Теоретические основы биодеструкции твердых бытовых отходов и условия образования фильтрационных вод. Методы обработки фильтрата свалок бытовых отходов (биохимическая и физико-химическая), их характеристика. Ионообменная очистка воды от гуматов металлов.
При низкой оригинальности работы "Разработка методов очистки фильтрационных вод полигона захоронения твердых бытовых отходов", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Разработка методов очистки фильтрационных вод полигона захоронения твердых бытовых отходовСостав фильтрационных вод зависит от геологических, гидрогеологических, метеорологических, топографических факторов, морфологического состава твердых бытовых отходов, этапа жизненного цикла полигона, условий складирования отходов, и, главным образом, определяется процессами деструкции ТБО. Общий внешний приток воды (ПВ) в рабочее тело полигона определяется по формуле: ПВ=АО РФ ПС (-ПС)-ЕТ-ЭТ П КП ИВП-Фи ИВГ где АО - атмосферные осадки; РФ - рециркуляция фильтрата (полив, увлажнение); ПС - поверхностный сток с полигона; ЕТ - испарение с поверхности, не покрытой растительностью; ЭТ - эвапотранспирация (суммарное испарение воды растительностью); П - вода, содержащаяся в почвенном слое; КП - конденсация паров воды в почвенном слое; ИВП - вода, фильтрующаяся из поверхностных водных объектов в рабочее тело полигона; Фи - фильтрат, инфильтрующийся из рабочего тела полигона в подземные (грунтовые) водоносные горизонты; ИВГ - вода, инфильтрующаяся из подземных (грунтовых) водоносных горизонтов в рабочее тело полигона. Расход фильтрата (РФ), содержащегося в рабочем теле полигона рассчитывается следующим образом: РФ=(ПВ О Ш ВР-Фи-ФД)-А где ПВ - общий внешний приток воды в рабочее тело полигона; О - вода, содержащаяся в отходах; Ш - вода, содержащаяся в илах, шламах задепонированных на полигоне; ВР - вода, образующаяся или потребляемая в процессе разложения отходов; Фи - фильтрат, инфильтрующийся из рабочего тела полигона в подземные (грунтовые) водоносные горизонты; ФД - фильтрат, отводимый из дренажной системы; А - площадь рабочего тела полигона. Для более полного определения расхода фильтрата существуют многочисленные формулы, позволяющие рассчитать величину ЕТ и ЭТ для различных климатогеографических зон; величину ПС в зависимости от угла наклона поверхности рабочего тела полигона, степень его покрытости растительностью, характера поверхности и т.д., расхода атмосферных осадков с учетом их равномерности, продолжительности ливней, их расхода во времени, характера снеговых явлений, скорости снеготаяния и т.д.; движение воды через слой отходов, водонасыщенности отходов; достаточности экранов, препятствующих инфильтрации и фильтрации воды из рабочего тела полигона и в него и т.д. Зная сумму годовых осадков, испаряемость, объем поверхностного стока и поглощение воды отходами, можно ориентировочно определить количество фильтрата, который может образоваться в рабочем теле полигона: Qф=(АО-Е-ПС-Оп-Фп)*А*103 где Qф - расход фильтрата, м3/год; АО - атмосферные осадки, мм/год; Е - испаряемость, мм/год; ПС - поверхностный сток, мм/год; Оп - поглощение воды отходами, мм/год; Фп - утечка через защитный экран, мм/год; А - площадь рабочего тела полигона, м2.
План
Содержание железа находят визуально по интенсивности окраски пробы и шкалы стандартных растворов.
Концентрация меди в растворе также определяется комплексонометрическим методом с индикатором мурексидом.В качестве модельных растворов использовались гумусовые вещества и растворы гуматов металлов.
2.2 Методики проведения экспериментов
Исследования по очистке фильтрационных вод полигонов ТБО проводили на модельных и реальных растворах фильтрационных вод.
Эксперименты осуществляли в статических и динамических условиях.
При проведении статических экспериментов определяли оптимальную дозу сорбента, необходимую для эффективной очистки. Для этого дозу сорбента в экспериментах варьировали в широких пределах 5-25 г/дм3. Концентрация исходных растворов составляла 100-500 мг/дм3.
