Водных объектов в зоне влияния свалок



страница4/12
Дата11.10.2016
Размер2,69 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Усредненный состав биогаза полигонов ТБО Украины [107]

Номер полигона

Данные анализа, объем – %

CH4

CO2

O2

N2

H2S

H2O

1

64,11

32,20



1,59

0,07

2,03

2

61,25

29,95

1,38

6,04



1,38

3

54,03

39,53



4,93



1,51

4

67,11

20,46

4,11

6,18



2,14

5

70,65

23,34



3,45



2,56

Среднее

63,43

29,10

2,75

4,43

0,07

1,92

Если условия складирования не изменяются, процесс анаэробного разложения стабилизируется с постоянным по удельному объему выделением биогаза практически одного газового состава, естественно, при стабильности морфологического состава отходов.

Различают пять фаз процесса распада органической составляющей твердых отходов на полигонах:


  1. аэробное разложение в присутствии кислорода;

  2. анаэробное разложение без выделения метана (кислотное брожение);

  3. анаэробное разложение с непостоянным выделением метана (смешанное брожение);

  4. анаэробное разложение с постоянным выделением метана;

  5. затухание анаэробных процессов.

Первая и вторая фазы имеют место в начальные 10–15 дней с момента укладки отходов, продолжительность третьей фазы – от 180 до 500 дней.

Продолжительность четвертой фазы составляет 10–30 лет, если условия складирования не изменяются.

Для каждой из фаз характерен определенный набор химических процессов, а, следовательно, и возможность оценки скорости разложения отходов и процент потери массы [41].

Фильтрат полигонов твердых бытовых отходов содержит ил, богатый органическими веществами [134, 135].

Содержание большого количества органических веществ в фильтрате свидетельствует о том, что процессы, происходящие в массиве отходов, еще не достигли стабильных условий образования метана [12], и они могут быть подвергнуты анаэробному сбраживанию.

Метод очистки загрязненного фильтрата путем сбраживания в анаэробных условиях позволяет решить несколько важнейших задач: дезактивировать биологическое загрязнение, получить биогаз, а также позволяет контролировать сброс очищенных дренажных вод в поверхностные источники.

Мезофильное анаэробное сбраживание – биологический процесс разложения органических веществ в жидких осадках, который протекает в течение примерно 20 суток в закрытых реакторах (метантенках).

Жидкие осадки тщательно перемешиваются при температуре, близкой к 35 °C, в анаэробных условиях.

Обычно анаэробному сбраживанию подвергаются первичные или смешанные осадки с содержанием сухих веществ 40–80 кг/м3.

Анаэробное сбраживание обеспечивает значительное снижение содержания органических веществ в осадках и получение стабилизированных и/или частично обеззараженных осадков после обезвоживания.

Это способствует их долгому хранению и одновременному использованию в сельском хозяйстве биогаза, состоящего из метана (65–70 %) и углекислого газа (25–35 %).

Удельное количество получаемого биогаза составляет примерно 0,9–1,1 м3/кг разложенных органических веществ [13, 136].



1.4. Выводы по разделу 1

В результате анализа литературных источников по направлению исследований, рассмотренных в диссертационной работе, можно сделать следующие выводы:



  1. Несмотря на разнообразие способов обращения с бытовыми отходами, известных в мировой практике, самым распространенным методом в Украине остается захоронение ТБО на полигонах и свалках. Это приводит к загрязнению прилегающих водных объектов и почв опасными химическими веществами, распространению возбудителей инфекций.

  2. Анализ доступных литературных источников показал, что образующийся на свалках и полигонах фильтрат представляет собой экологическую опасность для окружающей природной среды и человека.

  3. Описанные в научных публикациях технологии очистки загрязненных вод не являются достаточно эффективными для обеспечения экологической безопасности водных объектов при очистке фильтрата свалок ТБО, в частности г. Мариуполя.

  4. Существующие методы очистки фильтрата не позволяют эффективно удалять опасные химические вещества, такие как фенолы, а также микроорганизмы и яйца гельминтов.

