Фильтрат - Википедия - Leachate

Пруд-испаритель фильтрата на полигоне, расположенном в г. Канкун, Мексика

А фильтрат любая жидкость, которая, проходя через вещество, извлекает растворимый или же приостановленный твердые частицы или любой другой компонент материала, через который он прошел.

Фильтрат - широко используемый термин в науки об окружающей среде где он имеет конкретное значение жидкости, которая растворяет или увлекает экологически вредные вещества, которые затем могут попасть в окружающую среду. Чаще всего он используется в контексте захоронения гниющих или промышленных отходов.

Таким образом, в узком экологическом контексте фильтрат представляет собой любой жидкий материал, который стекает с земли или складированного материала и содержит значительно повышенные концентрации нежелательного материала, полученного из материала, через который он прошел.

Фильтрат свалок

Фильтрат из свалка сильно различается по составу в зависимости от возраста полигона и типа напрасно тратить что он содержит.^[1][2] Обычно он содержит как растворенный, так и взвешенный материал. Образование фильтрата в основном вызвано осадки просачивание через отходы, захороненные на свалке. При контакте с разлагающимися твердыми отходами просачивающаяся вода становится загрязненной, и, если она затем вытекает из отходов, ее называют фильтратом.^[3] Дополнительный объем фильтрата образуется во время разложения углеродистый материал, производящий широкий спектр других материалов, включая метан, углекислый газ и сложная смесь органические кислоты, альдегиды, спирты и простые сахара.

Риски образования фильтрата могут быть снижены за счет правильно спроектированных и спроектированных свалок, таких как те, которые построены на геологически непроницаемых материалах, или на площадках, в которых используются непроницаемые футеровки из геомембраны или спроектированный глина. Использование футеровки теперь обязательно в Соединенные Штаты, Австралия и Евросоюз кроме случаев, когда отходы считаются инертными. Кроме того, наиболее токсичные и трудные материалы теперь специально исключены из захоронения. Однако, несмотря на гораздо более строгий законодательный контроль, сточные воды с современных участков часто содержат ряд загрязняющих веществ, возникающих в результате незаконной деятельности или законно выброшенных бытовых и бытовых товаров.

Состав фильтрата полигона

Когда вода просачивается через отходы, она способствует процессу разложения за счет бактерии и грибы. Эти процессы, в свою очередь, выделяют побочные продукты разложения и быстро расходуют доступный кислород, создавая аноксический среда. При активном разложении отходов температура повышается и pH быстро падает, в результате чего многие ионы металлов, которые относительно нерастворимы при нейтральной pH растворяются в образующемся фильтре. Сами процессы разложения высвобождают больше воды, что увеличивает объем фильтрата. Фильтрат также вступает в реакцию с материалами, не склонными к разложению, такими как огненная зола, цемент строительные материалы на основе гипса и материалы на основе гипса, изменяющие химический состав. На объектах с большими объемами строительного мусора, особенно содержащих гипс штукатурки, реакция фильтрата с гипсом может привести к образованию больших объемов сероводород, которые могут выделяться в фильтрат, а также могут образовывать большой компонент свалочного газа. Физический вид фильтрата, когда он выходит из типичной свалки, представляет собой мутную жидкость с сильным запахом черного, желтого или оранжевого цвета. Запах кислый и зловонный и может быть очень распространенным из-за органических веществ, богатых водородом, азотом и серой, таких как меркаптаны.

На свалке, куда поступает смесь муниципальных, коммерческих и смешанных промышленные отходы но не включая значительные количества концентрированных химических отходов, фильтрат со свалок может быть охарактеризован как раствор на водной основе четырех групп загрязняющих веществ: растворенные органические вещества (спирты, кислоты, альдегиды, сахара с короткой цепью и т. д.), неорганические макрокомпоненты (обычные катионы и анионы, включая сульфат, хлорид, железо, алюминий, цинк и аммиак), тяжелые металлы (Pb, Ni, Cu, Hg) и ксенобиотик органические соединения, такие как галогенированный органика, (Печатные платы, диоксины, так далее.).^[4] Ряд сложных органических загрязнителей также был обнаружен в продуктах выщелачивания свалок. В образцах неочищенного и очищенного фильтрата со свалок обнаружено 58 сложных органических загрязнителей, включая 2-ОН-бензотиазол в 84% образцов и перфтороктановую кислоту в 68%. Бисфенол А, валсартан и 2-ОН-бензотиазол имели самые высокие средние концентрации в сырых продуктах выщелачивания после биологической обработки и после обратного осмоса соответственно.^[5]

Управление фильтратом

На старых свалках и на свалках без мембраны между отходами и подстилающей геологией фильтрат может свободно покидать отходы и течь прямо в них. грунтовые воды. В таких случаях высокие концентрации фильтрата часто обнаруживаются в близлежащих источниках и стоках. Когда фильтрат выходит впервые, он может быть черного цвета, бескислородным и, возможно, шипучий, с растворенными и увлеченными газами. Когда он насыщается кислородом, он имеет тенденцию становиться коричневым или желтым из-за присутствия солей железа в растворе и суспензии. Также быстро развивается бактериальная флора, часто включающая значительные разрастания Sphaerotilus natans.

