Innovatively industrial group «Aqua-Venture»
 

Очистка поверхностного стока сорбцинно-фильтрующими патронами с применением природного цеолита

Очистка поверхностного стока сорбцинно-фильтрующими патронами с применением природного цеолита.



Поверхностный сток крупных городов является значимым фактором загрязнения гидросферы [1, 2], причем его состав, особенно в последнее время, все более определяется результатами технической деятельности человека.

Состав поверхностного стока, допустимого к сбросу в коллекторы ливневой канализации регламентируется [3], и в случае превышения нормативов, такой сток требует очистки.

Очистка больших объемов вод с высокими концентрациями загрязняющих веществ до очень низких концентраций на сброс в ливневую канализацию и особенно в рыбохозяйственные водоемы представляет из себя сложнейшую задачу. Практически все растворенные в воде вещества (тяжелые металлы, нефтепродукты, органические вещества) не удаляются методами отставания и коалесценции в самых современных отстойниках и ловушках, чтобы об этом ни говорили их производители.

Весьма важной составляющей поверхностного стока является инфильтрация (т.е. просачивание) грунтовых вод внутрь трубопроводов через их стенки, стыки, а также стенки и днища колодцев. В сетях ливневой канализации, расположенной ниже уровня грунтовых вод, приток инфильтрационных вод происходит практически непрерывно в течении года, поэтому и дождевой и талый стоки всегда разбавлены в той или иной степени инфильтрационными водами.

ЗПо составу загрязнений и их количеству инфильтрационный сток считается чище дождевого и талого. Однако, это утверждение справедливо только для взвешенных веществ и нефтепродуктов, которые могут задерживаться компонентами почв. Если инфильтрационный сток формируется из безнапорных пластовых вод, то довольно часто он содержит ионы железа и марганца биогенно-почвенного происхождения, в высоких концентрациях.

Еще хуже обстоит дело, когда дренажная сеть в городских условиях прокладывается в насыпных грунтах на месте свалок строительных (а иногда и смешанных с бытовыми и промышленными) отходов. Такие захороненные под слоем строительного мусора и насыпного грунта отходы участвуют в различного рода процессах их деградации (электрохимическое растворение металлов, биохимическое анаэробное разложение и т.д.). В результате этого в дренажные воды на таких территориях попадают не только ионы железа и марганца в высоких концентрациях, но и ионы цинка, алюминия, меди, (а в некоторых случаях – ртути, кадмия, свинца).

Такие воды с превышениями концентраций ионов тяжелых металлов в десятки и сотни раз по сравнению с ПДК требуют безусловной очистки во всем их объеме.

Следует отметить, что инфильтрационный сток с промышленных территорий (а иногда и территорий относящихся к селитебным) устроенных на местах бывших захороненных строительных (или иных) микросвалок, а также территорий бывших до этого в промышленном пользовании, и как следствие имеющих сильно загрязненные грунты (часто скрытые под асфальтовыми покрытиями и газонами) приближается по составу и концентрациям компонентов к стоку с полигонов твёрдых биологических отходов (ТБО).

Необходимость очистки инфильтрата с полигонов ТБО ни у кого не вызывает сомнений, а вот инфильтрационного стока с селитебных территорий, как наиболее чистого, до недавнего времени, вообще не рассматривалась. Однако такой высокий уровень загрязнения в дренажных водах, объединенных с поверхностным стоком, при крайне «жестких» нормативах на сброс их в ливневую канализационную сеть классифицируется в настоящее время как залповый сброс промышленных сточных вод со всеми вытекающими отсюда последствиями для пользователей территории, к загрязнению которой они часто не имеют никакого отношения.

Наиболее эффективными методами очистки от растворимых веществ являются химреагентные [4-7] и сорбционно-фильтрационные [8-13].

Первая группа методов высокозатратна в плане капитальных вложений, требует специальных помещений и подвода электроэнергии, весьма чувствительна к условиям проведения процесса и требует наличия подготовленного персонала; утилизация продуктов очистки в этом случае сложна и затратна.

Вторая группа методов практически не чувствительна к условиям проведения процесса, не требует подвода электроэнергии (в самотечном режиме), обладает более высокой эффективностью и селективностью очистки и малозатратна. Недостатком является ограниченный ресурс работы сорбционно-фильтрационных материалов, что компенсируется их дешевизной и простотой замены. Кроме того, эти материалы содержат в фиксированной форме все загрязнения, удалённые ими из воды, что делает их утилизацию крайне простой и малозатратной.