РАЗДЕЛ 2

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОТХОДОВ

И ФИЛЬТРАТА СВАЛКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

2.1. Методы отбора проб отходов, песка и воды

Образующийся на свалке твердых бытовых отходов фильтрат загрязняет грунтовые воды, реку Кальмиус и Азовское море. С целью разработки способа по устранению попадания загрязненных вод в грунтовые воды и р. Кальмиус было проведено химическое и биологическое исследование фильтрата. Кроме того, был изучен состав накопленного на свалке мусора. Поскольку предполагалось негативное влияние фильтрата полигона ТБО на р. Кальмиус, а, значит, и на Азовское море, был проведен химический и биологический анализ песка городских пляжей. Для получения этих данных использовали разнообразные методы.



2.1.1. Отбор проб мусора. Изучение состава мусора осуществлялось на десяти различных участках свалки. На каждом из участков отбирали по три пробы мусора массой по 10 кг из разных глубин, включая пробу мусора, лежащего на поверхности.

Взятые из различных глубин пробы мусора объединяли в одну общую массой 30 кг. Пробы отбирали при помощи экскаватора.



2.1.2. Определение состава отходов. Каждую из полученных 10 проб анализировали, сортируя отходы на различные фракции: бумага и картон, пищевые отходы, стекло, металл и дерево, текстиль и резина, пластмасса, камни. Остальные компоненты относили к фракции «прочие отходы».

2.1.3. Отбор проб песка пляжей. Пробы песка отбирались согласно методике, описанной в санитарных нормах [137].

Песок городских пляжей для химических и биологических исследований отбирали с 10 участков. На каждом участке отбирали 3 пробы по 200 г каждая с поверхности и двух глубин: 5 и 20 см. Затем полученные пробы объединяли и перемешивали. Для химических и биологических исследований из каждой объединенной смеси изымали 200 г и анализировали. Отбор проб осуществлялся шпателем в стеклянные ёмкости с соблюдением стерильности.



2.1.4. Отбор проб воды. Отбор проб фильтрата, вышедшего на поверхность, а также подземных вод из наблюдательных скважин и фильтрата из накопителя (рис. 2.1) производили согласно методикам, описанным в нормативных документах [138–140].
описание: img_2179
Рис. 2.1. Отбор проб воды из отстойника
Пробы отбирали с помощью батометра.

Пробы воды для химических исследований помещали в чистую посуду, а для биологических исследований – в стерильную.

Пробы фильтрата, вышедшего на поверхность, отбирали вокруг свалки, объемом 1 дм3 каждая. Поскольку глубина фильтрата различается в разных точках, варьирует в зависимости от погодных условий и в засушливое время не превышает 5 см, все пробы отбирали с поверхности.

Перед отбором пробы подземных вод из скважин делали кратковременную откачку воды погружным вибрационным насосом для изъятия загрязненной застоявшейся воды и принудительного притока свежей воды из водоносных горизонтов.

Количество откачанной жидкости равнялось 2–3 объемам столба воды в скважине. Пробы отбирали с глубины не менее 1–2 м ниже уровня воды в скважинах (в тех случаях, когда это было возможно).

Пробы отбирали в объеме 2 дм3 для химических исследований и 1 дм3 – для биологических исследований.

Воду из накопителя отбирали батометром с поверхности, а также с глубин 1 и 3 метра в объеме 2 дм3 для химических анализов и 1 дм3 – для биологических исследований.

2.2. Методы химического анализа исследуемых проб

2.2.1. Определение химических элементов Be, V, Bi, Cd, Co, Cu, Mo, As, Ni, Pb, Se, Ag, Sb, Cr, Mn, Zn, Al, Hg, Ca, Na, K, La, Sr. Элементный состав (ила, песка и воды) определяли рентгено-флуоресцентным методом на спектрометре ARL OPTIM'X.

Пробы воды и ила высушивали и прогревали в муфельной печи при температуре 200 °C до постоянного веса. Песок высушивался при комнатной температуре.

После высушивания пробы ила, воды и песка измельчали с помощью лабораторной планетарной мельницы «Pulverisette 7 premiumline» и спрессовывали в таблетку автоматическим прессом «X-Press».

