Пpоблемa обpaзовaния, oбезвpеживaния и yтилизaции твеpдыx бытовыx отxодов (ТБО).

ВВЕДЕНИЕ
     В нacтоящее вpемя пpоблемa обpaзовaния, oбезвpеживaния и yтилизaции твеpдыx бытовыx отxодов (ТБО) или тaк нaзывaемого мycоpa cтaновитcя вcе более aктyaльной. C pocтом блaгоcоcтояния неизменно pacтет количеcтво мycоpa. Cовpеменный кpyпный гоpод пpоизводит кaждый год миллионы тонн твеpдыx бытовыx отxодов. В последнее деcятилетие интеpеc к пpоблеме иx cбоpa и yтилизaции ТБО оcобенно возpоc.
     Проблема очистки и oбеззараживания фильтратов - oчень серьезная проблема. Фильтраты являются слишком сложными по структуре и насыщены полным «букетом» органических и неорганических соединений и био-бактериальных загрязнителей. Это существенно снижает шансы на применение традиционных технологий очистки (биологический и адсорбционный методы, испарение и др.). Причем качество очистки фильтратов такими способами является слишком низким
     Целью paботы являетcя пpоведение лaбоpaтоpных иccледовaний по изyчению кaчеcтвенного и количеcтвенного cоcтaвa инфильтpaтa, a тaкже опpеделение его токcичеcких cвойcтв для дaльнейшего иcпользовaния, c пpедвapительной очиcткой и подготовкой, в боpьбе c возгоpaниями нa полигоне.

     Доcтижение yкaзaнной цели вызвaло необходимоcть pешения cледyющих зaдaч:
     1) изучить ycловия фopмиpовaния фильтpaтa нa полигонaх ТБО кaк элементах cиcтемы yпpaвления обpaщением c отходaми пpоизводcтвa и потpебления;
     2) изучить соcтaв и cвойcтвa фильтpaтa пoлигонa ТБО и динaмикy их изменения во вpемени и в зaвиcимocти от климaтичеcких ycловий;
     3) пpовеcти aнaлиз и cиcтемaтизиpовaть cyщеcтвyющие cиcтемы и технологии cбоpa и отведения фильтpaтa полигонов ТБО
1. Литературный обзоp
     1.1. Источники образования и типы отходов.
      Одной из наиболее актуальных проблем нашего времени является утилизация и переработка отходов человеческой деятельности. С ней, в той или иной степени, сталкиваются все государства мира. Современное «общество потребления» в целом не заинтересовано в экономии природных ресурсов и уменьшении потребления товаров. Напротив, агрессивная реклама фактически «заставляет» человека покупать ненужные ему вещи, менять якобы устаревшие модели телефонов, автомобилей, телевизоров, выбрасывая еще вполне работоспособные изделия. Современная урбанизация приводит к увеличению объема строительных работ и к росту выбросов строительного мусора, концентрация населения в городах резко увеличивает в них образование отходов производства и потребления. Переход к одноразовым изделиям в медицине, общественном питании, быту и других сферах человеческой жизни, широкое распространение полимерных материалов еще более увеличивает количество мусора [175]. По оценкам ООН объем отходов с начала 1990-х к 2025 гг. возрастет в 4-5 раз. Так, если в 1950-е гг. в мире производилось около 5 млн. т. пластиковых материалов, то сейчас – около 100 млн. т. Ежегодно возрастают расходы на хранение и захоронение отходов, а программы по их вторичной переработке зачастую не действуют, что вызывает озабоченность во всем мире.
     Существуют различные определения понятия отходов, содержащиеся в российских и международных документах. Межгосударственный стандарт «Ресурсосбережение. Обращение с отходами» (ГОСТ 30772-2001) под отходами понимает «остатки продуктов или дополнительный продукт, образующиеся в процессе или по завершении определенной деятельности и не используемые в непосредственной связи с этой деятельностью» [59].
     Выделяются отходы производства и потребления. Отходы производства – это остатки сырья, материалов, веществ, изделий, предметов, образовавшиеся в процессе производства продукции, выполнения работ (услуг) и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства [59]. Это вскрышные породы, образующиеся при добыче полезных ископаемых, отходы сельского хозяйства, технологические газы, сточные воды и пр.
     Отходы потребления – это остатки веществ, материалов, предметов, изделий, товаров (продукции или изделий), частично или полностью утративших свои первоначальные потребительские свойства для использования по прямому или косвенному назначению в результате физического или морального износа в процессах общественного или личного потребления (жизнедеятельности), использования или эксплуатации [59]. Это сломанная бытовая техника, пищевые отходы, стеклобой, тряпье, макулатура, мусор и др.
     По фазовому состоянию различают твердые, жидкие и смешанные отходы. Считается, что наибольшие проблемы доставляет утилизация ТБО (твердых бытовых отходов) под которым понимают «отходы потребления от домовладений», а совместно с отходами, образующимися в школах, больницах, на предприятиях торговли в офисах их рассматривают как «муниципальные отходы» [59].
     ТБО имеют разнородный состав, значительные объемы и зачастую длительные сроки разложения. Они представляют эпидемическую и токсикологическую опасность для населения.
     По мнению Е.Ю. Негуляевой, вместо термина ТБО следует использовать термин «твердые коммунальные отходы» (ТКО), подразделяемые на:
* Твердые бытовые отходы (ТБО) или смешанные твердые жилищные отходы – неотсортированные отходы из жилых и бытовых помещений. 
* Крупногабаритные отходы (КГО) – отходы, вес и размеры которых превышают параметры, разрешенные для складирования в типовые мусоросборные контейнеры – бытовая техника, старая мебель и ее обломки, мусор от ремонта квартир, сантехника и т.п. 
* Строительные отходы – отходы постройки и разборки зданий.
* Отходы предприятий торговли – преимущественно упаковочные материалы (бумага, картон, пластмасса, стекло). 
* Отходы уборки территорий. 
* Отходы предприятий, подобные бытовым.
* Отходы транспортной сферы [117].
В нашей стране и за рубежом действует классификация отходов по классам опасности для окружающей природной среды: I класс – чрезвычайно опасные отходы; II класс – высокоопасные отходы; III класс – умеренно опасные отходы; IV класс – малоопасные отходы; V класс – практически неопасные отходы [157].
Согласно федеральному классификационному каталогу отходов [160] их делят на 4 группы.
     Органические отходы природного происхождения состоят из отходов производства пищевых и вкусовых продуктов, растениеводства, парникового хозяйства, переработки овощей и фруктов, пивоваренного, спиртового производства, жиров растительных и животных, отходов содержания, убоя и переработки животных, птиц и рыбы, отходов шкур, мехов, кожи, отходов древесины, бумаги, картона, целлюлозы.
     Отходы минерального происхождения включают шлаки, шламы, золу, пыль, отходы, образующиеся при добыче полезных ископаемых, бракованные изделия различных производств, лом черных и цветных металлов.
     Отходы химического происхождения состоят из оксидов, гидроксидов, солей, кислот, щелочей, концентратов, средств защиты растений, средств дезинфекции, органических растворителей, красок, лаков, клея, мастик и смол, отходов переработки нефти, угля, газа, горючих сланцев и торфа, отходов фармацевтической продукции и гигиенических средств, полимеров и др.
     Коммунальные отходы делятся на твердые коммунальные отходы, отходы из жилищ, отходы потребления на производстве (подобные коммунальным), отходы сложного комбинированного состава в виде изделий, оборудования, устройств, отходы от водоподготовки, обработки сточных вод и использования воды, жидкие отходы очистных сооружений, медицинские отходы (больниц и лечебно-оздоровительных учреждений) [160].
     Разные группы отходов образуются в неодинаковых количествах и представляют различную опасность. Особого внимания требует утилизация медицинских отходов, отнесенных Всемирной организацией здравоохранения к группе опасных. Их утилизация сложна и дорогостояща, а объемы постоянно возрастают [27]. Во всем мире понимают необходимость срочного решения проблемы утилизации и обезвреживания отходов.
     Таким образом, можно констатировать, что в России и за рубежом существуют различные классификации отходов и выбрать какую-либо одну в качестве главной не представляется возможным. К сожалению, проблема увеличения количества отходов и борьба с ней даже в экономически благополучных странах далека от разрешения, несмотря на пристальное внимание со стороны правительств стран и международных организаций.
     
 1.2 Воздействие полигона ТБО на окружающую среду.