Сорбционно-фильтрационные технологии очистки больших объёмов вод, (что характерно для поверхностного стока) наиболее экономически эффективны, именно как технологии глубокой доочистки, т.е. окончательного доведения состава этих вод на выходе до соответствующих нормативов их сброса. Их применение в условиях сложного состава стока с современных городских территорий даёт лучшие результаты в комбинации с современными технологиями предварительного отделения (предочистки) основного количества взвешенных частиц и эмульгированных нефтепродуктов в различного рода отстойниках и ловушках.

Наиболее удобным с точки зрения монтажа, дальнейшей эксплуатации и последующей утилизации продуктов очистки являются фильтрующие модули (фильтропатроны, сорбци-онно-фильтрующие контейнеры, кассеты и др.), в которых различные сорбирующие и фильтрующие материалы компактно размещены внутри прочного корпуса. Такая конст-рукция позволяет производить быструю замену достаточно больших элементов без выгрузки отработанных (зачастую небезопасных) материалов, и в этих же элементах производить их дальнейшую утилизацию на полигонах.

Фильтрующие патроны являются в настоящее время наиболее современным в техническом плане и наиболее экономически выгодным решением проблем очистки. Основными преимуществами данных фильтров являются: высокая эффективность очистки, низкие цены, удобство работы в процессе эксплуатации и простая утилизация фильтров после их использования.

Процесс очистки ливневого стока при помощи фильтрующих патронов заключается в пропускании ливневых сточных вод через кассету (контейнер), заполненную комбинацией фильтрующих и сорбционных материалов. Фильтрующий патрон работает в самотечном режиме, не требует подвода электричества.

Утилизация отработанного фильтрующего патрона заключается в извлечении его из ко-лодца и доставке на полигон ТБО. Как правило, стоимость утилизации фильтрующего патрона на полигоне ТБО составляет не более 0,1 % от стоимости фильтра.

Природные цеолиты (ПЦ), благодаря своим уникальным свойствам, широко используются для решения различных экологических проблем в качестве дешевых доступных сорбентов, а также основы каталитических материалов, применяемых для очистки водной и воздушной сред [14, 15].

Основными областями использования природных цеолитов являются: очистка вод от ионов тяжелых металлов, удаление иона аммония, а также очистка газов.

Значительная сорбционная ёмкость ПЦ по ионам токсичных (Hg2+, Cd2+, Pb2+) и тяжёлых металлов (Cu2+, Co2+, Ni2+, Zn2+, Mn2+) позволяет использовать их для эффективной очистки сточных ливневых вод.

Сорбционно-фильтрующие патроны с применением природного цеолита используются для очистки больших объёмов ливневых сточных вод в основном от тяжёлых металлов и в первую очередь от железа и марганца. Эти загрязнители, концентрация которых может в некоторых случаях достигать десятков и даже сотен ПДК на сброс вод в ливневую канализацию или рыбохозяйственные водоёмы, вносят, как показывают расчёты, основной вклад в формирование сумм штрафов за сверхнормативный сброс. Находясь в ионной (железо II и марганец) и ионно-коллоидной (железо III) формах эти компоненты поверхностного стока эффективно удаляются из вод по ионообменному и адгезионно-электростатическому механизмам, наиболее ярко выраженными у ПЦ как природных неорганических ионообменников. Наиболее широко используемыми ПЦ в России являются клиноптилолитсодержащие породы Шивыртуйского, Холинского и Хотынецкого месторождений.

Комбинированные фильтрующие патроны с цеолитом удаляют из воды взвешенные вещества, однако, ввиду того, что в их составе может присутствовать некоторое количество глинистых минералов, часто происходит вторичное загрязнение очищенной воды взвешенными веществами вымытыми из слоя самой цеолитовой загрузки, что не позволяет использовать фильтрующие патроны без дополнительной механической очистки.

Фильтрующие патроны содержащие ПЦ состоят, как правило, из непроницаемого для воды цилиндрического корпуса и проницаемых верхнего и нижнего концов, закрытых решётками (сетками) для удержания слоя цеолита внутри корпуса.