2.2.2. Определение содержания железа. Концентрацию железа определяли фотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой. Для этого к пробе исследуемой воды добавляли 10 % раствор сульфосалициловой кислоты и аммиак. Оптическую плотность растворов измеряли на фотоколориметре при длине волны 500 нм.

Содержание железа определяли также бихроматным методом. Для этого к пробе исследуемой воды добавляли соляную кислоту. Затем добавляли смесь серной и ортофосфорной кислот и титровали бихроматом калия в присутствии дифениламина.



2.2.3. Определение содержания хлоридов. Концентрацию хлоридов определяли титриметрическим методом [141]. Для этого отмеренный для измерения объем профильтрованной и обработанной воды перенесли в коническую колбу для титрования, добавили дистиллированную воду и гидроксид алюминия. После чего приливали раствор хромата калия и титровали раствором нитрата серебра.

2.2.4. Определение содержания фторидов. Фториды определяли фотоколориметрическим методом [142]. Для этого к пробе исследуемой воды добавляли раствор ализарина, буферный раствор, нитрат лантана и дистиллированную воду. Тщательно перемешав, полученный раствор ставили в тёмное место, после чего измеряли оптическую плотность при длине волны λ=620 нм.

2.2.5. Определение содержания фосфатов. Фосфаты определяли фотометрическим методом [142]. Для этого к профильтрованной в день отбора пробе исследуемой воды приливали растворы разбавленной серной кислоты, молибдата аммония, аскорбиновой кислоты, антимонилтартрата калия и сульфаминовой кислоты. Затем через определенное время еще раствор аскорбиновой кислоты. Оптическую плотность измеряли при длине волны λ=880 нм.

2.2.6. Определение содержания роданидов. Определение концентрации роданидов производили фотометрическим методом [142]. Для этого к анализируемой пробе прибавили раствор хлорида цинка и дистиллированную воду, полученный раствор перемешали, затем приливали растворы соляной кислоты и хлорида железа. Оптическую плотность раствора измеряли при длине волны λ=480 нм.

2.2.7. Определение содержания фенолов. Фенолы определяли фотометрическим методом [142, 144] с 4-аминоантипирином в щелочной среде (pH=10) в присутствии персульфата аммония с образованием антипиринового красителя, при длине волны λ=460 нм и кювете с крышками с рабочей длиной волны 50 мм.

Концентрацию фенолов после процесса сорбции определяли следующим образом: к аликвотной части добавляли 5 % раствор карбоната натрия в объеме 0,5 мл, затем раствор диазотированного n-нитроанилина. Смесь тщательно перемешивали и через 15 минут определяли оптическую плотность полученного раствора при длине волны λ=570 нм и кюветы с крышками длиной 50 мм.



2.2.8. Определение химического потребления кислорода. Химическое потребление кислорода определяли титриметрическим методом [142, 143]. Для этого к исследуемой пробе воды добавляли растворы дихромата калия, сульфата серебра и концентрированной серной кислоты, после чего добавили раствор ферроина. Титровали избыток не прореагировавшего дихромата калия раствором соли Мора до перехода окраски индикатора из синевато-зеленой в красно-коричневую область.

2.2.9. Определение концентрации нефтепродуктов. Концентрацию нефтепродуктов определяли методом ИК-спектрометрии [145]. Для этого пробу сточной воды подкисляли и добавляли хлорид натрия.

Далее проводили экстракцию четырёххлористым углеродом. Экстракт высушивали, оптическую плотность измеряли при волновом числе 2926 см1.



2.3. Методы микробиологического и гельминтологического анализа

2.3.1. Общее микробное число (ОМЧ). К общему числу микроорганизмов относят мезофильные аэробы и факультативные анаэробы, способные образовывать на питательном агаре колонии, видимые при увеличении в 2 раза при температуре 37 °C в течение 24 часов (ОМЧ 37 °C) и при температуре 22 °C в течение 72 часов (ОМЧ 22 °C).