История сбора фильтрата полигонов

В Великобритании в конце 1960-х годов политика центрального правительства заключалась в том, чтобы выбирать новые полигоны для захоронения отходов с проницаемыми нижележащими геологическими пластами, чтобы избежать накопления фильтрата. Эта политика получила название «разбавить и разогнать». Однако после ряда случаев, когда эта политика была признана неэффективной, и Санди Таймс В связи с серьезным экологическим ущербом, причиненным ненадлежащим удалением промышленных отходов, были изменены как политика, так и закон. Закон 1972 года об хранении ядовитых отходов,^[6] вместе с Закон 1974 г. о местном самоуправлении, возложил на местные органы власти ответственность за удаление отходов и соблюдение экологических стандартов в отношении удаления отходов.

Предлагаемые места захоронения отходов также должны были быть обоснованы не только географическим, но и научным образом. Многие европейские страны решили выбрать свалки в геологических условиях, свободных от грунтовых вод, или потребовать, чтобы на площадке была инженерная облицовка. Вслед за европейскими достижениями Соединенные Штаты увеличили разработку систем удержания и сбора фильтрата. Это быстро привело от принципа футеровки к использованию нескольких слоев футеровки на всех свалках (кроме действительно инертных).^[7]

Цели систем сбора фильтрата

Основным критерием при проектировании системы фильтрования является то, чтобы весь фильтрат собирался и удалялся со свалки со скоростью, достаточной для предотвращения неприемлемого гидравлическая головка возникающие в любой точке системы футеровки.

Компоненты систем сбора фильтрата

Система сбора включает множество компонентов, включая насосы, люки, напорные линии и датчики уровня жидкости. Однако есть четыре основных компонента, которые определяют общую эффективность системы. Эти четыре элемента - вкладыши, фильтры, насосы и отстойники.

Лайнеры

Натуральные и синтетические футеровки могут использоваться как в качестве устройства для сбора, так и в качестве средства для изоляции фильтрата внутри насыпи для защиты почвы и подземных вод внизу. Главное беспокойство вызывает способность лайнера сохранять целостность и непроницаемость в течение всего срока службы полигона. Мониторинг подземных вод, сбор фильтрата и облицовка глиной обычно включаются в проектирование и строительство полигона для отходов. Чтобы эффективно удерживать фильтрат на свалке, система футеровки должна обладать рядом физических свойств. Футеровка должна иметь высокую прочность на разрыв, гибкость и безотказное удлинение. Также важно, чтобы вкладыш был устойчивым к истиранию, проколам и химическому разложению фильтрата. Наконец, лайнер должен выдерживать перепады температур и быть черным (чтобы противостоять ультрафиолетовому излучению), легко устанавливаться и экономичным.

Есть несколько типов лайнеров, используемых для контроля и сбора фильтрата. Эти типы включают геомембраны, футеровка из геосинтетической глины, геотекстиль, георешетки, геосетки, и геокомпозиты. Каждый стиль лайнера имеет свои особенности и возможности. Геомембраны используются для создания барьера между мобильными загрязняющими веществами, выделяемыми из отходов, и грунтовыми водами. При закрытии свалок геомембраны используются для создания защитного барьера с низкой проницаемостью для предотвращения проникновения дождевой воды. Вкладыши из геосинтетической глины (ГКЛ) изготавливаются путем распределения бентонит натрия равномерной толщины тканого и нетканого геотекстиля. Бентонит натрия имеет низкую проницаемость, что делает GCL подходящей альтернативой глиняным футеровкам в композитных системах футеровок. Геотекстиль используется для разделения двух разных типов почв, чтобы предотвратить загрязнение нижнего слоя верхним слоем. Геотекстиль также действует как подушка для защиты синтетических слоев от проколов подстилающими и перекрывающими породами. Геосетки - это структурные синтетические материалы, используемые для придания устойчивости фанере склонов для создания устойчивости покрывающих грунтов поверх синтетических покрытий или для усиления грунта на крутых склонах. Геонеты синтетические дренажные материалы, которые часто используются вместо песка и гравия. Radz может принимать 12 дюймов (30 см) дренажного песка, тем самым увеличивая пространство для захоронения отходов. Геокомпозиты - это комбинация синтетических материалов, которые обычно используются по отдельности. Распространенным типом геокомпозита является геосетка, которая приклеивается к двум слоям геотекстиля, по одному с каждой стороны. Геокомпозит служит фильтрующей и дренажной средой.

