книги / Управление отходами. Сточные воды и биогаз полигонов захоронения твёрдых бытовых отходов

висимости от морфологического состава ТБО может изменяться в пределах от 300 до 3000 мг/л. Высокое содержание этих ионов может ингибировать биохимические процессы.

Хлорид-ионы. На протяжении всего жизненного цикла полигона протекают процессы биохимического и химического дехлорирования хлорсодержащих органических соединений, минерализация отходов, и образующийся хлоридион накапливается в фильтрате. Его концентрация может изменяться в пределах 200–5000 мг/л на протяжении всего жизненного цикла полигона.

Сульфат-ионы. В аэробных условиях сера в серосодержащих соединениях окисляется до сульфат-иона, который полностью переходит в фильтрат. В анаэробных условиях в зависимости от рН среды протекает восстановление сульфатиона до сульфида, серы, образуются летучие тиоспирты (меркаптаны), органические дисульфиды, сероводород, малорастворимые сульфиды металлов. Описанные процессы приводят к значительному снижению концентрации сульфат-иона в ФВ – от 1000 до 200 мг/л.

Анализ биодеструкции различных фракций ТБО и формирования фильтрата показал, что изменение химического состава фильтрационных вод во времени можно отразить схемой, представленной на рис. 1.3. Усредненный химический состав фильтрата на различных стадиях жизненного цикла полигона, полученный на основании анализа литературных сведений, результатов обследования полигонов ТБО России и стран Западной Европы и США, представлен в табл. 1.9, 1.10.

Анализ условий формирования фильтрата позволил установить, что основной его особенностью является сложный химический состав, изменяющийся в течение всего жизненного цикла полигона, и выбрать индикаторные показатели качества фильтрата, по величине которых можно судить, на каком этапе жизненного цикла находится рассматриваемый полигон ТБО. К ним можно отнести рH, БПК5, ХПК, БПК5/ХПК. В табл. 1.11 приведены усредненные данные о составе фильтрационных вод полигонов ТБО, находящихся на различных этапах эксплуатации, нескольких городовРоссии иСНГ.

ФВ Воронежского полигона по индикаторным показателям можно отнести к фильтрационным водам, образующимся на стадии ацетогенеза. В работе А.Ю. Бекетова и А.В. Бекренева [32] приводятся результаты хромато-масс-спек- трометрического анализа ФВ.

Показано, что в фильтрате содержатся карбоновые кислоты жирного ряда (концентрация уксусной кислоты – 320 мг/дм3, пропионовой – 120 мг/дм3, валериановой– 344 мг/дм3) и ароматические кислоты (концентрация бензойной кислоты– 240 мг/дм3, метилбензойной – 600 мг/дм3, диметилбензойной – 520 мг/дм3).

Полученные результаты химического анализа согласуются с рассмотренными выше теоретическими аспектами процессов формирования состава ФВ.

31

Рис. 1.3. Изменение химического состава фильтрационных вод на различных этапах деструкции ТБО: I – аэробная деструкция

игидролиз; II – ацетогенез; III – активныйметаногенез; IV – стабильный метаногенез; V – ассимиляция; ЛЖК – летучие жирные кислоты

Таблица 1.9

Характеристика фильтрационных вод полигона по показателям, зависящим от этапов биодеградации ТБО

32

Таблица 1.11

Химический состав фильтрационных вод полигонов ТБО, находящихся на различных этапах эксплуатации

Фильтрат полигона ТБО г. Перми по индикаторным показателям можно отнести к фильтрационным водам, образующимся на стадии метаногенеза. В состав фильтрата входят фенол, крезол, алкилбензолы, полифенолы, хлорсодержащие соединения: хлороформ, четыреххлористый углерод, хлорсодержащие ароматические соединения и высокомолекулярные соединения (гуминовые соединения, камфора, и др.). Свалка г. Перми «Голый мыс» закрыта после 40 лет эксплуатации. Состав ФВ характерен для фильтрата, образующегося в период стабильного метаногенеза.

