WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 |

Снижение экологической нагрузки полигонов тбо на объекты гидросферы на завершающих этапах жизненного цикла

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ШИШКИН ЯКОВ СЕРГЕЕВИЧ

Снижение экологической нагрузки полигонов ТБО на объекты гидросферы на завершающих этапах жизненного цикла

03.00.16 - экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Пермь 2007

Работа выполнена в Пермском государственном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Глушанкова Ирина Самуиловна

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Басов Вадим Наумович

кандидат технических наук

Тагилов Михаил Алексеевич

Ведущая организация: Академия Коммунального хозяйства

им. К.Д. Памфилова, г. Москва

Защита состоится 16 мая 2007 г. в 1600 часов на заседании диссертационного совета Д 212.188.07 при Пермском государственном техническом университете, по адресу: 614990 г. Пермь, Комсомольский пр., 29, ауд. 423, главного корпуса.

Факс (342) 239-17-72

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного технического университета.

Автореферат разослан 16 апреля 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Рудакова Л. В.

Общая характеристика работы

Актуальность работы.

Снижение негативного воздействия полигонов захоронения твердых бытовых отходов (ТБО) на гидросферу является одной из крупных экологических проблем урбанизированных территорий.

В массиве отходов под действием атмосферных осадков, отжимных вод, биохимических процессов их разложения образуются фильтрационные сточные воды (ФВ), характеризующиеся сложным химическим составом, высоким (в сотни раз превышающим ПДК) содержанием токсичных органических и неорганических веществ, наличием бактериального загрязнения. При отсутствии надежной противофильтрационной защиты, системы сбора, очистки и отведения ФВ, что характерно для большинства российских полигонов, они являются длительным источником загрязнения поверхностных и подземных вод.

В связи с тенденцией к закрытию, рекультивации старых свалок ТБО и строительству современных полигонов актуальна разработка технологических и организационных мероприятий, направленных на минимизацию воздействия полигонов ТБО на объекты гидросферы на завершающих этапах жизненного цикла полигона (после 20 лет эксплуатации объекта).

Диссертационная работа посвящена проблемам обоснования методов обезвреживания ФВ полигонов ТБО на завершающих этапах жизненного цикла полигона и разработке технологических решений по снижению воздействий полигона ТБО на объекты гидросферы. Работа базируется на исследованиях процессов деструкции ТБО, образования ФВ, проведенных специалистами агентства по охране окружающей среды США (M. Barlaz, R. Ham, H. Belevi, P. Baccini), Академии коммунального хозяйства (Н.Ф. Абрамов и др.), кафедры охраны окружающей среды ПермГТУ (Я.И. Вайсман, В.Н. Коротаев, Л.В. Рудакова), на работах специалистов институтов РАН и ВУЗов, НИИ ВОДГЕО, направленных на решение проблемы очистки сточных вод биохимическими и физико-химическими методами (С.В. Яковлев, В.Н. Швецов, А.М. Когановский, А.Д. Смирнов и др.), а также собственных исследований, проведенных в 2000 2006 г.г.

Объект исследования. Полигоны ТБО на завершающих этапах жизненного цикла, ФВ полигонов ТБО.

Предмет исследования. Анализ функционирования полигона ТБО как источника загрязнения объектов гидросферы. Закономерности обезвреживания ФВ электрохимическими, сорбционными и биосорбционными методами.

Цель работы. Обоснование методов и разработка технологических решений, обеспечивающих снижение воздействий полигонов ТБО на объекты гидросферы на завершающих этапах жизненного цикла.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

  • Исследовать условия функционирования полигонов ТБО как источника загрязнения объектов гидросферы.
  • Проанализировать условия формирования ФВ полигонов захоронения ТБО, выявить основные факторы, влияющие на объем, физико-химический и микробиологический состав ФВ.
  • Исследовать химический состав и свойства ФВ полигонов ТБО на завершающих этапах жизненного цикла и оценить их воздействие на объекты гидросферы.
  • Разработать принципы выбора методов и технологических решений, направленных на минимизацию воздействий полигонов ТБО на объекты гидросферы на завершающих этапах жизненного цикла.
  • Исследовать закономерности извлечения из ФВ коллоидных, взвешенных веществ и ионов тяжелых металлов методом гальванокоагуляции с использованием отходов производства, определить оптимальные условия проведения процесса гальванокоагуляции.
  • Исследовать закономерности обезвреживания ФВ сорбционными и биосорбционными методами.
  • Разработать технологические решения, обеспечивающие снижение экологической нагрузки полигонов захоронения ТБО, находящихся на завершающих этапах жизненного цикла, на объекты гидросферы.