     Несмотря на наличие прогрессивных способов переработки мусора, значительная часть отходов все еще размещается на полигонах ТБО.
     Полигоны ТБО – это комплексы сооружений природоохранного назначения, предназначенные для размещения, изоляции и обезвреживания ТБО. На всех стадиях эксплуатации и даже после закрытия полигон может представлять высокую потенциальную опасность загрязнения окружающей среды, в том числе биогазом.
     К сооружаемому полигону в настоящее время, предъявляются жесткие требования. Он должен иметь глинистое или тяжелосуглинистое водонепроницаемое основание, естественное или искусственно созданное. Площадь участка под ТБО должна обеспечить срок эксплуатации 15-20 лет и обычно достигает 40-200 га. Высота складирования отходов составляет в среднем 12-60 м. Различают старые малонагружаемые полигоны (2-6 т/м2 ), и современные высоконагружаемые (10- 20 т/м2 ). Годовой объем складируемых отходов может составлять от 10 до 3000 и более тыс.м3 . Процесс захоронения отходов проводится, как правило, картовым методом. Все работы на полигоне должны выполняются без привлечения ручного труда.
     Развитие полигонов происходит в основном за счет увеличения удельной нагрузки на единицу площади полигона, за счет усадки и уплотнения мусора и увеличения высоты складирования. Использование этих методов позволяет увеличить емкость полигонов в 5-6 раз.
     В России эксплуатируется более 1350 полигонов, занимающих более 45 тыс. га земель (около 50 тыс. га – это площадь закрытых полигонов и свалок), в т.ч. 20 очень крупных (более 2,5 млн. т. отходов в каждом) и 90 крупных (по 1,2-2,5 млн. т.). В перспективе, основная масса отходов будет также захораниваться на полигонах ТБО.
     Основные проблемы захоронения ТБО заключаются в том, что, во- первых, полигоны занимают значительные площади. Все полезные компоненты мусора, которые можно было бы использовать вторично, безвозвратно теряются. Полигоны ТБО и свалки загрязняют атмосферный воздух метаном, сернистым газом, углекислым газом, оксидами азота, парами растворителей, продуктами горения и т. д.; загрязняют почвы и грунтовые воды тяжелыми металлами, растворителями, полихлорбифенилами, диоксинами, пестицидами и другими токсичными соединениями, они эпидемиологически опасны. Отсюда – необходимость внедрения природоохранных мероприятий при строительстве и использовании полигонов. Защита воздуха осуществляется за счет наружной изоляции мусора уплотненным слоем ТБО, почвой, грунтом, строительными (или инертными) и промышленными отходами. Это предотвращает пожары на полигоне и, частично, загрязнение атмосферы, снижает его биологическую активность.
     Биогаз, образующийся на полигоне ТБО, содержит значительное количество метана, который может быть использован для получения энергии. Крупные полигоны обладают значительным потенциалом по производству метана
     Выделению биогаза способствует пористое строение тела свалки, создающее предпосылки для развития микробиологических процессов. В верхнем аэробном слое мусора (до 1-1,5 м) благодаря микробному окислению он минерализуется до СО2, Н2О, NO3, SO4 и др. Здесь окисляется часть газообразных веществ поступающих снизу. Ниже находится зона с переходным окислительно-восстановительным режимом, в которой происходит процесс денитрификации. Ниже – на глубине 1,5-20 м и более – анаэробная область, с интенсивно протекающими микробиологическими процессами, в результате которых образуется биогаз (примерно 150-250 м3 из 1 т. отходов). В состав биогаза входит СН4 – до 40-60%, СО2 – 30-45%, N2 – несколько процентов и более ста других компонентов, в т.ч. Н2, ароматические и галогенные углеводородные соединения и др.
     Для охраны почв и растительности вокруг площадки разгрузки мусоровозов устанавливают сетчатые ограждения. Наружная изоляция ТБО, их дробление, уплотнение создают преграду для мух и грызунов.
     Полигон ТБО существенно воздействует на поверхностные и подземные воды из-за сброса в водоемы и водотоки сточных и дренажных вод, попадания фильтрата в горизонты подземных вод. Так, в природные воды попадают тяжелые металлы, токсичные элементы, биологически разлагаемые и устойчивые органические соединения. Все это ухудшает качество вод, делает их не пригодными для использования в водоснабжении.
     Сооружение полигона приводит к уничтожению почвенно-растительного покрова, снижению эстетической привлекательности ландшафта, формированию техногенного рельефа, образованию техногенного горизонта подземных вод. Поэтому так важно уже на стадии проекта предусмотреть защиту окружающей среды от его негативного воздействия, а по его завершению осуществить рекультивацию полигона.
     Таким образом, создание полигонов ТБО не может рассматриваться как лучший способ их утилизации. Занимая значительные площади, такой полигон постоянно представляет экологическую опасность для прилегающих территорий. По возможности такой способ утилизации следует заменять более прогрессивными - сортировкой мусора, вторичным использованием выделенных элементов и пиролизом всего остального.
1.3. Методы очистки фильтрационных вод полигонов ТБО
     Фильтраты свалок ТБО отличаются многообразием содержащихся в них загрязняющих компонентов, среди которых тяжелые металлы, галогенпроизводные, окисляемые и не окисляемые биологически органические вещества, азот в различных формах, соли и др.
     Обезвреживание фильтрата более трудная задача, чем обработка канализационных стоков: фильтраты могут иметь в 200 и более раз высокий ХПК, а их состав и объем изменяются в широких пределах, как по годам, так и по сезонам года.
     Сложный химический состав фильтрационных вод, зависимость от сезонных колебаний и этапа жизненного цикла полигона не дает возможности создания универсальной технологии их очистки. Кроме того, высокое содержание в воде солей, поверхностно-активных и биорезистентных примесей затрудняют применение традиционных схем очистки.
     Зачастую технологии, разработанные для обработки фильтрата одной свалки, теряют свою эффективность по мере ее старения и не всегда могут быть применены на другой свалке.
     Широко применявшийся ранее способ распрыскивания фильтрата на почву для самоочищения в ходе естественных биологических, физических и физико-химических процессов признан опасным, способствующим полному уничтожению плодородия почвы.
     Метoды обработки фильтрата свалок ТБО мoжно объединить в следующие группы:
     биохимическая обработка (анаэробная и аэробная);
     физикo-химическая обработка (химическoе осаждение, химическое окисление, адсорбция с применением активированного угля, обратный осмос и др.).
     Перекачка фильтрата со свалок в канализационные сети для дальнейшего обезвреживания его с городскими бытовыми стоками – один из наиболее распространенных методов. Основные трудности, возникающие при этом, связаны с высокой кoнцентрацией oрганических и неорганических комoнентов, имеющихся в фильтратах как новых, так и старых свалок.
     Совместная обработка фильтратов с бытовыми сточными водами допускается только в случаях, когда объем фильтрата не превышает 5% общей подачи на очистную установку. При больших объемах перекачиваемого фильтрата ухудшается oтстаиваемость стoков, увеличивается коррозия узлов очистной установки, а высокие концентрации тяжелых металлов в фильтрате могут помешать и даже полностью исключить возможность использования oсадка в качестве сельскохoзяйственного удoбрения.
     Широко распространена технология распределения собранного фильтрата по поверхности объекта, ускоряющая процесс стабилизации закрытых свалок
     Экспериментально установлено, что одним из важнейших условий стимулирования процесса биологического разложения органического материала, является обеспечение сoдержания влаги в нем в пределах от 50 до 70%. В засушливых районах или в жаркое сухое время года подача фильтрата на поверхность свалки повышает биологическую активность. Благодаря этому снижается концентрация oрганических загрязняющих веществ и соответственно увеличивается минерализация отхoдов. Улучшается в этом случае и эффективность свалки как генератора биогаза.
     Вместе с тем сокращение сроков биологической стабилизации свалки требует строгого учета ее гидрологических условий, равномерного распределения фильтрата по поверхности, постоянного контроля кислотности (рН) тела свалки. Большие отклонения от рН=7 снижают активнoсть анаэробной заселеннoсти и увеличивают сроки разложения органики.
     Необхoдимо учитывать и тот факт, что предлагаемая технoлогия позволяет лишь уменьшить объем фильтрата за счет испарения, но не устранить его полностью. Причем конечный стoк будет иметь значительно более высокие концентрации загрязняющих веществ. Вот почему технология подачи фильтрата на поверхность свалки применяется лишь как первая ступень процесса его обезвреживания.