Таким образом, состав фильтрационных вод различных полигонов ТБО изменяется в широких пределах и зависит не только от этапа жизненного цикла полигона, но и от морфологического состава ТБО, мощности и площади объекта, объема образующихся сточных вод.

1.3.2. Микробиологический состав фильтрационных вод

По сравнению с химическими характеристиками микробиологический состав фильтрата изучен в меньшей степени.

В связи с тем, что в состав ТБО могут входить отходы медицинских учреждений, мясокомбинатов и птицефабрик, осадки сточных вод, ФВ могут содержать бактериальные загрязнения и патогенные микроорганизмы, представляющие риск для здоровья населения. Первые микробиологические исследования, проведенные на санитарных полигонах, были посвящены изучению микроорганизмов, главным образом бактерий и вирусов фекального происхождения. Более поздние исследования были направлены на изучение физиологической деятельности микроорганизмов, участвующих в деструкции ТБО, внеклеточной энзимной деятельности – ацетогенных и метаногенных.

Бактерии. Микробиологические исследования показали, что численность и состав популяций микроорганизмов в фильтрате изменяется на различных этапах жизненного цикла полигона. В фильтрате были обнаружены фекальные колиформные и стрептококковые бактерии. Общее количество колиформ можно рассматривать как индикатор возможного присутствия в фильтрационных водах патогенных микроорганизмов, жизнеспособность которых определяется температурой тела полигона и величиной рН. В аэробных условиях протекание окислительных экзотермических процессов обусловливает рост температуры, снижение рН среды, что приводит к гибели или инактивации патогенных микроорганизмов. Концентрация индикаторных бактерий обычно снижается с возрастом полигона. Так, на стадии метаногенеза патогенные микроорганизмы в фильтрате обычно не обнаруживаются. В лабораторных экспериментах по анаэробному разложению ТБО стрептококки не были обнаружены после двух лет деструкции отходов (Donnelly, 1981).

34

Вирусы. Присутствие энтеровирусов в фильтрате имеет фекальное происхождение. Исследования показали, что их инактивация и деструкция наблюдается при температурах 20–25 ° С. Повышенные температуры, характерные для начальных стадий разложения ТБО, ускоряют эти процессы, поэтому энтеровирусы в фильтрате встречаются крайне редко.

Грибы. В фильтрате обнаружены разновидности сапрометов, например Aspergillus, Penicillum и Fusarium, которые не являются патогенными. Единственным патогенным грибом является Allescheriaboydu.

В работе Т.А. Зайцевой – профессора кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ проведен подробный анализ структуры микроорганизмов ФВ [34] (табл. 1.12).

Установлено, что общая численность сапрофитных микроорганизмов в фильтрационных водах, растущих на МПА, варьирует от 0,88 · 103 до 1,86 · 103 клеток в1 мл. Общее количество микрофлоры составляет 6,1 · 106 – 2,5 · 108 клеток в 1 мл. В ФВ обнаружены в основном виды организмов, которые выделены из депо-

нированных на полигоне отходов: Bacterium, Pseudomonas, Mycobacterium. В

ФВ присутствовали также представители родов Chromatium, Streptococcus,

Vibrio и Thiobacillus.

Проведенный санитарно-микробиологический анализ ФВ полигона ТБО показал, что в них присутствует условно-патогенная и патогенная микрофлора, представители которой принадлежат к родам Actinomyces, Micrococcus, Pseudomonas, Bacterium. Среди условно-патогенной микрофлоры преобладали представители рода Micrococcus.

ВФВ была обнаружена бактерия Coli. Коли-титр составил 0,06–0,01 кл/мл; коли-индекс от 16,0 до 100 тыс. кл/дм3.

На среде Эндо были обнаружены характерные колонии кишечной палочки – красные с металлическим блеском, розовые слизистые грамнегативные.

Вдонных отложениях наземных скоплений фильтрата присутствовали представители условно-патогенной микрофлоры Micrococcuscandidus, M. epidermis и Bac. serositidis, которые обнаруживались и в депонированных отходах полигона ТБО. Бактерия Coli в донных отложениях не выделена.