Научная новизна.

  1. Выявлены условия формирования объема и состава ФВ полигонов ТБО на завершающих этапах жизненного цикла.
  2. Установлены закономерности извлечения из ФВ коллоидных, высокомолекулярных загрязняющих веществ, ионов тяжелых металлов методом гальванокоагуляции с использованием в качестве гальванопар – отходов производств: железного и/или алюминиевого скрапа и углеродсодержащих отходов целлюлозно-бумажной промышленности.
  3. Выявлено, что при сорбционной очистке ФВ процесс адсорбции органических примесей протекает в мезопорах и части макропор пористых материалов, и для их извлечения необходимо использовать мезопористые углеродные сорбенты.
  4. Установлены закономерности обезвреживания ФВ биосорбционными методами. Обоснована возможность использования углеродсодержащих отходов и металлургического шлака в качестве загрузки биосорбционного фильтра. Определен биоценоз, формирующийся на поверхности фильтрующих материалов в процессе очистки ФВ.
  5. Разработан биосорбционный многослойный фильтр с использованием в качестве загрузочных материалов сорбента-Н, металлургического шлака и коры длительного срока хранения. Установлены оптимальные технологические параметры и эффективность очистки ФВ в лабораторных и опытно-промышленных условиях.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается применением современных методов анализа и обработки результатов лабораторных и опытно-промышленных исследований, воспроизводимостью результатов исследований, положительным опытом реализации предлагаемых технических решений на полигоне ТБО г. Чусового.



Практическая значимость.

Разработаны методы обезвреживания ФВ полигонов ТБО с использованием отходов производств: металлургического шлака, стального или алюминиевого скрапа, недожога, образующегося при сжигании окорки древесины на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности.

Обоснованы технологические решения, направленные на минимизацию воздействия полигонов ТБО на гидросферу на завершающих этапах жизненного цикла.

Разработана технологическая схема очистки ФВ полигона ТБО и ПО г. Чусового, которая использована в проекте рекультивации полигона. Проведен технико-экономический анализ и оценка экологической эффективности технологии очистки ФВ на завершающих этапах жизненного цикла.

Личный вклад автора заключается в разработке методик проведения исследований, анализе и обобщении литературных данных и результатов собственных исследований, в разработке технологических решений по очистке фильтрационных вод.

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. Закономерности формирования химического состава и объема ФВ полигонов захоронения ТБО на завершающих этапах жизненного цикла.
  2. Закономерности и механизмы удаления из ФВ органических высоко- и низкомолекулярных, а также коллоидных соединений, комплексных и гидратированных ионов тяжелых металлов методами гальванокоагуляции, сорбции и биосорбции.
  3. Технологические решения, направленные на снижение экологической нагрузки полигонов ТБО на объекты гидросферы на завершающих этапах жизненного цикла.

Апробация работы.

Результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались

на областной конференции молодых ученых и студентов «Проблемы химии и экологии», Пермь 2000; на международной конференции «Экологический менеджмент. Пути снижения экологической нагрузки и оптимального использования природных ресурсов» 26-28 ноября 2006, Пермь, Амстердам.

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 5 научных работах, в том числе 2 статьях, получен 1 патент РФ на изобретении.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, список литературы включает 149 источников, в том числе 73 иностранных. Объем диссертации составляет 124 страницы машинописного текста, включающих 28 таблиц и 21 рисунок.

Содержание работы

Во введении показана актуальность проблемы очистки фильтрационных вод полигонов захоронения ТБО, сформулированы цель и задачи исследования.

Глава 1. Анализ условий функционирования полигонов ТБО как источника загрязнения гидросферы. Основным способом санитарной очистки урбанизированных территорий от ТБО остается захоронение их на полигонах и свалках, где в течение десятков лет протекают физико-химические и биохимические процессы разложения отходов, сопровождающиеся эмиссиями загрязняющих веществ в окружающую среду. Основным источником негативного воздействия полигонов депонирования ТБО на объекты гидросферы являются ФВ.

Проанализированы основные факторы, влияющие на состав и объем ФВ. Объем ФВ зависит от климатических факторов, влажности отходов, инженерной инфраструктуры полигона, предварительной обработки отходов. Расчет объема ФВ производится на основе водного баланса полигона ТБО. В зависимости от климатических условий и мощности полигона объем ФВ составляет в среднем от 2000 до 4000 м3/(гагод). Существенным отличием ФВ от других типов сточных вод является неравномерность их накопления в течение года за счет сезонных колебаний уровня атмосферных осадков.