После поглощения тяжёлых металлов в виду селективности к ним ионообменной матрицы ПЦ эти компоненты прочно удерживаются ею и не могут попасть в окружающую среду при обычных условиях. Это обстоятельство гарантирует прочную фиксацию подобных загрязнений на ПЦ как в процессе эксплуатации фильтрующих патронов на их основе, так и при их захоронении (утилизации) на полигонах ТБО. Кроме того, природные цеолиты после их использования по очистке поверхностных сточных вод реализуют (отрабатывают) лишь только часть своей сорбционной ёмкости, так называемую динамическую сорбционную ёмкость. В связи с этим, при утилизации отработанного цеолита на полигонах захоронения вместе с другими отходами он способен к дополнительному поглощению вредных веществ из дренажного стока тела полигона, т.е. выполнению некоторых барьерно-задерживающих свойств. Веществами, поглощаемыми ПЦ, помимо тяжёлых металлов, являются ион аммония, фенолы, а также некоторые органические вещества полярного характера.

Всё вышесказанное даёт основание утверждать, что фильтрационно-сорбционная очистка с применением фильтрующих патронов на основе природного цеолита является высокоэффективной комплексной технологией очистки и утилизации значительного количества загрязняющих веществ поверхностного стока.

Литература.

1. Revelle P., Revelle C. The environment issues and choices for society – Boston; Jones and Barlett Publish, 1988 – 650 р.;
2. Hammer M.J. Water and waste-water technology. – New-York-London; John Willey & Sons, Iuc. – 1975 – 400 р.;
3. Рекомендации по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий, площадок предприятий и определению условий выпуска его в водные объекты. – М.; Издательство «ВСТ», 2006 – 60с.;
4. Клячко В. А., Апельцын И. Э. Очистка природных вод – М.; Стройиздат, 1971 – 579 с.;
5. Гонопольский А.М., Николайкина Н.Е., Миташова Н.И., Мурашов В.Е., Кушнир К.Я. Многостадийная технология очистки фильтрата полигонов твердых бытовых отходов. – Вода: Химия и экология, 2008, № 2 – с. 25-30;
6. Дикаревский В.С., Курганов А.М., Нечаев А.П., Алексеев М.И. Отведение и очистка поверхностных сточных вод. Учебное пособие – Л; Стройиздат., 1990 – 224 с.;
7. Молоков М.В., Шифрин В.Н. Очитска поверхностного стока с территорий городов и промышленных площадок – М.; Стройиздат, 1977 – 104 с.;
8. Смирнов А. Д. Сорбционная очистка воды – Л.; Стройиздат, 1982 – 168 с.;
9. Петров Е.Г., Киричевский Д.С. Сорбционная технология очитски производственных и поверхностно-ливневых стоков – Водоснабжение и санитарная техника, 2005 № 6 – с. 34-36;
10. Vatin N., Golovkova N., Chechevichkin V., The hydroengineering constructions for continuous sorbention sewage treatment – Mater of International Youth Science Environmental Forum, of Baltic Region Countries «Ecobaltica 2008» St.-Peterburg, 26-28 june, 2008, Publishing of Polytechnical University, 2012 – Pp. 177-180;
11. Widiastuti N., Wu N., Any M., Zhang D. The potential application of natural zeolite for greywater treatment – Desalination and Water Treatment, 2008, 18, № 1-3, Рр. 271-280;
12. Erdem E., Karapinar N., Donat R., The removal of heavy metal cations by natural zeolites – Colloid and Interface Sci, 2004, 280, № 2, Pр. 309-314;
13. Hus H.S., Chaoc J.H., Hot S.C.J. Removal of mixed heavy metal ions in wastes water by zeolite – J. of Hazardous Water, 2005, 127, 1-3, Рр. 89-101;
14. Breck D.W. Zeolite molecular sieves. Structure, chemistry and use – New York, Wiley Intersciense publication, John Wiley & Sons, 1974 – 781 p.;
15. Тарасевич Ю.И. Природный цеолиты в процессах очистки воды – Химия и техноло-гия воды, 1988, т.10 № 3 с.210-218;
16. Челищев Н.Ф., Беренштейн Б.Г., Володин В.Ф. Цеолиты – новый тип минерального сырья. – М.; Недра, 1987 – 176 с, ил.;
17. Овчаренко Г.И., Свиридов В.Л., Казанцева Л.Ю. Цеолиты в строительных материалах – Барнаул, Издательство Алт. ГТУ, 2000 – 320 с.

Дата публикации 05.07.2014

© Якунин Л.А., 2014



© ООО "Аква-Венчур", 2017
г. Санкт-Петербург
Все права защищены