Для определения общего микробного числа [138] пробу тщательно перемешивали и разводили дистиллированной водой в соотношениях 1:10,1:100, 1:1000. Воду из каждого разведения вносили в чашки Петри, заливали расплавленный и охлажденный мясо-пептонный агар.

После застывания агара чашки переворачивали кверху дном, подписывали, указывая место, время взятия пробы и разведение, и инкубировали в термостате при 37 °C на протяжении 24 часов. Количество колоний, которые выросли на питательной среде, умножали на показатель разведения воды, из которого сделан этот высев (10, 100 и 1000).

2.3.2. Определение бактерий группы кишечных палочек. Содержание бактерий группы кишечной палочки определялосьсогласно методике описанной в методических указаниях [138]. Сущность метода заключается в посеве анализируемой воды в среды накопления и подращивания при температуре 37 °C, с последующим пересевом на плотную питательную среду Эндо и дифференциацией выросших бактерий.

Для этого пробы воды высевали в глюкозо-пептонную среду.

Посевы инкубировали при температуре 43 °C в течение 24 часов.

Затем пробы с выраженным помутнением, образованием кислоты и газа в среде пересевали на среду Эндо. Пересев производили бактериологической петлей штрихами по поверхности среды. Чашки с посевами помещали в термостат и инкубировали при температуре 37 °C в течение 24–48 часов. При росте на среде Эндо темно-красных колоний с металлическим блеском их принадлежность к бактериям группы кишечной палочки подтверждали микроскопированием мазков, окрашенных по Граму, и постановкой оксидазного теста. Наличие мелких неспорообразующих грамотрицательных палочек в мазках и отрицательный оксидазный тест позволяли дать заключение о содержании кишечной палочки в анализируемой пробе воды.

Оксидазный тест проводили следующим образом: брали петлей 2–3 изолированные колонии, выросшие на среде Эндо, и наносили штрихом на фильтровальную бумагу, смоченную соответствующим реактивом. При отрицательной реакции на оксидазный тест фильтровальная бумага не изменяет цвета в течение 1–2 минут после нанесения бактериальной массы.

При активной реакции на оксидазу фильтровальная бумага синеет в течение 1–2 минут.

Определение индекса бактерий группы кишечной палочки (коли-индекса) проводили путем подсчета количества кишечных палочек в 1 дм3 воды.

Микробиологические показатели мусора проводили аналогичным образом, исследуя смывные воды, приготовленные при отборе проб.



2.3.3. Определение микроорганизмов р. Salmonella. Микроорганизмы, относящиеся к p. Salmonella, определяли согласно методике, описанной в работе [138]. Для определения сальмонелл исследуемый образец воды засевали в среды накопления: селенитовый бульон и магниевую среду.

Их концентрацию устанавливали посевом в магниевую среду с титрованием в десятикратных разбавлениях.

Посевы инкубировали в течение 18–20 часов при температуре 37 °C.

При обнаружении помутнения производили высев на чашки с висмут-сульфитным агаром. Чашки с посевами инкубировали при температуре 37 °C в течение 18–20 часов. Из каждой чашки снимали для посева по 4–5 изолированных колоний в пробирки с комбинированными средами для определения биохимических свойств, подтверждающих принадлежность к родам Salmonella.



2.3.4. Определение микроорганизмов р. Staphylococcus. Для определения микроорганизмов р. Staphylococcus согласно методике [138], пробу исследуемой воды фильтровали.

Фильтры помещали на желточно-солевой агар и далее 24 часа инкубировали при температуре 37 °C. Подсчитывались блестящие выпуклые колонии белого, палевого, золотистого цвета, окруженные радужной с перламутровым блеском зоной.

Для подтверждения принадлежности таких бактерий к Staphylococcus aureus, подозрительные колонии пересевали на желточно-солевой агар и подвергали микроскопированию.

2.3.5. Определение спор сульфитредуцирующих клостридий. Сульфитредуцирующие клостридии – спорообразующие анаэробные палочковидные микроорганизмы, которые редуцируют сульфит натрия до сульфидов на железосульфитном агаре при температуре 44 °C в течение 16–18 часов.