Футеровки из геосинтетической глины представляют собой комбинированные лайнеры. Одним из преимуществ использования облицовки из геосинтетической глины (GCL) является возможность заказать точное количество облицовки. Заказ точных сумм у производителя предотвращает излишки и перерасход. Еще одно преимущество GCL состоит в том, что облицовку можно использовать в местах, где отсутствует надлежащий источник глины. С другой стороны, ГКЛ тяжелые и громоздкие, а их установка очень трудоемка. В дополнение к тому, что в нормальных условиях установка является трудной и трудной, ее можно отменить во влажных условиях, поскольку бентонит поглощает влагу, что делает работу еще более обременительной и утомительной.

Система отвода фильтрата

Система отвода фильтрата отвечает за сбор и транспортировку фильтрата, собранного внутри футеровки. Размеры, тип и расположение труб должны быть спланированы с учетом веса и давления отходов и транспортных средств. Трубы расположены на полу камеры. Над сетью лежит огромный вес и давление. Для этого трубы могут быть гибкими или жесткими, но соединения для соединения труб дают лучшие результаты, если соединения гибкие. Альтернативой размещению системы сбора под отходами является размещение трубопроводов в траншеях или выше уровня земли.

Сеть сборных трубопроводов системы сбора фильтрата отводит, собирает и транспортирует фильтрат через дренажный слой в отстойник, откуда он удаляется для обработки или утилизации. Трубы также служат в качестве дренажа в дренажном слое, чтобы свести к минимуму скопление фильтрата в слое. Эти трубы имеют прорези под углом 120 градусов, предотвращающие попадание твердых частиц.^[8]

Фильтры

Слой фильтра используется над дренажным слоем при сборе фильтрата. В инженерной практике обычно используются два типа фильтров: гранулированный и геотекстильный. Гранулированные фильтры состоят из одного или нескольких слоев почвы или нескольких слоев, имеющих более крупную градацию в направлении фильтрации, чем у почвы, которую необходимо защитить.

Отстойники или колодец для фильтрата

Когда жидкость попадает в ячейку мусорной свалки, она движется вниз по фильтру, проходит через трубопроводную сеть и остается в отстойнике. Поскольку системы сбора запланированы, количество, расположение и размер отстойников имеют решающее значение для эффективной работы. При проектировании отстойников в первую очередь следует учитывать ожидаемое количество фильтрата и жидкости. В районах, где количество осадков выше среднего, как правило, отстойники большего размера. Еще одним критерием планирования отстойника является учет производительности насоса. Отношение производительности насоса и размера отстойника обратное. Если производительность насоса мала, объем отстойника должен быть больше среднего. Очень важно, чтобы объем отстойника мог хранить ожидаемый фильтрат между циклами откачки. Эти отношения помогают поддерживать нормальную работу. Погружные насосы могут работать с заранее установленным временем фазы. Если поток непредсказуем, заданный уровень высоты фильтрата может автоматически включить систему.

Другими условиями планирования отстойника являются техническое обслуживание и насос. просадка. Сборные трубы обычно направляют фильтрат под действием силы тяжести в один или несколько отстойников, в зависимости от размера осушаемой площади. Фильтрат, собранный в отстойнике, удаляется перекачкой в ​​транспортное средство, в помещение для хранения для последующего забора или на очистное сооружение на месте. Размеры отстойника зависят от количества собираемого фильтрата, производительности насоса и минимальной просадки насоса. Объем отстойника должен быть достаточным для удержания максимального количества фильтрата, ожидаемого между циклами насоса, плюс дополнительный объем, равный минимальному объему откачки насоса. Размер отстойника также должен учитывать требования к размерам для проведения работ по техническому обслуживанию и осмотру. Отстойные насосы могут работать с заранее установленным временем цикла или, если поток фильтрата менее предсказуем, насос может автоматически включаться, когда фильтрат достигает заранее определенного уровня.

Мембрана и сборник для лечения

Более современные свалки в развитом мире имеют ту или иную форму мембраны, отделяющей отходы от окружающей почвы, и на таких участках часто есть серия труб для сбора фильтрата, проложенных на мембране, чтобы транспортировать фильтрат к месту сбора или обработки. Примером системы очистки с минимальным использованием мембран является Свалка Нантмель.

