Управление отходами. Полигонные технологии захоронения твердых бытов

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Федеральное государственное бюджетное учреждение «НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н. Сысина» Минздрава РФ

УПРАВЛЕНИЕ ОТХОДАМИ. ПОЛИГОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ЗАХОРОНЕНИЯ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ. РЕКУЛЬТИВАЦИЯ И ПОСТЭКСПЛУАТАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ПОЛИГОНА

Монография

Под редакцией д-ра мед. наук, профессора Я.И. Вайсмана

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2012

УДК628.472.3+504.064.47 У66

Авторы: д-р мед. наук, проф. Я.И. Вайсман (введение, гл. 1–4), д-р техн. наук,

проф. В.Н. Коротаев (гл. 1, разделы 1.1, гл. 2, разд. 2.1–2.3, гл. 3, разд. 3.1–3.3, гл. 4,

разд. 4.1, 4.2), д-р техн. наук, проф. В.Ю. Петров (гл. 1, разд. 1.1, 1.5), д-р техн. наук, проф. Л.В. Рудакова (гл. 1, разд. 1.2.2), д-р мед. наук, проф. Н.М. Самутин (гл. 1, разд. 1.3, гл. 2, разд. 2.1.3), канд. техн. наук, доцент Г.Т. Армишева (гл. 4, разд. 4.1–4.2), канд. техн. наук, доцент Я.А. Жилинская (гл. 3, разд. 3.3), канд. техн. наук, доцент Н.Н. Слюсарь (гл. 2, разд. 2.1), канд. техн. наук, доцент Т.В. Ворон-

кова (гл. 2, разд. 2.2–2.4), ст. преп. М.В. Висков (гл. 1, разд. 1.2.3–1.2.6), ст. преп. Д.Л. Борисов(гл. 1, разд. 1.2.3–1.2.6), Е.А. Устьянцев(гл. 1, разд. 1.5, 1.6, гл. 2, разд. 2.4).

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. Д.Г. Закиров (Горный институт УНЦ РАН, г. Пермь); д-р мед. наук, проф. В.Г. Баранников

(Пермская государственная медицинская академия им. акад. Е.А. Вагнера)

У66 Управление отходами. Полигонные технологии захоронения твердых бытовых отходов. Рекультивация и постэксплуатационное обслуживание полигона : монография / Я.И. Вайсман [и др.] ; под ред. Я.И. Вайсмана. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 244 с.

ISBN 978-5-398-00859-3

Рассмотрены вопросы теории и практики полигонного захоронения твердых бытовых отходов в России и за рубежом. Приведены ресурсосберегающая концепция и технологии экологического безопасного захоронения ТБО. На основе анализа жизненного цикла и ресурсного потенциала ТБО, основных технологий захоронения и многобарьерной защиты разработаны принципы и технологии ресурсосберегающего захоронения ТБО на основе рециклинга компонентов отходов и рекуперации площадок, занятых полигонами. Приведены результаты исследований авторов и опыт использования ресурсного менеджмента при полигонных технологиях захоронения в России и за рубежом.

УДК628.472.3+504.064.47

Издано в рамках приоритетного направления развития Пермского национального исследовательского политехнического университета «Урбанистика».

5

ВВЕДЕНИЕ

Внастоящее время в России и в большинстве развитых стран захоронение ТБО на полигонах остается наиболее распространенным методом их обезвреживания. При этом в развитых странах на захоронение направляется 60–80 % ТБО от объема их образования, а в России около 95–97 % ТБО размещается на полигонах и свалках без предварительной обработки при слабо развитой системе раздельного сбора и извлечения вторичного сырья и опасных компонентов.

При захоронении в составе отходов биодеградируемых компонентов полигоны функционируют как большие трудно управляемые биохимические реакторы, в которых происходят процессы трансформации органических веществ с выделением газообразных и жидких продуктов их метаболизма (компонентов биогаза и загрязняющих веществ фильтрата), что создает опасность загрязнения окружающей среды и ухудшает санитарные условия жизни населения.

Крупные полигоны занимают большие территории и требуют изъятия значительных земельных площадей, в них задалживаются большие материальные ресурсы, что противоречит принципам устойчивого развития. Это определяет необходимость разработки и реализации новой концепции экологически безопасного и экономически эффективного захоронения остаточных количеств неутилизируемых отходов, основанной на современных принципах интегрированных систем управления движением отходов (ISWM – Integrated Solid Waste Management), где определяющим является сочетание новых экологически благоприятных технологий захоронения и методов ресурсного менеджмента.

Вмонографии, на основе анализа зарубежного опыта и обобщения результатов более чем двадцатипятилетних исследований, выполненных авторами на базе кафедры охраны окружающей среды Пермского национального исследовательского политехнического университета, освещены, наряду с традиционными полигонными технологиями, современные концепции, методология и технические решения ресурсосберегающего, экологически безопасного захоронения, анализ жизненного цикла полигонов захоронения ТБО, методология и практика управления эмиссиями загрязняющих веществ и минимизацией их поступления

вокружающую среду на уровнях допустимого риска.

Особое внимание уделено переходу от экстенсивных технологий захоронения к интенсивным, что позволяет более эффективно использовать материальные и энергетические ресурсы захораниваемых отходов, сокращать сроки задалживания земельных ресурсов, минимизировать эмиссии загрязняющих веществ, обеспечи-

6

вать рециркуляцию материалов рабочих тел полигонов после их рекультивации и при целесообразности проводить рекуперацию площадок полигонов.