ВФВ присутствуют сульфатредуцирующие бактерии, развитие которых может сопровождаться снижением содержания ионов кальция в ФВ в результате образования малорастворимых сульфатов.

36

Выделенные сульфат-восстанавливающие бактерии относились к виду Desulfovibriodesulfuricans. Присутствие в фильтрате бактерий данного вида сопровождалось образованием сероводорода.

Процесс прямого восстановления нитратов до свободного азота осуществлялся видами денитрифицирующих бактерий различных родов: Bac. denitrificans, Ps. denitrificans, Ps. fluorescens. Способность к активной денитрификации была обнаружена у вида Chromobacteriumstolonatum.

Присутствие в ФВ метаногенных бактерий видов Methanobacteriummobilis, Methanococcusmazei свидетельствует об активно протекающем анаэробном метаногенном разложении отходов.

Простейшие в ФВ представлены окрашенными жгутиковыми организмами, обладающими широким диапазоном экологической валентности и способными выживать в неблагоприятных условиях.

Таким образом, основными особенностями фильтрационных вод полигонов захоронения ТБО являются:

–сложный химический состав, представленный как органическими, так

инеорганическими примесями, и изменяющийся на каждом этапе жизненного цикла полигона;

–содержание органических веществ как в истинно растворимом, так и коллоидном состояниях;

–значительное отличие от промышленных и муниципальных сточных вод;

–зависимость объема и состава фильтрата от сезонных колебаний количества атмосферных осадков;

–высокое содержание токсичных компонентов ибиорезистентных примесей;

–наличие микроорганизмов;

–зависимость объема накапливаемых фильтрационных вод от площади полигона и количества складируемых отходов [5, 6].

Следует еще раз подчеркнуть, что качество ФВ зависит от морфологического состава депонированных отходов.

Предварительная сортировка ТБО, позволяющая извлекать из них металл

ипластик, приводит к значительному снижению содержания в ФВ ионов тяжелых металлов, биорезистентных органических соединений, образующихся при деструкции пластификаторов и полимеров.

Предварительная механо-биологическая стабилизация остатков сортировки может значительно изменить микробиологический состав фильтрата, снизить содержание в ФВ потенциально опасных патогенных микроорганизмов, общее содержание сапрофитных микроорганизмов.

37

1.4. Воздействие фильтрационных вод полигона ТБО на объекты гидросферы

Проведенный анализ условий формирования фильтрационных вод полигонов ТБО показал, что при отсутствии системы отведения и очистки ФВ они будут являться длительным источником загрязнения водных объектов, расположенных

взоне влияния полигона, высокотоксичными органическими примесями (полифенолы, хлорорганические ароматические соединения), ксенобиотиками, ионами тяжелых металлов (свинец, кадмий, медь). Фильтрационные воды опасны также и в санитарно-эпидемиологическом отношении [5, 6, 35].

Взависимости от объема, свойств и состава ТБО, длительности захоронения, наличия или отсутствия естественного противофильтрационного экрана, местных климатогеографических, гидрологических и гидрогеологических условий масштабы и характер загрязняющего влияния свалок на водные объекты могут быть различными.

О загрязняющем влиянии старых свалок ТБО на водные объекты имеются многочисленные указания в работах зарубежных исследователей [15, 16]. На основании анализа работы [35], обобщившей результаты исследований по оценке загрязнения водных объектов в зоне влияния старых свалок в Австрии (всего 28 121 свалка), выявлено, что в населенных пунктах с числом жителей более 5000 человек они загрязняют грунтовые воды в среднем на расстоянии 3–5 км от объекта. В грунтовых водах обнаруживаются характерные для свалок загрязняющие вещества (хлориды, нитраты, соли тяжелых металлов) в концентрациях, превышающих фоновые. В крупных населенных пунктах с числом жителей более 50 000 человек загрязнение грунтовых вод в зоне влияния старых свалок настолько интенсивно, что это служит причиной проведения дорогостоящих санационных мероприятий: удаление свалочного грунта до чистого путем экскавации и перезахоронения на полигонах ТБО; устройство защитных водонепроницаемых барьерных вертикальных стен в грунте до ближайшего водоупора (шпунтовая стена в грунте) для отсечения загрязненного подземного стока от тела свалки к грунтовым водам; специальных водопонижающих скважин с откачкой загрязненного подземного стокаспоследующейего очисткой и т.д.