Все мембраны имеют ограниченную пористость, поэтому со временем через мембрану будут проходить небольшие объемы фильтрата. Конструкция мембран для захоронения отходов рассчитана на такие низкие объемы, что они никогда не должны оказывать заметного отрицательного воздействия на качество принимаемых грунтовых вод. Более значительным риском может быть отказ или отказ от системы сбора фильтрата. Такие системы подвержены внутренним сбоям, поскольку на свалках происходят большие внутренние перемещения, поскольку отходы разлагаются неравномерно и, таким образом, изгибаются и деформируются трубы. Если система сбора фильтрата выйдет из строя, уровень фильтрата будет медленно увеличиваться на участке и может даже перекрыть содержащую мембрану и вытечь в окружающую среду. Повышение уровня фильтрата может также смачивать массы отходов, которые ранее были сухими, вызывая дальнейшее активное разложение и образование фильтрата. Таким образом, то, что кажется стабилизированным и неактивным участком, может повторно активироваться и возобновить значительную добычу газа и продемонстрировать значительные изменения в готовых уровнях грунта.

Закачка на свалку

Одним из методов управления фильтратом, который был более распространен на неизолированных участках, была рециркуляция фильтрата, при котором фильтрат собирался и повторно закачивался в массу отходов. Этот процесс значительно ускорил разложение и, следовательно, производство газа, и оказал влияние на преобразование некоторого объема фильтрата в свалочный газ и уменьшение общего объема фильтрата для утилизации. Однако он также имел тенденцию к значительному увеличению концентрации загрязняющих материалов, что затрудняло обработку отходов.^[9]

Уход

Резервуары для обработки / уравновешивания фильтрата, используемые для очистки фильтрата перед сбросом в реку.^[10]

Наиболее распространенный метод обработки собранных сточных вод - обработка на месте. При обработке фильтрата на месте фильтрат перекачивается из отстойника в резервуары для очистки. Затем фильтрат может быть смешан с химическими реагентами для изменения pH, а также для коагуляции и осаждения твердых веществ, а также для снижения концентрации опасных веществ. Традиционное лечение включало модифицированную форму активный ил существенно снизить содержание растворенных органических веществ. Дисбаланс питательных веществ может вызвать трудности в поддержании эффективной стадии биологической очистки. Очищенная жидкость редко бывает достаточно качественной для того, чтобы ее можно было сбрасывать в окружающую среду, и ее можно перевозить цистернами или по трубопроводу на местные очистные сооружения; решение зависит от возраста полигона и от предела качества воды, который должен быть достигнут после очистки. Обладая высокой проводимостью, фильтрат трудно поддается биологической или химической очистке.

Обработка обратным осмосом также ограничена, что приводит к низкому восстановлению и загрязнению мембран обратного осмоса. Применимость обратного осмоса ограничена проводимостью, органическими веществами и отложениями неорганических элементов, таких как CaSO4, Si и Ba.

Среднемесячные пределы сброса EPA США для поверхностного сброса фильтрата со свалок и типичные характеристики фильтрата.

Типичные варианты очистки фильтрата на полигоне и советы для различных типов фильтрата.

Удаление в канализацию

На некоторых старых свалках фильтрат направлялся на канализация, но это может вызвать ряд проблем. Токсичные металлы из фильтрата, проходящего через очистка сточных вод растительный концентрат в осадке сточных вод, что затрудняет или делает опасным удаление осадка, не подвергая опасности окружающую среду. В Европа правила и меры контроля улучшились за последние десятилетия, и теперь токсичные отходы больше не разрешается вывозить на свалки твердых бытовых отходов, а в большинстве развитых стран проблема металлов уменьшилась. Однако, как это ни парадоксально, по мере того, как сбросы со станций очистки сточных вод улучшаются по всей Европе и во многих других странах, операторы станций обнаруживают, что фильтрат представляет собой сложный для обработки поток отходов. Это связано с тем, что выщелачивание содержит очень высокий аммиачный азот концентрации, обычно очень кислые, часто бескислородные и, если их получают в больших объемах по сравнению с поступающим потоком сточных вод, не имеют Фосфор необходимо для предотвращения нехватки питательных веществ для биологических сообществ, выполняющих процессы очистки сточных вод. В результате сточные воды представляют собой труднообрабатываемый поток отходов.

Однако в процессе старения твердые бытовые отходы на свалках, это может не быть проблемой, поскольку pH возвращается к нейтральному после начальной стадии ацидогенного разложения фильтрата. Многие похоронные бюро ограничивают максимальную аммиачный азот^[11] концентрация в канализации до 250 мг / л для защиты рабочих, обслуживающих канализацию, поскольку ВОЗ максимальный предел безопасности труда будет превышен при превышении pH От 9 до 10, что часто является самым высоким значением pH, допустимым для сточных вод.

Многие старые стоки сточных вод также содержат различные синтетические органические вещества и продукты их разложения, некоторые из которых могут нанести серьезный ущерб окружающей среде.

Воздействие на окружающую среду

Риски, связанные с фильтрацией отходов, связаны с высокой концентрацией органических загрязнителей и высокой концентрацией аммиак. Патогенный микроорганизмы которые могут присутствовать в нем, часто упоминаются как наиболее важные, но количество патогенных организмов быстро сокращается со временем на свалке, поэтому это относится только к самым свежим фильтрам. Однако токсичные вещества могут присутствовать в различных концентрациях, и их присутствие зависит от характера депонированных отходов.

Большинство свалок, содержащих органические материалы, будут производить метан, часть из которых растворяется в фильтрате. Теоретически он может попадать в плохо вентилируемые помещения очистных сооружений. Все заводы в Европе теперь должны пройти аттестацию в соответствии с Директивой ЕС ATEX и зонированный где определены риски взрыва для предотвращения будущих аварий. Наиболее важным требованием является предотвращение сброса растворенного метана из неочищенного фильтрата в общественную канализацию, и большинство органов по очистке сточных вод ограничивают допустимую концентрацию растворенного метана при сбросе до 0,14 мг / л, или 1/10 нижнего предела взрываемости. Это влечет за собой удаление метана из фильтрата.

Наибольшие экологические риски возникают при сбросах со старых площадок, построенных до того, как современные инженерные стандарты стали обязательными, а также с площадок в развивающихся странах, где современные стандарты не применялись. Существуют также существенные риски, связанные с незаконными сайтами и специальными сайтами, используемыми организациями вне закона для утилизации отходов. Потоки сточных вод, текущие непосредственно в водную среду, оказывают как острое, так и хроническое воздействие на окружающую среду, которое может быть очень серьезным и может серьезно уменьшить биоразнообразие и значительно сократить популяции чувствительных видов. Присутствие токсичных металлов и органических веществ может привести к хроническому накоплению токсинов как в местных, так и в удаленных популяциях. Реки, подвергшиеся воздействию фильтрата, часто имеют желтый цвет и часто способствуют сильному разрастанию грибок сточных вод.

Современные исследования в области методов оценки и технологий устранения экологических проблем, возникающих в результате выщелачивания свалок, были рассмотрены в статье, опубликованной в журнале Critical Reviews in Environmental Science and Technology.^[12]

Также сообщалось о возможной экологической угрозе для водной среды из-за наличия органических микрозагрязнителей в сырых и очищенных сточных водах со свалок.^[5][13]

Проблемы и сбои с системами сбора

В системах сбора фильтрата может возникнуть множество проблем, включая засорение грязью или илом. Биоблоггинг может усугубиться ростом микроорганизмов в проводнике. Условия в системах сбора сточных вод идеальны для размножения микроорганизмов. Химические реакции в фильтрате могут также вызвать засорение из-за образования твердых остатков. Химический состав фильтрата может ослабить стенки трубы, которые затем могут выйти из строя.

Прочие виды фильтрата

Фильтрат также может быть получен из земель, которые были загрязнены химическими или токсичными материалами, используемыми в промышленной деятельности, такой как фабрики, шахты или места хранения. Компостирование участки в районах с большим количеством осадков также производят фильтрат.^{[требуется разъяснение ]}

Фильтрат связан с накопленными каменный уголь и с отходами из металлической руды добыча полезных ископаемых и другие процессы добычи горных пород, особенно те, в которых сульфидсодержащие материалы подвергаются воздействию воздуха, производящего серная кислота, часто с повышенными концентрациями металлов.

В контексте гражданского строительства (более конкретно, при проектировании железобетона) фильтрат относится к стокам смыва дорожного покрытия (которые могут включать тающий снег и лед с солью), которые проникают через цементную пасту на поверхность стальной арматуры, тем самым катализируя его окисление и деградация. Фильтры могут быть генотоксичный в природе.^[14]

В недавних исследованиях также сообщалось о возможном риске для водной среды из-за наличия органических микрозагрязнителей в сырых или обработанных продуктах выщелачивания со свалок.^{[нужна цитата ]}

Рекомендации