Рассмотрены основные направления перехода к постоянному использованию площадок полигонов на основе новых технологий, обеспечивающих увеличение объема принимаемых отходов за счет высотного складирования путем обоснованного увеличения угла внешних откосов, управления просадочными явлениями, интенсификации процессов биодеградации отходов путем сочетания аэробной стабилизации поступающих на захоронение отходов и интенсификации анаэробных процессов, рециркуляции фильтрата, промывки и аэрации рабочего тела на завершающих стадиях метаногенеза с целью сокращения длительности активного пострекультивационного обслуживания полигона до 25–30 лет.

Авторы благодарны профессору П. Бруннеру за постоянные консультации и предоставленную возможность участия в научных семинарах и дискуссиях по проблеме движения отходов и анализа материальных потоков в Венском техническом университете, что определило формирование наших взглядов по ресурсному менеджменту применительно к управлению отходами. Компьютерная подготовка макета монографии к печати выполнена ведущим инженером кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ Л.Г. Фоминой, за что авторы выражают ей особую благодарность.

7

ГЛАВА 1. ПОЛИГОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗАХОРОНЕНИЯ ТБО

1.1. Жизненный цикл полигона ТБО

Жизненный цикл полигона захоронения ТБО является элементом жизненного цикла ТБО и охватывает весь период функционирования объекта. Под периодом функционирования полигона понимается отрезок времени, на протяжении которого заскладированные в массиве полигона отходы обладают потенциальной опасностью (не стабилизированы). Анализ жизненного цикла объекта захоронения ТБО позволил выделить семь основных этапов существования полигона (рис. 1.1).

Далее будут рассмотрены основные этапы жизненного цикла полигона с учетом интегральной эмиссии загрязняющих веществ в окружающую среду

(рис. 1.1).

8

Рис. 1.1. Воздействие полигона ТБО на окружающую среду

1. Инвестиционный этап (до 5 лет)

На данном этапе происходит принятие решения о строительстве объекта, подготовка к строительству и собственно строительство полигона ТБО. Соответственно, воздействие на окружающую среду происходит при осуществлении строи- тельно-монтажных работна площадке строительства.

При проектировании полигона необходимо руководствоваться основными принципами концепции минимизации экологического риска, на основе которой решается задача уменьшения экологической нагрузки на окружающую природную среду.

Согласно этой концепции:

♦выбор оптимального участка для размещения полигона должен осуществляться с учетом всего комплекса физико-географических и климатических условий (для этого проводятся необходимые инженерные изыскания);

♦на стадии проектирования должны быть предусмотрены все необходимые мероприятия, инженерные и технологические решения, связанные с безопасной для окружающей среды эксплуатацией полигона (комплекс мероприятий по противофильтрационной защите, промежуточная и окончательная изоляция слоев укладываемых отходов, эффективная дегазация массива ТБО, рекультивация поверхности полигона после его закрытия, организация мониторинга и т.д.);

♦выбор участка под полигон, а также обоснование проектных решений должны осуществляться в соответствии с нормативно-правовыми документами.

2.Эксплуатационный этап (5–30 лет)

Эксплуатация полигона ТБО предполагает осуществление всех необходимых мероприятий (работы по формированию массива отходов: прием, складирование, изоляция ТБО; мониторинг окружающей среды в зоне возможного влияния полигона; технологический контроль элементов инфраструктуры полигона) в соответствии с установленными требованиями и проектной документацией.

9

В связи с тем, что на данном этапе в теле полигона начинают протекать процессы деструкции ТБО, связанные с выделением различных загрязняющих веществ, интегральная эмиссия этих веществ в окружающую среду монотонно возрастает с течением времени и приблизительно к 30 годам жизненного цикла полигона становится максимальной.

Именно поэтому необходимо строго соблюдать правила эксплуатации полигонов, вовремя выявлять нарушения и устранять последствия несоблюдения инструкций, проводить мониторинг, управлять эмиссией и рабочим телом полигона (геометрия, просадки и провалы). Это позволит снизить уровень эмиссий загрязняющих веществ в окружающую среду, предотвратить возникновение аварийных ситуаций, минимизируя тем самым экологический риск.

3. Рекультивационный этап (30–40 лет)

Рекультивация закрытых полигонов включает комплекс мероприятий, направленных на восстановление территории и на улучшение качества окружающей среды.

На данном этапе проводится техническая и биологическая рекультивация поверхности полигона. Для этого выбирается одно из направлений рекультивации (сельскохозяйственное, лесохозяйственное, рекреационное, строительное), в соответствии с которым и проводятся дальнейшие работы.

Необходимо отметить, что в теле полигона продолжают протекать процессы разложения отходов. В связи с этим параллельно с осуществлением рекультивационных работ (в соответствии с определенными требованиями) необходимо реализовывать контроль функционирования системы сбора, отведения и очистки фильтрата, системы дегазации полигона, управлять эмисссией и телом полигона, а также проводить мероприятия по мониторингу окружающей среды в зоне возможного влияния полигона.

Эмиссия загрязняющих веществ с полигона ТБО в окружающую среду в этот период находится на постоянном уровне, а приблизительно к 40 годам жизненного цикла полигона начинает медленно снижаться.

4. Пострекультивационный этап (40 лет – ∞).

На данном этапе проводятся в основном мероприятия мониторинга (контроль процессов сбора, очистки и отведения фильтрата, контроль процесса дегазации полигона, наблюдение за процессом оседания свалочного тела, контроль за состоянием инженерных сооружений в теле полигона и на его поверхности, мониторинг окружающей среды в зоне возможного влияния полигона), а также мероприятия по устранению выявленных нарушений (восстановление целостности покрытия полигона при возникновении процесса оседания свалочного тела, ремонт элементов инфраструктуры полигона).

В данный период эмиссия загрязняющих веществ с полигона ТБО в окружающую среду постепенно снижается. Таким образом, полигон со временем перестанет оказывать негативное воздействие на окружающую среду. Этот пе-

10