Пречистване на инфилтрат от депа за отпадъци

Инфилтратът се дефинира като водата, която е встъпила в контакт с отпадъците, съхранявани в депо. Получава се основно в резултат на проникването на дъждовна вода в тялото на депото, но и от съдържащата се в самите отпадъци влага, или в случая на недобре изолирани депа – от просмукването на подземни води. Инфилтратът се улавя от дренажна система и постъпва в пречиствателна станция, където се подлага на специални процеси. Технологията за третирането му трябва да бъде избрана на база съдържащите се в него вещества.

Депата обикновено съдържат силно нехомогенна смес от материали, включително висок процент органични компоненти и разтворими минерални вещества. Някои от органичните съединения се разлагат по естествен път в условията на депото. Поради тези екзотермични процеси, протичащи в депото, температурата на инфилтрата обикновено е по-висока от тази на подземните води в района. Освен това в повечето случаи той е доста мътен, със силна миризма и с кафеникав цвят.

Съставът на инфилтрата варира в зависимост от вида на съхраняваните отпадъци, метеорологичните условия и продължителността на престоя му в депото, като с увеличаване на времето на престой се повишава концентрацията на устойчиви органични замърсители. След две до пет години престой първоначалните процеси на разлагане отстъпват място на анаеробни процеси.

Отначало анаеробно се разлагат само късоверижни мастни киселини, и органичните съединения постъпващи в инфилтрата са все още относително биоразградими. С увеличаване на времето на престой анаеробното разлагане преминава към образуването на метан. Тогава, в допълнение на разнообразието от разтворими азотни и серни съединения, сулфати и хлориди, инфилтратът съдържа висок процент устойчиви органични замърсители.

Нетретираният инфилтрат представлява риск за околната среда, ако се допусне постъпването му във водно тяло. Градските пречиствателни станции обикновено не могат да се справят с високите органични и азотни товари в инфилтрата. Затова е достатъчно инфилтратът да се третира до такава степен, че да може да бъде подаден към градските ПСОВ за финално пречистване.

Ако това не е възможно, е необходимо инфилтратът да се третира до достигане на качество, отговарящо на изискванията за директно изпускане. В такива случаи съдържанието на замърсители е толкова ниско, че пречистената вода може да бъде изпусната в река или езеро. Разработени са редица технологии за третирането на инфилтрат от депа, много от които вече са доказали ефективността си в различни случаи.

Обратна осмоза
Технологията на обратната осмоза цели екстракцията на чиста вода от водния разтвор на органични и неорганични замърсители, съставляващи инфилтрата от депа. Процесът използва естествения феномен на осмоза, при който, ако два водни разтвора с различни концентрации са разделени от полупропусклива мембрана, водата от по-слабия разтвор преминава през мембраната и разрежда този с по-висока концентрация.

Процесът продължава до изравняване на концентрациите в двата разтвора. При обратната осмоза процесът е обърнат. Към водния разтвор (инфилтрата) се прилага налягане срещу полупропусклива мембрана, което кара водните молекули да преминат през мембраната, като се получава чист пермеат. Повечето от разтворените вещества и замърсители остават в концентрата.

Обратната осмоза е най-добрият метод за физично разделяне. За разлика от нормалното филтриране, при което се отделят само твърдите вещества от течността, обратната осмоза успешно разделя разтворимите вещества от разтворителя. Напредъкът в разработването на мембраните, особено през последните 20 години, позволява обратната осмоза да се използва и за пречистването на инфилтрат.

Мембраните за обратна осмоза могат да задържат повече от 98% от големите молекули, разтворени в инфилтрата. Те могат да задържат и йони от първа валентност като Na+ и Cl-. Като небиологичен процес, обратната осмоза е доста нечувствителен метод по отношение на промени в състава на инфилтрата. Въпреки че измененията в състава се отразяват на качеството на пермеата, добре проектираните инсталации ги усещат и се настройват автоматично спрямо тях.

Повечето пречиствателни станции за инфилтрат са двустъпални и постигат степен на премахване на замърсителите от 99,6%. Когато се третира силно замърсен инфилтрат, могат да се ползват и тристъпални станции, които го пречистват над 99,98%. Пречиствателните станции за инфилтрат, базиращи се на обратна осмоза, са широко разпространени на депа в Европа – Германия, Франция, Холандия, Белгия, Италия, Швейцария, Испания, Португалия и Гърция, като в момента броят им надминава 100.

Ефективността на активния въглен се влияе от капацитета на специфичния въглен да адсорбира определено органично съединение, концентрацията на органичното съединение, времето на контакт между инфилтрата и въглена, и присъствието на конкурентни органични съединения.