Сорбционную емкость материалов определяли по формуле:
где: А - статическая сорбционная емкость, мг О2/г;
Со, Ср - исходная и равновесная концентрация фильтрационных вод по ХПК, мг О2/дм3;
V - объем исследуемой воды, л;
m - доза сорбента, г.
На основании полученных данных строили изотермы адсорбции и ионного обмена.
Динамические испытания проводили в сорбционных колонках диаметром 15 мм с высотой слоя сорбента 25 см. Анализируемый раствор пропускали через слой сорбента со скоростью 250 мл/час или м/час до полного проскока.
По полученным данным строили выходные кривые сорбции.
Эффективность очистки контролировали по цветности и содержанию ионов металлов в очищенной воде, которые определяли по известным общепринятым методикам, //.
2.3 Исследование очистки фильтрационных вод и модельных растворов от ионных примесей
2.3.1 Исследование ионообменной очистки воды от гуматов металлов
На выбранных материалах исследовалась возможность извлечения ионов Fe3 и Cu2 из модельных растворов, содержащих соли и гуматы этих металлов.
Концентрация ионов металлов в модельных растворах, содержащих хлориды металлов, составляла 500 мг/л.
В результате экспериментов, проводимых в статических условиях, были определены емкости материалов при равновесной концентрации 100 и 50 мг/л, которые представлены в таблице 9.
Исходные материалы обладали разной плотностью и для более корректного сравнения их активности ионообменные емкости рассчитывали в мг/л.
Как видно из приведенных данных, наибольшей ионообменной способностью при извлечении гидратированных ионов металлов обладает диатомит.
Как уже отмечалось, в фильтрационных водах, а также в природных водах, ионы тяжелых металлов чаще всего находятся в виде комплексных высокомолекулярных ионов - гуматов металлов. В работе была исследована очистка модельных растворов, содержащих гуматы железа и меди ( Fe3 и Cu2 ) на выбранных материалах.
Полученные результаты по извлечению высокомолекулярных ионов металлов и осветлению модельных растворов представлены в таблице 10. Исходная цветность составляла 250 0 Цв, концентрация ионов Fe3 и Cu2 - 500 мг/л.
Результаты показывают, что наибольшей сорбционной и осветляющей способностью обладают недожог, шлак, отход АУ.
Диатомит, являясь узко микропористым материалом, практически не способен извлекать крупные молекулы гуматов.
Недожог (сорбент -Н) и отход АУ, характеризующиеся развитой удельной поверхностью и высокой порозностью, являются эффективными и дешевыми материалами для извлечения высокомолекулярных соединений из фильтрационных вод.
Достаточно высокая емкость шлака на единицу веса объясняется более высокой насыпной плотностью этого материала по сравнению с сорбентом-Н (dшл.=800 г/дм3, dсорб-Н =240-250 г/дм3).
Таблица 10. Сорбционные и ионообменные характеристики материалов
На выбранных сорбционных материалах в статических условиях проведены исследования по адсорбции гумусовых веществ из модельных растворов.
В экспериментах дозу сорбентов в модельном растворе варьировали в пределах 2-10 г/л, степень очистки контролировали по цветности.
Исходную цветность изменяли от 100 до 2000 Цв.
Полученные результаты представлены в таблице 11. Как видно из представленных данных, наибольшей адсорбционной способностью обладает сорбент-Н, характеризующийся развитой мезо-пористой структурой. Размер частиц гумусовых соединений соизмерим с размерами мезопор, чем и объясняет высокая степень очистки растворов на этом сорбенте.
Таблица 11. Адсорбция гумусовых веществ на исследуемых материалах
№ Сорбент Исходная цветность, град. Цветность очищенного раствора Степень очистки, %
В работе была также исследована очистка модельных растворов, содержащих гуматы железа (Fe3 ), на диатомите и недожоге в динамических условиях. (См. рис. 4)
Результаты показывают, что наибольшей сорбционной и осветляющей способностью обладает сорбент-Н (недожог). Он характеризуется развитой удельной поверхностью и высокой порозностью, является эффективным и дешевым материалом для извлечения высокомолекулярных соединений из фильтрационных вод.
Диатомит, являясь узко микропористым материалом, практически не способен извлекать крупные молекулы гуматов.
Расчет показателей.
Концентрация ионов Fe 3 и Cu 2 рассчитывается по формуле
На основании полученных данных построили график зависимости концентрации от объема для диатомита и сорбента-Н.
Рис. 5. График зависимости концентрации от объема для диатомита и сорбента-Н
Проведенные исследования показали, что выбранные фильтрующие материалы: сорбент-Н, шлак, отход угля, диатомит обладают удовлетворительными сорбционными свойствами.
Большей сорбционной и ионообменной емкостью по отношению к гумусовым веществам и гуматам металлов обладают макро- и мезопористые образцы сорбентов (сорбент-Н, отход угля).
Проведенные исследования позволили разработать многослойный фильтр для осветления и удаления ионных примесей из фильтрационных вод полигонов ТБО.
Сорбционные материалы в фильтре расположены в соответствии с их ионообменной способностью, крупностью и насыпной плотностью.
Слой диатомита необходим для доочистки фильтрационных вод от ионов металлов, не связанных в комплексное соединение.
Контроль качества очистки проводили по цветности и величине ХПК. Эффективность работы фильтра составила 92-95%.
2.4 Исследование биосорбционной очистки фильтрационных вод и модельных растворов
С целью установления возможности образования на поверхности углеродсодержащих сорбентов биопленки, были проведены предварительные лабораторные эксперименты.
Для этого, через выбранные для исследования материалы пропускали фильтрат и по величине ХПК исходной и очищенной воды определяли степень очистки. Эксперимент проводили в статических условиях.
В емкость загружали 25 г сорбента и заливали 200 г фильтрационной воды. На третий день определили ХПК бихроматным методом.// По снижению ХПК определили степень очистки фильтрационных вод выбранными сорбентами.
Результаты представлены на рисунке 7.
Рис.7. Диаграмма
Приведенные данные показывают, что высокая степень очистки фильтрата достигается на шлаке и недожоге.
Далее в работе была исследована возможность образования биопленки на поверхности шлака, недожога, скопа, отхода производства АУ, а также установление времени появления биопленки и характера обрастаний.
Работу выполняли с использованием установок, моделирующих процессы фильтрации воды в капельных биофильтрах (рис.8). В фильтрационные колонки загружали отходы производства - шлак, недожог, отход угля, скоп (объемом 486 см3), и ежедневно орошали их фильтрационной водой. Периодически отбирали пробы материала для микроскопического исследования, которое на 12 день эксперимента показало наличие на их поверхности бактериальных скоплений, нитей грибов и простейших (коловраток, жгутиковых, нематоды, polytoma uvella, spirillum undila, euglena viridis). См. таблицу 13.
Появление биопленки свидетельствует о возможности протекания процессов биоокисления органически примесей фильтрационных вод на выбранных сорбентах. Все выбранные материалы могут быть использованы в качестве загрузочных для биосорбционного фильтра, совмещающего процессы физико-химической сорбции и биохимического окисления.
Скоп Бактериальные скопления, большое разнообразие простейших.
3. Технологическая часть
3.1 Технологические расчеты
Очистка фильтрационных вод проходит в две стадии: I стадия - ионообменная очистка;
I I стадия - очистка на биосорбционном фильтре.
Состав фильтрационных вод до и после очистки представлен в таблице 14.
Таблица14. Концентрации загрязняющих веществ в фильтрационных водах типичных ТБО
Показатели Исходный фильтрат до очистки фильтрат после I ст. очистки Фильтрат после I I ст. очистки
ХПК, мг О2/л 1500 800-900 60-50
БПК, мг О2/л 180 110-120 30
Цветность, ОЦ 250 80-100 20-40
Медь, мг/л 1,3 1,0 0,0
Железо, мг/л 39,9 0,3 0,3
3.1.1 Объем фильтрационных вод
Площадь полигона = 36 га = 36*104 м2
Объем фильтрационных вод = 36*104*0,3 = 108 000 м3/год из расчета, что количество осадков, выпадающих на 1м2 площади, составляет 0,3м в год.
3.1.2 Расчет площади пруда - накопителя
Предполагается, что ионообменный фильтр будет работать 6 месяцев в году (с мая по октябрь), тогда объем фильтрационных вод за 6 месяцев составит 54 000 м3. С учетом коэффициента запаса 1,5 объем фильтрата = 54 000*1,5 = 81 000 м3.
Пруд - накопитель представляет собой прямоугольную емкость из железобетонных панелей. При высоте = 2,5 м, его площадь будет равной 81 000 : 2,5 = 32 400 м2 = 162м*200м
3.1.3 Очистка в ионообменном фильтре
Ионообменный фильтр состоит из цилиндрических железобетонных колец.
Объем перерабатываемых вод = 81 000 м3.
Производительность фильтра = 81 000 м3 : 6 месяцев : 30 дней = 450 м3/сутки.
Ионообменная установка включает блок, состоящий из трех фильтров, при этом, при промывке одного из фильтров, работает два с большой скоростью. Десятиминутная промывка предполагается через каждые 24 часа со скоростью 7 м/час.
3.1.4 Расчет слоев загрузки
Ионообменный фильтр состоит из двух слоев: нижний - диатомит, верхний - шлак, высота каждого слоя сорбента = 1м.
Объем шлака = = 3,14 м3.
Объем диатомита = = 3,14 м3.
Масса шлака = V = 2,515 т.
Масса диатомита = V = 2,072 т. масса шлака на три фильтра 6,3 т. масса диатомита на три фильтра 7,6 т.
3.1.5 Расчет площади биосорбционного фильтра
Биосорбционный фильтр представляет собой прямоугольную емкость из железобетонных панелей. Фильтр работает в капельном режиме и состоит из 4 слоев, расположенных снизу вверх :I - гравий; I I - шлак; I I I - недожог; IV - кора. бытовой отход фильтрационная вода биодеструкция
При расчете биофильтра необходимо определять коэффициент k = L0/Lt, где L0 - исходная БПК, Lt - конечное БПК. Высоту фильтра и гидравлическую нагрузку g определяют с учетом средне зимней температуры фильтрационной воды и вычисленного значения k.
При температуре 10 ОС , рабочей высоте фильтра 1,5 м, коэффициенте k = 4 (из расчета L0 = 120 мг О2/л, Lt = 30 мг О2/л) гидравлическая нагрузка = 2,5 м3/м2 сутки (САНПИН №4630-88)
А = где Q - расход фильтрационных вод, g - гидравлическая нагрузка / САНПИН № 4630-88/
Площадь биосорбционного фильтра А = 450/2,5 = 180 м2 = 10 м*18 м.
Технологическая высота фильтра = 2,5 м.
3.1.6 Расчет объема загрузки сорбентов для биосорбционного фильтра
Рабочий объем загрузки V = А* h , где А - площадь фильтра, h - рабочая высота фильтра V = 180*1,5 = 270 м3.
Объем слоя сорбента = площадь слоя * высоту слоя
Масса слоя сорбента = плотность слоя * объем слоя
Результаты расчетов представлены в таблице 15.
Таблица 15. Результаты расчетов
Сорбент Высота слоя, см Масса слоя, т Объем слоя, м3
Окислительная мощность ОМ = =150 г/м3 , где = 120-30 = 90 мг О2/л.
3.1.7 Расчет площади сборника для очищенных фильтрационных вод
Сборник очищенных фильтрационных вод представляет собой прямоугольную емкость из железобетонных панелей. Объем фильтрационных вод за 6 месяцев составит 54 000 м3. Приняв высоту сборника = 2,5 м, его площадь составит 54 000 : 2,5 = 21 600 м2.
3.2 Разработка технологической схемы очистки фильтрационных вод
Технологическая схема очистки фильтрационных вод включает пруд - накопитель фильтрата, блок, состоящий из трех фильтров ионообменной очистки, биосорбционный фильтр, сборник очищенных фильтрационных вод.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