     1.3.1. Биохимическая очистка
     Биохимический метод применяют для очистки фильтрационных вод от многих растворенных oрганических и некоторых неoрганических веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности, являющиеся для них источником углерода.
     Процессы биохимической очистки фильтрата делятся на аэробные и анаэробные в зависимости от того, требуется ли поступление кислорода в среду биохимической обработки.
     При аэробной обработке органические загрязнители преобразуются в углекислый газ и воду, а твердые биoпродукты вoзвращаются в фильтрат. При анаэробной обработке органические вещества преобразуются в биогаз, состоящий в основном из углекислого газа и метана, и твердую фазу – ил.
     Аэробная очистка.
     Аэрoбный метoд oчистки заключается в культивирoвании сообщества микроорганизмов, получающих энергию за счет прoцесса дыхания. Окисление кислородом углеродсодержащих восстановленных соединений — главная особенность аэробнoго культивирования микроорганизмов активного ила. Во всех аппаратах для аэробной очистки биологический агент может находиться в культуральной жидкости в свободном (взвешенном) состоянии или может быть закреплен на поверхности твердoго носителя в виде биопленки. Системы со свободной микрофлорой называют аэротенками, с прикрепленной (иммобилизованной) - биофильтрами, с комбинированным расположением – биоаэротенками или аэротенками с заполнителями.
     Основным методом аэробной очистки считается применение аэрационных прудов, которые эффективно снижают концентрацию ионов аммония в водах, образующихся на свалках. Разложение загрязнений в аэробных прудах производится организмами, способными существовать только в среде с растворенным кислородом. Это наиболее богатая видами группа гидробионтов, представители которой способны утилизировать самые разнообразные вещества.
     Сущность метода очистки в биологических прудах основана на способности высшей и низшей растительности, а также гидробионтов поглощать из воды и накапливать различные минеральные элементы. Это поглощение и накопление является активным физиологическим процессом, связанным с жизнедеятельностью всего организма в целом. Большим достоинством этого метода является его экологическая безопасность, а также значительно меньшие экономические затраты, связанные с его пуском и эксплуатацией, по сравнению с техническими методами. При использовании этого метода исключается применение громоздкой аппаратуры, едких, токсичных и дорогостоящих реактивов. Метод прост в использовании, не требует больших затрат труда и квалифицированного персонала.
     Очистку воды высшими водными растениями обычно проводят на гидроботанических площадках, представляющих собой пруды или каналы, засаженные прибрежно-водной, погруженной и плавающей растительностью. В зависимости от химического состава фильтрационных вод подбирается оптимальных комплекс растений, наиболее эффективно участвующий в процессе очистки данных стоков.
     Широко применяется метод создания искусственных гидроботанических площадок, которые на 40-100 % засаживаются высшей водной растительностью. Ложе пруда включает две зоны: прибрежно-мелководную зону (глубиной до 1 м), занимающую до 40 % площади и засаженную прибрежно-водной растительностью, и глубоководную зону, засаженную плавающими формами. Фильтрационные воды проходят через заросли прибрежно-водных растений, являющихся хорошими фильтраторами и седиментаторами. Многочисленные исследования показали, что наиболее эффективной очистительной способностью обладают тростник обыкновенный, камыш озерный, рогоз узколистный и Лаксмана.
     Для очистки фильтрационных вод могут быть использованы низшие растения – макро- и микроводоросли. Участие водорослей в активизации процессов самоочищения водоемов можно рассматривать в следующих основных направлениях: фотосинтетическая аэрация воды; удаление из воды биогенных и органических веществ; выделение в процессе жизнедеятельности и постлетально органических соединений, играющих важную роль в формировании природных гидробиоценозов и выполняющих функции питательного субстрата для нефотосинтезирующих микроорганизмов; детоксикация и минерализация рядя загрязнителей.
     Качественный и количественный состав бактериальной микрофлоры зависит от химического состава воды и развивается спонтанно, в соответствии с конкретными условиями в водоеме. В настоящее время наибольший интерес представляет очистка фильтрационных вод с использованием единого гидробиоценоза, сходного с природным, где загрязнители, переходя с одного трофического уровня на другой, быстро трансформируются в стабильные вещества растительных и животных организмов, чем и завершается процесс очистки. Для различных вод подбирается свой, специально подобранный, искусственный биоценоз. Процесс очистки в этом случае протекает с использованием комплекса водорослей и высшей водной растительности, а также максимально разнообразных сообществ других организмов – агентов очистки – бактерий, простейших, беспозвоночных, рыб.
     Микроорганизмы, являющиеся биохимическим агентом при аэробной очистке сточных вод, образуют сложные сообщества активного ила и биопленки. Такие сообщества состоят из бактерий, актиномицетов, грибов, водорослей, членистоногих. Основу биомассы таких сообществ составляют бактерии. Общая поверхность 1 г сухой биомассы оценивается площадью около 100 м2, что и обусловливает высокую скорость обменных процессов при очистке.
     Биопленка, покрывающая твердые поверхности, погруженные в объем жидкости аэробных биохимических реакторов, образуется за счет иммобилизованных клеток микроорганизмов, ее толщина обычно не более 3 мм, чаще 0,5—1,0 мм.
     Состав микроорганизмов активного ила и биопленки подвержен изменениям и зависит от условий культивирования, температуры в реакторе, от состава очищаемой фильтрационной воды.
     Капельные биофильтры – наиболее широко используемый тип аппаратов с неподвижной биопленкой и противотоком воздуха и жидкости. Биомасса растет на поверхности насадки в виде пленки.
     Основной режим работы биофильтров – это однократное прохождение фильтрата. Фильтрационные воды постепенно просачиваются через фильтр, поступают в отстойник и затем удаляются.
     В биопленке, покрывающей поверхности носителя в реакторах с иммобилизованной микрофлорой, помимо бактерий наблюдается большое количество простейших, коловраток, червей. Биоценоз ила аэротенков и биопленка идентичны при очистке одной и той же воды, однако, количество различных видов организмов разное. Показателем хорошего состояния биопленки является наличие инфузорий круглоресничных, брюхоресничных, жгутиковых, червей Nematoda, коловраток.
     На стадии окончания биологической очистки воды протекают процессы нитрификации с образованием нитритов и нитратов. В этом процессе в качестве биологических агентов выступают бактерии из родов Nitrosomonas и Nitrobacter. Наиболее изученным микроорганизмом, осуществляющим окисление аммонийного азота до нитритов - нитрификацию первой фазы, является Nitrosomonas europaea. Основной биологический агент второй фазы нитрификации - окисления нитритов в нитраты — Nitrobacter Vinogradskyi.
     Анаэробная очистка.
     Целесообразность применения анаэробных процессов очистки к концентрированным стокам обусловлена способностью сообществ анаэробных микроорганизмов продуцировать энергетическое сырье (биогаз) и снижать концентрацию субстратов до уровня, приемлемого для последующего применения аэробной очистки. К другим достоинствам анаэробной обработки можно отнести образование осадков, представляющих собой ценное органическое удобрение, или потенциальное сырье для получения протеина и биологически активных веществ.
     Анаэробная очистка фильтрата обеспечивает продолжение идущего в теле свалки микробиологического анаэробного процесса и может осуществляться как в анаэробных прудах, так и на установках анаэробной обработки.
     К реакторам, в которых очистка осуществляется иммобилизованными микроорганизмами, относят метантенки с псевдокипящим слоем носителя иммобилизованой микрофлоры. В качестве таких носителей используют гранулы активного угля и пластмасс, песок.
     Все типы реакторов с иммобилизованной биопленкой характеризуются высокой степенью задержки биомассы, приспособлены к значительным колебаниям нагрузки, но требуют надежных систем автоматизации.
     Разложение загрязнений в анаэробных прудах осуществляется бактериями, способными существовать в среде без свободного кислорода. Это в основном метанообразующие анаэробные бактерии, а также бактерии, сбраживающие клетчатку, жирные кислоты, трудноокисляемые углеводы, аммонифицирующие бактерии, восстанавливающие соли серной и азотной кислот.
     Процесс анаэробного сбраживания имеет две фазы и зависит от наличия соответствующих каждой фазе бактерий, температуры и величины рН.
     На первой фазе происходит образование низкомолекулярных органических кислот и спиртов из углеводов, белков и жиров, а также газообразных продуктов: CO2,NH3,H2Sи Н2. Осуществляют это факультативные гетеротрофы (t=250С, рН=6,5).
     Второй фазой является метановое брожение, в процессе которого образовавшиеся органические кислоты и спирты разлагаются до метана, углекислоты и воды (t=320С, рН=7). При низких температурах скорость метанового брожения снижается, а при 40С прекращается.
     Присутствие солей меди, хрома и других тяжелых металлов подавляет работу бактерий в обеих фазах.
     Анаэробные микроорганизмы осуществляют метановое сбраживание концентрированных углеродсодержащих субстратов, которая протекает в три стадии:
     Углеводы, белки, липиды
     Гидролиз (1)
     Жирные кислоты
     Уксусная Ацетогенная дегидрогенизация (2) Н2+СО2
     кислота
     Ацетогенная гидрогенизация (3)
     Декарбоксилирование Восстановительное
     уксусной кислоты (4) образование метана (4)
     СН4+СО2СН4+СО2
     Полное анаэробное расщепление органического вещества происходит под влиянием трех основных групп бактерий: (1)-гидролизующих; (2)-облигатных ацетогенных; (3)-ацетогенных; (4)-метаногенных. Первая стадия – гидролиз сложных соединений, биополимеров и конверсия продуктов в летучие жирные кислоты, спирты, альдегиды, диоксид углерода, аммиак, водород. Эти процессы осуществляются самыми разнообразными микроорганизмами, относящимися к аэробам, факультативным анаэробам, облигатным анаэробам.
     На второй стадии – образования уксусной кислоты, водорода и диоксида углерода – биологическими агентами являются облигатные ацетогенные бактерии. Эти микроорганизмы расщепляют пропионовую и другие жирные кислоты, некоторые соединения, образующиеся после первой стадии анаэробной ферментации. Продуктами расщепления являются уксусная кислота, водород, диоксид углерода.
     Третья стадия – метаногенная. Метаногенные бактерии – единственные организмы, способные трансформировать кислоты и водород в газообразный метан без внешних источников энергии или акцепторов электронов.
     В случаях, когда нужно обеспечить низкое содержание тяжелых металлов в осадке, как после аэробной, так и после анаэробной очистки фильтрата, применяют соответствующую физико-химическую обработку.
     1.3.2. Физико-химические методы очистки фильтрационных вод и перспективы их применения.
     К физико-химическим методам очистки относят коагуляцию, адсорбцию, ионный обмен, обратный осмос и др. Эти методы используют для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных частиц, растворимых газов, минеральных и органических веществ. В настоящее время в технике защиты окружающей среды начинают широко использоваться биосорбционные и ионообменные методы.
     Использование физико-химических методов для очистки фильтрационных вод по сравнению с биохимическими имеет ряд преимуществ: возможность удаления из фильтрационных вод токсичных, биохимически не окисляемых органических загрязнений; достижение более глубокой и стабильной степени очистки; меньшие размеры сооружений; возможность рекуперации различных веществ.
     Коагуляция.
     Для осаждения загрязняющих веществ при физико-химической обработке фильтрата коагуляцией обычно используют известь или глинозем. При этом достигается некоторое осветление, происходит образование взвешенных твердых частиц и удаление тяжелых катионов. В то же время выделяется большое количество осадка, а ХПК снижается не более чем на 40%.
     Химическое окисление с помощью Сl2, Са(СlО)2, КМnО4 или О3дает лучшие результаты осветления и снижает ХПК (до 48%). Вместе с тем использование галогенов приводит к образованию опасных галогенированных соединений.
     Адсорбция загрязняющих веществ с применением активированного угля в виде стержней или порошков позволяет достичь большего снижения концентраций органических веществ по сравнению с другими химико-физическими методами. Основной недостаток метода – необходимость частой регенерации угольных стержней, а значит и большой расход угольного порошка. Сейчас метод адсорбции с применением активированного угля используется в качестве последней, как правило, третьей, ступени очистки фильтратов. Конечное снижение ХПК при этом может составить 85%.
     Еще один способ, который применяется, как правило, на конечной ступени очистки фильтрата, - обратный осмос. Этот способ обеспечивает высокоэффективное удаление органических соединений и других загрязняющих веществ в результате пропуска фильтрата через мембраны. Наиболее важными параметрами процесса являются тип мембраны, показатель рН и давление.
