные модули, расположенные в напорной трубе, и рециркуляционный насос, подающий часть потока концентрата во время циркуляции. Между собой они связаны трубопроводом и установлены на стойке, тем самым формируя блок.

В установках используются специальные мембранные модули со спиральным корпусом, являющиеся одной из самых современных конструкций мембраны, которая предусматривает наличие перфорированной трубы в центре элемента, называемой трубкой пермеата. Вокруг этой трубки намотаны совместно навитые «конверты» мембранного материала, открывающиеся в сторону трубки для пермеата. Каждый из этих конвертов закрыт по входному и выходному краю. После прохождения через мембрану вода перемещается с помощью мелкой сетки по спирали и собирается в трубке для пермеата. Пермеат отводится с конца каждого элемента мембраны и является результатом процесса очистки фильтрата полигона.

Для достижения эффекта обратного осмоса и производства достаточного количества очищенной воды рабочее давление установки удваивается по отношению к осмотическому давлению фильтрата полигона. Исходя из этого, стандартное рабочее давление системы составляет 40–69 атм.

При использовании нескольких блоков концентрат фильтрата переходит на следующий блок ступени и после прохождения последнего в зависимости от проектного решения течет через управляющий клапан в резервуар концентрата или в распределительную станцию, а потом отводится в тело полигона. Благодаря этому происходят увлажнение отходов, оптимальный процесс биодеградации и минимизация времени стабилизации тела полигона.

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

Устройство и технология второй и третьей ступени установки обратного осмоса подобны первой ступени, отличие состоит лишь в отсутствии потока рециркуляции. Потоки очищенного на предыдущей ступени фильтрата (пермеата предыдущей ступени) управляются так же, как и на первой ступени.

Пермеат после прохождения ступеней покидает установку и либо собирается в резервуар хранения, либо сбрасывается в близлежащие водоем, реку. Качество очищенной воды проверяется проводимостью. В случае ошибки (поломка мембраны и т. д.) отвод некачественного пермеата предотвращается. Перед отводом при необходимости в пермеат добавляется натриевая щелочь для повышения уровня рН до требуемых значений (рН=6,5–8,5).

При очистке на установках Reverse Osmosis (RO) Plant 75–85% исходного фильтрата очищается до пермеата. Таким образом, технологическая схема установок Reverse Osmosis (RO) Plant предполагает высокую степень очистки фильтрата полигона от химических веществ и микроорганизмов.