Состав ФВ зависит от этапа жизненного цикла полигона: активной эксплуатации, рекультивации, постэксплуатации и ассимиляции. К завершающим этапам жизненного цикла полигона можно отнести период его эксплуатации, превышающий проектный срок (после 20 лет депонирования отходов), рекультивацию и этапы постэксплуатации.





Превалирующую роль при разложении отходов играют биохимические процессы, протекающие в аэробных и анаэробных условиях.

Каждому этапу соответствует определенная стадия биохимической деструкции отходов, которая определяет закономерности формирования состава ФВ. На первых этапах эксплуатации протекает аэробная деструкция легко биодеградируемых фракций ТБО (пищевые отходы) с образованием жирных кислот, углекислого газа и воды. По мере уплотнения и увеличения количества отходов в теле полигона начинаются анаэробные процессы, длящиеся десятки лет и обусловливающие основные эмиссии загрязняющих веществ. Основные фазы анаэробной биодеструкции отходов: гидролиз, ацетогенез, активный метаногенез, стабильная фаза метаногенеза, полная ассимиляция.

Анализ процессов деструкции различных фракций ТБО позволил установить химический состав ФВ на каждом этапе жизненного цикла полигона. Содержание отдельных классов органических соединений в ФВ на протяжении жизненного цикла полигона ТБО уменьшается в следующей последовательности: летучие кислоты жирного ряда низкомолекулярные альдегиды аминокислоты углеводы, пептиды гуминовые кислоты фенолы и полифенолы фульвокислоты.

ТБО содержат черные и цветные металлы, которые способны подвергаться коррозии, участвовать в окислительно-восстановительных реакциях, образовывать комплексные соединения с органическими лигандами – продуктами биохимического разложения органической части ТБО, образовывать труднорастворимые гидроксиды, карбонаты, фосфаты, сульфиды.

На стадии стабильного метаногенеза, соответствующей завершающим этапам жизненного цикла полигона, ФВ характеризуются величинами ХПК – 500-1000 мгО2/дм3, БПК – 100-500 мгО2/дм3, высоким содержанием биорезистентных компонентов, полифенолов, высокомолекулярных окрашенных примесей гумусовой природы, комплексных ионов металлов с органическими лигандами, что необходимо учитывать при разработке технологических решений по обезвреживанию ФВ.

Проведен анализ отечественного и зарубежного опыта по методам очистки ФВ полигонов ТБО. В России проблемами обезвреживания ФВ занимаются сравнительно недавно, и в настоящее время практически не существует действующих эффективных технологий их очистки.

Для снижения экологической нагрузки полигонов ТБО на гидросферу на завершающих этапах жизненного цикла необходимо применение методов очистки ФВ, позволяющих разрабатывать низкоэнергозатратные и малотрудоемкие технологии; использовать для очистки доступные и дешевые материалы, преимущественно, отходы производств, обладающие коагулирующими, сорбционными, ионообменными свойствами и др.

Анализ существующих методов очистки сточных вод показал, что для обезвреживания ФВ, образующихся на стадии стабильного метаногенеза, наиболее целесообразно применение электрохимических, сорбционных и биосорбционных методов с использованием отходов производств.

Глава 2. Характеристика объектов исследования. Объемы и методы исследования. В качестве основного объекта исследования был выбран полигон ПО и ТБО г. Чусового Пермского края, официально эксплуатирующийся с 1952 года, представляющий собой типичный объект складирования отходов.

Полигон ПО и ТБО расположен на расстоянии 3 км от городской черты и занимает площадь порядка 10 га. Общее количество депонированных отходов составляет более 3 млн. т. Морфологический состав ТБО представлен в табл. 1.

Таблица 1

Морфологический состав отходов городского полигона г. Чусового

Фракция Химический состав (в расчете на сухие ТБО) Массовая доля фракции, %
Бумага С580,6 Н952,3О440,8N3,49 S 18
Пищевые отходы С320,3Н570, 9О188,4N14,9 S 25
Древесные отходы С1321Н1904O855,6N4,6S 25
Металл Fe, Cu, Ni, Cr, Pb и др. 4
Пластмасса С3,5Н5,0O1S 8
Стекло Nа2ОSiO2 8
Резина, кожа С454,9Н69,4N1S 2
Текстиль С978,8Н1396O416,8N70,2S 5
Прочие 5


Pages:   || 2 | 3 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.