Анализ процессов биодеструкции твердых бытовых отходов на полигоне г. Иркутска
Пушная А. А., Уланова О. В., Иркутский государственный технический университет, Иркутск, Россия
ТБО г. Иркутска вывозят на функционирующий с 1963 г. полигон, расположенный на 5 км Александровского тракта, площадью около 42 га, бо́льшая часть которой нуждается в рекультивации. Поток отходов, поступающих на полигон, постоянно растет.
Исследования морфологического состава ТБО позволили установить, что примерно 48 % от их общей массы приходится на органические вещества растительного и животного происхождения. Другие биоразлагаемые материалы (целлюлоза, резина, кожа, текстиль) составляют около 9 %.
Для исследования процессов образования фильтрата и биогаза на полигоне г. Иркутска создан модельный реактор (лизиметр), в котором протекают биохимические реакции, характерные для тела полигона (рисунок).
Модельный реактор
Конструкция установки позволяла производить отбор проб фильтрата и биогаза в течение эксперимента.
Пробы фильтрата отбирали один раз в неделю. Со временем концентрации загрязняющих компонентов, которые вымываются из ТБО, значительно меняются. Контролируя рН, установили, что реакция фильтрата от слабокислой переходила в кислую, что свидетельствовало о присутствии гумусовых кислот. По мере проведения эксперимента содержание нитритов в фильтрате увеличилось в четыре раза и превысило ПДК согласно СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод», что указывает на интенсификацию процессов разложения органических веществ. С каждой неделей ХПК, а также концентрация хлорид-ионов возрастали, что связано с увеличением выщелачивания органических и минеральных веществ из ТБО в элюат.
Содержание тяжелых металлов в фильтрате в течение 17 недель показано в табл. 1.
Таблица 1
Концентрации тяжелых металлов в фильтрате
|
Элемент |
Концентрация, мг/л |
||||||||||||||||
|
Время, неделя |
|||||||||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
|
|
Mn |
5,4 |
5,8 |
6 |
6,2 |
6,3 |
6,5 |
6,4 |
6,8 |
5,9 |
5,2 |
4 |
3,6 |
2,3 |
1,6 |
1 |
0,2 |
0 |
|
Cd |
0,18 |
0,2 |
0,3 |
0,3 |
0,4 |
0,4 |
0,3 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,1 |
0,1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
Cu |
0,48 |
0,5 |
0,5 |
0,4 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
1 |
0,9 |
0,8 |
0,6 |
0,6 |
0,5 |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
0,1 |
|
Zn |
15,6 |
15 |
15 |
14 |
12 |
12 |
12 |
12 |
10 |
9,8 |
11 |
9,4 |
8,1 |
7,3 |
6,3 |
6,3 |
6,4 |
|
Hg |
1,4 |
2,8 |
3,6 |
5,1 |
3,8 |
3,2 |
3,1 |
2,6 |
2,4 |
2,1 |
1,2 |
0,5 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0 |
0 |
|
Pb |
0,04 |
0,06 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
Cr |
0,02 |
0,02 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
Ni |
0,52 |
0,44 |
0,4 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0 |
0 |
Установлено, что на протяжении третьей фазы биодеструкции концентрация ртути в фильтрате в среднем превышала ПДК для почв (согласно ГН 2.1.7.2041-06 «Предельно допустимые концентрации химических веществ в почве») вдвое. Концентрации цинка и марганца были близки к ПДК. По сравнению с ПДК для поверхностных вод (согласно СанПиН 4630-88 «Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения») концентрации тяжелых металлов в фильтрате были выше в 50 раз и более.
Микробиологические исследования выявили наличие бактерий вида Shigella sonnei, что подтверждает опасность элюата как источника кишечных инфекций.
Через два месяца в реакторе сформировались анаэробные условия, в которых протекала биоконверсия органического вещества с участием метаногенного сообщества микроорганизмов, в результате чего начал образовываться свалочный газ.
Концентрации его основных компонентов в зависимости от времени приведены в табл. 2.
Таблица 2
Концентрация компонентов свалочного газа на первой
и второй стадиях биодеградации отходов
|
Дата замера |
Концентрация, мг/м3 |
|||
|
CH4 |
H2S |
NH3 |
SO2 |
|
|
20.12.2010 |
0,09 |
1,5 |
0 |
0 |
|
25.12.2010 |
0,21 |
1,5 |
0 |
0 |
|
30.12.2010 |
0,3 |
1,5 |
0 |
0 |
|
06.01.2011 |
0,26 |
1,5 |
0 |
0 |
|
13.01.2011 |
0,31 |
2,4 |
0 |
0 |
|
20.01.2011 |
0,47 |
2,3 |
4 |
2 |
|
27.01.2011 |
0,48 |
1,5 |
3 |
3 |
|
04.02.2011 |
0,49 |
1,4 |
3 |
3 |
|
08.02.2011 |
1,04 |
1,3 |
4 |
3 |
|
15.02.2011 |
1,05 |
1,4 |
6 |
2 |
Со временем концентрация метана увеличивается (см. табл. 1), что свидетельствует о начале процесса биоконверсии органического вещества. Далее происходит переход от аэробной фазы к фазе кислого брожения (анаэробной), которая (в отличие от фазы аэробного брожения) сопровождается уменьшением концентрации сероводорода. На второй стадии биодеградации отходов ПДК метана в атмосферном воздухе превышена в два раза. Концентрация остальных газов на данном этапе не более ПДК. При переходе процесса в анаэробную фазу концентрации NH3 и SO2 возрастают.
На следующем этапе наших исследований для моделирования миграции фильтрата в объеме полигона и на его границах применена программа PСSIWAPRO DSS, позволяющая детально изучить процессы, протекающие в почве при попадании фильтрата в грунтовые воды в зоне захоронения ТБО.
Municipal Solid Waste Biodegradation on the Landfill of Irkutsk City
Pushnaya A. A., Ulanova O. V., Irkutsk State Technical University, Irkutsk, Russia
The natural processes within the landfill body were simulated at the laboratory-scale plant.
Сведения об авторах
Пушная Анна Андреевна, аспирантка,
кафедра обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии, Иркутский
государственный технический университет, ул. Лермонтова 83, Иркутск, 664074, Россия.
Тел./ факс +7 (3952) 40-51-18.
E-mail
Уланова Ольга Владимировна, канд. техн. наук, доц., кафедра обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии, Иркутский государственный технический университет, ул. Лермонтова 83, Иркутск, 664074, Россия. Тел./факс +7 (3952) 40-51-18. E-mail