Даже при соблюдении требований по исключению захоронения на полигонах токсичных и эпидемиологически опасных отходов, эффективно работающих системах сбора и очистки загрязненных сточных вод трудно исключить возможность попадания загрязняющих веществ в подземные воды. Особенно возрастает эта опасность на постэксплуатационном этапе функционирования полигонов, когда возможен выход из строя искусственных гидроизолирующих экранов. Это может привести к диффузной инфильтрации загрязненных вод

вподземные водоносные горизонты и гидравлически связанные с ними поверхностные водные объекты.

38

Старые неусовершенствованные свалки загрязняют также и поверхностные водные объекты. Ниже по потоку рек и ручьев от рабочего тела крупных свалок в воде водотоков обнаруживается повышение концентраций таких загрязняющих веществ, как хлориды, нитраты, повышенные по сравнению с фоновыми концентрации ХПК и БПК, отмечено увеличение численности сапрофитной микрофлоры [1].

Сотрудниками кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ в 1998–2007 годах были выполнены исследования влияния фильтрата на подземные и поверхностные воды на примере полигона ТБО г. Перми «Софроны» [5, 6, 34, 35]. Ситуация со сбором и утилизацией ТБО в г. Перми типична для большинства городов России. В городе существует один полигон захоронения ТБО «Софроны», действующий с 1978 года. Территория, непосредственно используемая под складирование ТБО, занимает площадь 33 га. Общий объем складированных к концу 2003 года отходов составлял 27 550 тыс. м3. Территория, отведенная для захоронения отходов, обвалована дамбой, сложенной из суглинистых грунтов. Фильтрационный барьер представляет собой естественный глинистый водоупорный слой средней толщиной 0,5 м. Часть содержащихся в фильтрате загрязняющих веществ задерживается в техногенных грунтах, но большинство из них фильтруется через естественный глинистый экран и зону аэрации и попадает в грунтовые воды. Отсутствие системы отвода фильтрационных вод приводит к их накоплению в естественных углублениях рельефа местности между дамбой обвалования и телом полигона. Усредненный состав фильтрационных вод полигона представлен в табл. 1.13.

*НП – нормативные показатели, приведены для воды рыбохозяйственного назначения.

По удельному комбинаторному индексу загрязнения воды (УКИЗ) фильтрационные воды можно отнести к сильнозагрязненным: содержание фосфат-ионов превышает нормативные показатели более чем в 600 раз, ХПК – в 22–40 раз, БПК5 – в 90–110 раз, содержание ионов аммония – более чем в 250 раз, п-кре- зола – в 300 раз, фенола – в 2000 раз. Содержание в воде ионов тяжелых металлов превышено в 100–300 раз. Вода имеет высокую цветность, солесодержание.

Фильтрационные воды могут быть опасны в санитарно-эпидемиологичес- ком отношении.

Результаты санитарно-микробиологического анализа проб воды, проведенного по следующим показателям:

–общее микробное число (ОМЧ), характеризующее количество сапрофит-

ных микроорганизмов (мезофильные сапрофитные аэробы и факультативные анаэробы, выращиваемые при t = (37 ± 0,5) оС в течение 24 ч);

–лактозоположительные кишечные палочки (ЛКП);

–число бляшкообразующих единиц (БОЕ) фагов кишечных палочек;

–индекс стафилококков;

–патогенные микроорганизмы (сальмонеллы и шигеллы), представлены

втабл. 1.14.

Показано, что в фильтрате отсутствуют патогенные и болезнетворные микроорганизмы.

Таблица 1.14 Результаты санитарно-микробиологического анализа фильтрационных вод

40