Технико‑экономическое исследование повышения биоразлагаемости свежего и старого фильтрата полигона твердых отходов с использованием комбинированных процессов химического осаждения и Фентона

Почему вода под полигонами имеет значение

Каждый полигон пропускает жидкость. Когда дождь просачивается через слои мусора, он вымывает смесь растворённых химикатов, металлов и соединений азота, образуя тёмную жидкость — фильтрат. Если фильтрат не очищать должным образом, он может проникать в реки и подземные воды, угрожая питьевой воде и экосистемам. Исследование, лежащее в основе этой статьи, задаёт практический вопрос: можно ли превратить эту упрямую, сильно загрязнённую жидкость в такую, которую природные микробы смогут довести до полного разложения легче?

Скрытая жидкость под нашим мусором

Фильтрат — это не просто грязная вода. В нём могут присутствовать тяжёлые металлы, такие как свинец и мышьяк, высокие концентрации аммиака и долгоисправные органические вещества, которые трудно разлагаются. Его состав меняется с возрастом полигона. В «свежих» зонах, моложе примерно пяти лет, фильтрат богат легкоусвояемыми органическими веществами, поэтому биологическая очистка здесь может работать достаточно эффективно. В «старых» зонах, старше десяти лет, лёгкая «пища» исчерпана, и остаётся смесь трудноразлагаемых сложных молекул, таких как гуминовые и фульвокислоты, а также растут концентрации аммиака. Такие старые фильтраты труднее и дороже очищать, и они могут перегружать обычные биологические системы.

Трёхступенчатая схема очистки

Исследователи сосредоточились на комплексе полигона Арадкух вблизи Тегерана, который включает как молодые, так и старые зоны свалочного захоронения, что позволило напрямую сравнить свежий и старый фильтрат в одинаковых климатических и геологических условиях. Они испытали последовательность очистки из трёх основных этапов. Сначала добавляли известь — простой и недорогой порошок — чтобы повысить pH и вызвать осаждение растворённых металлов в виде твёрдых частиц, которые затем могут отстояться. Во-вторых, удаляли аммиак путём перевода воды в сильно щелочную среду и продувки воздуха, что переводит аммиак из жидкости в газовую фазу для дальнейшего отлова. В-третьих, применяли химический метод, известный как процесс Фентона, при котором перекись водорода и железо реагируют, генерируя высокореактивные гидроксильные радикалы, разрушающие стойкие органические молекулы.

Делаем стойкое загрязнение доступным для микробов

Команда оценивала успех по тому, как изменялось соотношение «пищи» и общего органического вещества с помощью распространённого индекса, сравнивающего потребность в кислороде для микробного разложения с общим содержанием органики. Более высокие значения означают большую биоразлагаемость. Одна только обработка известью удалила значительную долю тяжёлых металлов и сократила аммиак примерно на 93 процента после стадии стриппинга, а также незначительно улучшила этот индекс биоразлагаемости как в свежем, так и в старом фильтрате. Истинное преобразование произошло после стадии Фентона. Тщательно подбирая дозы перекиси и железа и продолжительность реакции, исследователи смогли более чем вдвое повысить этот индекс. В свежем фильтрате он вырос примерно с 0,29 до 0,67, а в старом — с примерно 0,23 до 0,73, что выдвигает оба образца в диапазон, где биологическая очистка становится значительно эффективнее.

Точная настройка мощного химического инструмента

Поскольку процесс Фентона может как помочь, так и помешать очистке в зависимости от условий проведения, исследователи использовали статистическое планирование эксперимента, чтобы показать, как взаимодействуют три фактора: соотношение перекиси к железу, общая доза перекиси и время реакции. Они установили, что слишком малая доза перекиси или железа не даёт достаточного числа реактивных радикалов, в то время как их избыток вызывает побочные реакции, бесполезно потребляющие радикалы. Оптимум немного различался для свежего и старого фильтрата, но в обоих случаях умеренное соотношение перекиси к железу, близкие к кислотным условия и времена реакции около одного часа — с небольшим превышением — давали лучший баланс между удалением загрязнений и повышением биоразлагаемости.

От лаборатории к реальным полигонам

В итоге комбинированный подход с известью и процессом Фентона удалил более 80 процентов общего органического загрязнения как из свежего, так и из старого фильтрата, значительно сократил содержание токсичных металлов и аммиака и превратил очень стойкие сточные воды в такие, с которыми биологические системы смогут справляться гораздо легче. Для непрофессионала ключевая мысль такова: относительно простая последовательность химических операций может сделать опасную жидкость из-под свалок намного безопаснее и легче для очистки. Прежде чем такие методы будут широко внедрены, авторы отмечают необходимость их испытания в пилотных масштабах, управления дополнительными осадками и расходом химикатов, а также оптимизации затрат. Тем не менее работа показывает перспективный путь к более чистой воде и безопасным полигонам, даже спустя десятилетия после захоронения отходов.

Цитирование: Rasolevandi, T., Naddafi, K., Hassanvand, M.S. et al. Feasibility study on enhancing the biodegradability of fresh and old landfill leachate using combined chemical precipitation and Fenton processes. Sci Rep 16, 14154 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42622-9

Ключевые слова: фильтрат полигона, очистка сточных вод, усиленное окисление, загрязнение окружающей среды, качество воды