Активният въглен обикновено се използва или под формата на прах, или като гранули. Когато адсорбционният му капацитет се изчерпи, може да е възможно гранулираният активен въглен да се регенерира посредством специализирано оборудване. Натрупаните органични съединения от инфилтрата се отстраняват от въглена и се подлагат на термична деструкция. Прахообразният активен въглен се използва еднократно и след това се обезврежда.

С активен въглен могат да бъдат премахнати значителни количества БПК и ХПК, но поради относително високата му цена в повечето случаи е по-изгодно адсорбцията да се съчетае с биологично пречистване. Когато се третира инфилтрат, употребата на активен въглен обикновено се ограничава до пречистването на претърпели биологични процеси потоци. Понякога активният въглен се използва и в инсталации за биологично пречистване като буфер и за намаляване на токсичния шок при навлизането на силно замърсен инфилтрат в системата.

Гранулираният активен въглен обикновено се ползва в неподвижни слоеве или резервоари, през които по контролиран начин и с определена скорост се пропуска инфилтратът. Тъй като тези пречиствателни системи обикновено включват два или три еднакви резервоара, работещи в серия, те предоставят няколко предимства.

Като резултат от това, че в последния резервоар винаги има относително свеж гранулиран активен въглен, който да контактува с инфилтратния поток, може да бъде постигната по-висока степен на пречистване по по-рентабилен начин. Освен това тези системи позволяват третирането на инфилтрат с много висока концентрация на замърсители.

Озониране
Озонирането е широко използвано като технология за пречистване на питейна вода, за дезинфекция на вода в плувни басейни и за повишаване ефективността на други процеси на третиране. Капиталовите разходи за озонирането са относително високи, тъй като оборудването за генерирането на озон е скъпо. Финансовите средства за енергопотребление също са голям дял от експлоатационните разходи, особено ако се третира по-замърсен инфилтрат.

Пречистването с озон е приложимо главно като допълнителен етап след провеждането на биологично предварително третиране, при което да се отстранят разградимите органични съединения, които иначе биха довели до прекомерна консумация на озон. Премахването на утаените твърди вещества от третирания инфилтрат също е от ключово значение за ефективността на процеса. В допълнение, озонирането е подходящо за добре нитрифицирани потоци или такива с ниско съдържание на амоняк, тъй като амонякът също до някаква степен се конкурира с целевите органични съединения, които се разлагат от озона.

Биологични процеси
Реакторите за анаеробно биологично третиране на инфилтрат могат да бъдат с фиксиран слой, върху който се закрепят анаеробните бактерии, или с кипящ слой от гранули, пясък или активен въглен, позволяващи формирането на бактериални гранули, които се придвижват в реактора. Повечето от действащите инсталации за пречистване на инфилтрат от депа обаче използват аеробно биологично третиране.

Основните ползи от тези процеси са, че голяма част от замърсителите действително се разлагат, а не преминават в друга форма, например утайка. По време на аеробното пречистване органичните съединения до голяма степен се окисляват до въглероден диоксид и вода, а амонячният азот може да бъде окислен до нитрати (нитрификация).

Нитрификацията е широко използван биологичен процес за пречистване на битови и производствени отпадъчни води, въпреки че относително високи концентрации на амонячен азот (често повече от 1000 mg/l) в инфилтрата може да изискват по-специално проектиране на инсталацията.

Рисковете от високото съдържание на нитрати в пречистения инфилтрат, свързани с еутрофикация и замърсяване на питейни води, налагат редуцирането на тези съединения преди изпускане. Процесът на денитрификация може да бъде комбиниран с процеса на пречистване, с анокси реактор като част от анокси етапа на реакцията.

В анокси среда отсъствието на кислородни молекули или химически свързан кислород означава, че бактериите използват кислорода от нитратните съединения, за да окисляват органичните компоненти. Нитратите се редуцират до газообразен азот, който е безопасен за изпускане в атмосферата.

Аеробните инсталации за биологично третиране следва да изпълняват следните процеси – денитрификация на органичните съединения, нитрификация на амонячния азот и пълна или частична денитрификация на нитратния азот. Всеки от процесите на третиране зависи от съобщества от бактерии, които метаболизират замърсителите. Един добре проектиран пречиствателен процес трябва да гарантира, че на бактериите са осигурени оптимални условия за растеж, възможност за близък контакт с третирания инфилтрат, кислород, хранителни вещества, както и подходящи температури и стойности на pH.

Аеробните биологични процеси са ефективни за третиране на инфилтрат от депа в ранната фаза на ацетогенеза, както и инфилтрат от по-стари площадки, във фаза на метаногенеза. С пречистването лесно могат да бъдат понижени концентрациите на ХПК и БПК в ацетогенезни инфилтрати.

То може да окаже ефект и върху нитрификацията на високи концентрации на амонячен азот в инфилтрати във фаза на ацетогенеза и метаногенеза, образувани на депа, приемащи битови, търговски и производствени отпадъци.