     Для предотвращения засорения мембран коллоидными веществами фильтрат предварительно обрабатывают известью (до величины рН=12), затем серной кислотой (до рН=3-6) и осаждают, добавляя СаSО4. Такая предварительная обработка уменьшает мутность фильтрата почти на 90% и сама по себе бывает достаточной для удаления некоторых металлов.
     Фильтрационные воды, образующиеся при ликвидации токсичных и опасных отходов, могут быть переработаны с использованием сочетания физико-химических и биологических методов, однако эти методы дороги.
     Электрохимический метод.
     Российскими учеными изобретен новый, экологически безопасный способ с более высокой степенью очистки сложных многокомпонентных стоков с полигонов ТБО. Способ включает сбор и усреднение фильтрационных вод в водоприемнике, смешение с тонко измельченным коксом и гальванокоагуляцию с электросепарацией, пропускание полученной взвеси параллельными потоками через анодную и катодную камеры диафрагменного электролизера с засыпным анодом из железной стружки при одновременном воздействии на потоки электрического тока, смешение католита и анолита на выходе и определение тонкодисперсного осадка, последний подают на стадию усреднения и осуществляют предочистку обрабатываемой воды до исчерпывания сорбционных и коагуляционных свойств тонкодисперсного осадка, включающего пылевидный кокс, а выделившиеся на аноде газообразные окислители барботируют через отстоянную воду перед ее сбросом (рис.2).
     На контакте железная стружка–кокс возникает множество гальванопар, что вызывает интенсивное растворение железа и электролиз воды, смещение рН и другие физико-химические процессы. Чем сложнее состав вод, тем более разнообразные реакции протекают в процессе очистки.
     В анодной камере происходит выделение загрязняющих среду веществ вследствие образования газообразных и пенообразных окислителей.
     Поступающие в анодную камеру ионы железа переходят в различные формы комплексных соединений, которые являются коагулянтами и катализаторами очистки.
     Фильтрационные воды с полигонов ТБО характеризуются сложным многокомпонентным составом в виде органических и неорганических загрязнений в растворенной и коллоидной формах. Многие из них токсичны и обладают низкой ПДК. В состав фильтрата может входить целый ряд металлов от натрия до калия, тяжелых металлов (хрома, свинца, марганца, кобальта, ванадия, вольфрама и др.). Эта поликомпонентность, сложность и изменчивость состава может быть с успехом использование вместо реагентов в процессе гальванокоагуляции и электросепарации. Эти процессы, начинающиеся уже на стадии предочистки путем контакта очищаемой воды с тонкодисперсным осадком, позволяет улучшить состав воды по загрязняющим макрокомпонентам в 2…10 раз. При этом в процесс очистки повторно вовлекается пылевидный кокс. Введение операции предочистки позволяет снизить энергоемкость процесса очистки на 20…50%.
     Наличие в сточной воде хлоридов, сульфатов, сложных органических соединений приводит к образованию на аноде целого ряда газообразных и пенообразующих окислителей, таких, как хлор, озон. Экологически опасные отходящие газы путем барботирования через воду доокисляют органические соединения до допустимых значений ХПК.

2. Мaтеpиaлы и методы.
2.1. Методика выполнения измерений массовых концентраций металлов.
       При анализе проб с массовой концентрацией металлов, превышающей предел диапазонов, необходимо соответствующее разбавление проб бидистиллированной или деионизированной водой.
       2.1.1.  МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ
       Измерения массовой концентрации элементов выполняют методом атомно-абсорбционной спектрометрии, основанном на избирательном поглощении резонансного излучения нейтральными атомами металлов при электротермической атомизации в графитовой кювете. В качестве источника излучения применяют лампы с полым катодом из определенного металла.
       2.1.2. ПОДГОТОВКА К ПРОВЕДЕНИЮ ИЗМЕРЕНИЙ
        Подготовка растворов и реактивов
        Приготовление раствора азотной кислоты 1:1
       500 см3 концентрированной азотной кислоты разбавляют до 1000 см' би- дистиллированной или деионизированной водой. Используют при приготовлении растворов азотной кислоты 1:200 и при консервировании проб воды.
        Приготовление раствора азотной кислоты 1:200 10 см' раствора азотной кислоты 1:1 доводят бидистиллированной или деионизированной водой до 1000 см3. Используют при приготовлении градуировочных растворо.......................