Споры сульфитредуцирующих клостридий определяли методом прямого посева согласно методике, описанной в [138].

Для этого до посева пробу воды прогревали на водяной бане при температуре 75 °C в течение 15 минут. Посевы вносили в стерильные пробирки и заливали нагретым до 70–80 °C горячим железосульфитным агаром высоким столбиком, во избежание попадания воздуха.

После заливки пробирки опускали в емкости с холодной водой для создания анаэробных условий в толще агара. После застывания посевы инкубировали при температуре 44 °C в течение 18–24 часов.



2.3.6. Гельминтологическое исследование песка. Исследование песка на присутствие яиц гельминтов производили по методу Н.А. Романенко [138]. Пробы центрифугировали с 3 % раствором гидроксида натрия 30 минут при скорости 800 оборотов в минуту. Сливали надосадочную жидкость, промывали песок и добавляли насыщенный раствор нитрата натрия, затем центрифугировали с раствором нитрата натрия. Действия повторяли 3 раза. Пробирки с долитым до уровня раствором нитрата натрия накрывали предметными стеклами. Через 25 минут на предметные стекла наносили несколько капель 30 % раствора глицерина, а затем микроскопировали при увеличении в 80 раз.

2.3.7. Гельминтологическое исследование воды. Содержание яиц гельминтов в фильтрате определяли по методу Н.А. Романенко [138]. Для этого в каждую пробу фильтрата добавляли в качестве коагулянта сульфат алюминия и тщательно размешивали. Через 40–50 минут наступало полное осветление. После слива надосадочной жидкости осадок помещали в пробирки и центрифугировали в течение трёх минут при скорости 1000 оборотов в минуту. Воду сливали, а к осадку добавляли 3 % раствор соляной кислоты для растворения хлопьев коагулянта. Смесь размешивали и центрифугировали, жидкость сливали, а в осадке определяли яйца гельминтов по методу Н.А. Романенко для почв. Обнаруженные яйца гельминтов идентифицировали согласно таблице.

2.3.8. Гельминтологическое исследование осадков сточных вод и донных отложений. Из объединенной пробы осадка сточных вод брали 4 навески по 25 г и помещали в центрифужные пробирки объемом 250 мл, добавляя 150 мл чистой воды, затем тщательно перемешивали.

Смесь центрифугировали пять минут при 1000 оборотах в минуту, затем надосадочную жидкость сливали, а к осадку вновь доливали 150 мл чистой воды. Промывку проводили 3–5 раз, до получения чистой надосадочной жидкости. Промытый осадок исследовали методом Н.А. Романенко аналогично исследованию почвы на яйца гельминтов [138].



2.4. Методы изучения процессов очистки фильтрата

2.4.1. Кинетические исследования сбраживания. Эксперименты по сбраживанию ила проводились в периодических условиях. Кинетические эксперименты проводили в термостатируемом реакторе (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Установка для анаэробного сбраживания фильтрата:

1 – магнитная мешалка; 2 – водяная баня;

3 – биореактор; 4 – ртутный термометр;

5 – газоотводная трубка; 6 – газоизмеритель
Исследуемый фильтрат разбавляли в 2 раза и загружали в реактор в количестве 250 см3. Реактор помещали в термостат, задавали требуемую температуру и перемешивали. Во всех случаях, если не оговорено отдельно, интенсивность перемешивания составляла 100 оборотов в минуту, при амплитуде перемешивания 3 см.

После прогрева инкубационной смеси в течение 1 часа и её дегазации азотом замерялось нулевое значение выделявшегося газа. Данная точка считалась началом эксперимента. В ходе эксперимента фиксировалось количество выделившегося газа, и анализировался его состав. При заполнении сборника газа газ отводился при помощи водоструйного насоса. После того, как процесс брожения заканчивался, определяли ХПК, содержание гельминтов и микроорганизмов энтерогруппы. В ходе эксперимента определяли кислотность среды по показанию pH-метра. Температуру сбраживания варьировали в интервале от 25 до 65 °C.




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница