Управление отходами. Полигонные технологии захоронения твердых бытов

– решение вопросов по утилизации отходов, консервации фильтрата, использование биогаза, устройство экранов и т.д.

Рекультивация проводится по окончании стабилизации закрытых полигонов – процесса упрочнения свалочного грунта, достижения им постоянного устойчивого состояния. Сроки процесса стабилизации приведены в табл. 3.1.

Таблица 3. 1

Сроки стабилизации закрытых полигонов для различных климатических зон

В конце процесса стабилизации производится завоз грунта автомобильным транспортом для засыпки и планировки образовавшихся провалов.

Направления рекультивации определяют дальнейшее целевое использование рекультивируемой территории в народном хозяйстве.

Наиболее приемлемы для закрытых полигонов ландшафтовосстановительное, лесохозяйственное, рекреационное направления рекультивации.

Ландшафтовосстановительное направление рекультивации закрытых по-

лигонов осуществляется с целью восстановление или создание ландшафта сходного с ландшафтом прилегающих территорий, как правило, производится с использованием элементов оставшихся экосистем.

Лесохозяйственное направление рекультивации – создание на нарушенных полигонами землях лесных насаждений различного типа. Лесоразведение предусматривает создание и выращивание лесных культур мелиоративного, противоэрозионного, полезащитного, ландшафтно-озеленительного назначения.

Строительное направление рекультивации закрытых полигонов – приве-

дение территории закрытого полигона в состояние, пригодное для промышленного и гражданского строительства.

Строительное направление осуществляется двумя способами: строительство объектов на территории закрытого полигона без вывоза свалочного грунта и с вывозом свалочного грунта.

Вопрос о капитальном строительстве на закрытых полигонах без вывоза свалочного грунта решается после проведения соответствующих исследований.

Гражданское строительство с подвальными помещениями (жилые здания, детские и лечебно-профилактические учреждения) на территории закрытого

131

полигона без вывоза свалочного грунта не допускается. При вывозе свалочного грунта жилищное строительство может быть разрешено только после проведения соответствующих санитарно-бактериологических исследований.

3.2. Технология рекультивации полигонов ТБО без переработки свалочного грунта

Рекультивацию полигонов ТБО проводят в два этапа: технический и биологический.

Технический этап рекультивации включает исследования состояния свалочного тела и его воздействия на окружающую природную среду, подготовку территории полигона (свалки) к последующему целевому использованию. К нему относятся: получение исчерпывающих данных о геологических, гидрогеологических, геофизических, ландшафтно-геохимических, газохимических

идругих условиях участка размещения полигона (свалки), создание рекультивационного многофункционального покрытия, планировка, формирование откосов, разработка, транспортировка и нанесение технологических слоев и потенциально плодородных почв, строительство дорог, гидротехнических и других сооружений.

Для выработки решений по исключению влияния газохимического загрязнения атмосферы определяют состав и свойства образующегося биогаза, содержание органики, влажность и другие данные. С учетом полученных данных

ианализа климатических и геологических условий расположения полигона составляется прогноз образования биогаза и выбирается метод дегазации и конструкция окончательного покрытия полигона.

Биологический этап рекультивации включает мероприятия по восстановлению территории закрытых полигонов для их дальнейшего целевого использования в народном хозяйстве. К нему относится комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на восстановление нарушенных земель. Биологический этап осуществляется вслед за техническим этапом рекультивации [3].

3.2.1. Технический этап рекультивации

Технический этап рекультивации начинается с подготовки верхнего слоя ТБО: уплотнение слоя, удаление из него крупных предметов, которые потом могут мешать рекультивационным работам. В случае, когда полигон не оборудован системой сбора биогаза, целесообразно устройство траншей, засыпанных крупнозернистым материалом, других типов вентиляционных отверстий, обеспечивающих дегазацию полигона и исключающих скопление биогаза в подпочвенном и почвенном слое [4].

132

К процессам технического этапа рекультивации относятся стабилизация тела полигона, выполаживание и террасирование, сооружения системы дегазации, создание рекультивационного многофункционального покрытия, передача участка для проведения биологического этапа рекультивации. Технический этап рекультивации закрытых полигонов включает следующие операции:

♦завоз грунта для засыпки трещин и провалов, его планировка;

♦создание откосов с нормативным углом наклона. Операции производятся сверху вниз при высоте полигона над уровнем земли более 1,5 м;

♦строительство дренажных (газотранспортных) систем дегазации;

♦погрузка и транспортировка материалов для устройства многофункционального покрытия;

♦планировка поверхности;

♦укладка и планировка окончательного покрытия и плодородного слоя. Оборудование, используемое при проведении технического этапа рекуль-

тивации представлено в табл. 3.2.

В случае если полигон выступает над уровнем земли выше 1,5 м, производится его выполаживание и, при необходимости (для высотных полигонов), террасирование. Выполаживание откосов производится с помощью бульдозера.

Таблица 3. 2

Основное технологическое оборудование, используемое при рекультивации закрытых полигонов

133

Бульдозер Б-130 представлен на рис. 3.2.

Выполаживание производится сверху вниз перемещением свалочного грунта с верхней бровки полигона на нижнюю путем последовательных заходок

(рис. 3.3).

Рис. 3.2. Бульдозер Б-130 на базе трактора Т-130

Рис. 3.3. Технологическая схема выполаживания откосов полигонов ТБО: lbn – приращение горизонтальная проекции линяя откоса; α – угол естественного откоса отходов; α 1 – угол откоса после выполаживания; В – берма безопасности; b – ширина горизонтальном поверхности свалки; H – высота свалки отходов

При рекультивации высотных полигонов производится совместное террасирование и выполаживание поверхности полигонов (рис. 3.4).

Трасирование производится через 10–12 м высоты полигона. Ширина террасы 5–7 м.

134

Рис. 3.4. Технологическая схема террасирования и выполаживания закрытой свалки: lbn – приращение горизонтальной проекции линии откоса; α – угол естественного откоса отходов; α 1 – угол откоса после выполаживания; bтр – ширина горизонтальной поверхности террасы; h1, h2 – высота яруса; H – высота свалки отходов

Нормативный угол откоса устанавливается в зависимости от целевого использования и имеет следующие уклоны:

–для возделывания сельскохозяйственных культур, в том числе в полеводстве, не более 2–3;

–для лугов и пастбищ не более 5–7,

–для садов не более 11;

–для посадки леса (кустарников и деревьев) не более 18;

–для организации зон отдыха, лыжных горок и т.д. не более 25–30 [3]. После подготовительных работ на уплотненный слой ТБО наносится окон-

чательное покрытие.

Погрузка для доставки на рекультивируемую территорию плодородных или потенциально плодородных земель осуществляется с помощью экскаватора ЭО-4321 (рис. 3.5).

Окончательное покрытие закрытых полигонов состоит из слоя подстилающего грунта и насыпного слоя плодородной почвы.

В качестве искусственного подстилающего слоя (слабопроницаемое покрытие) применяются: плотные суглинки и глины толщиной не менее 200 мм и коэффициентом фильтрации не более 10–3 см /с; песчаное основание толщиной не менее 150 мм, связанное битумом III–IV категории; другие нетоксичные материалы, имеющие коэффициент фильтрации 10–3 см/с.

Данные верхнего рекультивационного слоя приведены в табл. 3.3. Плодородные земли на закрытые полигоны завозятся из мест временного

складирования почвенного грунта или других возможных мест их образования. Завоз плодородных земель производится автотранспортом. Планировка поверхности до нормативного угла наклона производится бульдозером [3].

135

Рис. 3.5. Экскаватор ЭО-4321

Примечание. * В числителе – высота слоя в посадочной яме, в знаменателе – высота слоя на рекультивируемом участке.

Как свидетельствует практика, в России обычно ограничиваются уплотнением верхнего слоя ТБО и нанесением изолирующего и почвенного слоев. Качество материала для изолирующего слоя и его толщина зависят от характера последующего использования участка полигона ТБО.

В качестве материала изолирующего слоя используется плодородная почва, содержащая глины и суглинки, компост. Также хорошо зарекомендовала

136

себя смесь обезвоженных илов после биологической очистки сточных вод

икомпоста, обычно получаемых на полигоне при очистке сточных вод и компостирования ТБО, садовых отходов и т.д. На эту смесь наносится тонкий слой плодородного грунта, затем он разравнивается и уплотняется. Допускается использование в конструкции окончательного покрытия различных материалов: золы и шлаков ТЭЦ, котельных, работающих на угле, торфе, сланцах; компоста; грунта; мелких фракций дробленых строительных отходов и т.д. Обязательным условием является отсутствие токсических материалов, крупных фракций. Обычно изолирующий материал укладывают в два слоя – нижний из нейтральных отходов (золы, шлака, строительных отходов) толщиной не более 50 % от общей толщины изолирующего слоя, верхний – из плодородного грунта или смеси грунта с компостом [4].

Вкачестве барьерообразователей для экранирования поверхности полигона могут быть использованы замазученные грунты в смеси с активными илами

ипорообразующими добавками, при условии удаления из них большей части

нефтепродуктов. Биоконвертированные замазученные грунты применяются в качестве подстилающей основы, укладываемой на окончательный слой и предназначенной для закрепления на ней восстановителей почвенного покрова на стадии биологической рекультивации. Нефтепродукты из грунта могут быть удалены путем внесения в грунт микроорганизмов-деструкторов углеводородов. Переработку следует проводить на специально подготовленных площадках. К.Л. Чертесом [5] предложена технология подготовки замазученных грунтов к использованию в качестве рекультивационного слоя. Биообработку грунтов проводят в штабелях, формируемых на площадках с водонепроницаемым покрытием. Для разбавления и разрыхления загрязненного грунта вводится порообразующая добавка (древесные опилки, размолотая древесная кора, листья, солома, торф), источники нефтеразрушающей микрофлоры (активный ил) и биогенеза (агропромышленные отходы). В смеси порообразующие добавки выполняют функцию наполнителей. Их главное назначение – улучшение фильтрационных характеристик смеси за счет повышения ее пористости и, как следствие, интенсификация аэробных процессов разложения, создание благополучной для жизнедеятельности компостной микрофлоры соотношения углерода к азоту (C:N) и азота к фосфору и калию (N:P:K). Порообразующие добавки используются как свежие (непосредственно после переработки основного продукта), так и после выдержки в буртах, сортированные после измельчения и неизмельченные, различного механического и физико-химического состава. Замазученные грунты на площадках штабелируются и подвергаются периодическому перемешиванию 1–2 раза за теплый сезон года с целью аэрации.

Формирование штабеля осуществляется бульдозером методом послойной укладки 5–6 слоев грунта и порообразующей добавки. Штабель имеет размеры:

137

по основанию 6–8 м, по верху 1–2 м и высотой 2–2,5 м. Общая длина трапециедального штабеля выбирается с учетом размеров площадки. После укладки материалов производится их перемешивание ковшом экскаватора или погрузчика путем срезки боковой грани штабеля. Активный ил вводится в смесь грунта и добавок сразу после доставки и не позднее 6 часов после отбора из иловой камеры. Возраст ила должен составлять не более 2 сут, влажность – не более 99,5 %, иловый индекс – не более 100.

Втечение всего периода биообработки проводят контроль концентрации нефтепродуктов, влажности материала и содержания в нем азота и фосфора.

Обезвоженные компосты, прошедшие фазу высоких температур, можно использовать для экранирования поверхности полигона на стадии биологической рекультивации и озеленения. К.Л. Чертесом рекомендовано использовать

вкачестве материалов для экранов биологической рекультивации поверхности компосты на основе осадков сточных вод. Компосты на основе осадков сточных вод применялись при рекультивации свалки г. Отрадного. Компост готовили на стационарной спецплощадке полигона. На поверхности рекультивируемой свалки устраивали перемещаемые по поверхности массива промежуточные площадки приготовления компоста. Продолжительность процесса производства компостов на основе осадков сточных вод в смеси с порообразующими добавками для создания экрана биологической рекультивации свалки составляет 4–5 месяцев.

Она включает в себя следующие основные стадии:

– доставка осадков с территории иловых площадок на территорию площадки компостирования и складирование их на отдельной площадке;

– перенос осадков и порообразующих добавок на отдельную площадку для смешения методом послойной укладки и срезки боковых граней с последующим формированием в компостный штабель;

– процесс биотермической обработки 2–3 месяца;

– естественную аэрацию штабелей за счет периодического перемешивания;

– лабораторно-технологический контроль за протеканием процесса биотермической обработки;

– выдержка компоста в штабелях для дозревания и отгрузка готового рекультивационного материала.

Врезультате внедрения технологии были сокращены объемы отходов канализационных очистных сооружений, размещаемых на иловых картах г. Отрадного, уменьшено воздействие размещаемых отходов на окружающую среду, а также сокращена потребность в почвогрунтах при проведении технического и биологического этапов рекультивационных работ [5].

Вкачестве рекультивационного материала также может быть использована песчано-шламовая смесь. В г. Тольятти на предприятии АО «АвтоВАЗ» после очистки сточных вод образуется осадок (кек), представляющий собой отход

138

III класса опасности. На предприятии внедрена технология землевания кека с получением песчано-шламовой смеси (ПШС), являющейся отходом IV класса опасности. Технология землевания заключается в следующем. Горелую землю укладывают на территории специально подготовленной карты в виде тяжей трапециевидного сечения шириной по основанию 7,0 м, по верху 2,0 м при высоте 2,0 м. Расстояние между тяжами – 5,0 м. Тяжи замыкались «стеной» аналогичной конструкции так, что из твердых сыпучих отходов формировалась полузамазученная насыпь П-образной формы.

Впространство насыпи самосвалами выгружался кек, который растекался слоем толщиной 0,5 м. Затем производили перемешивание путем многократного прохода бульдозером.

Вкачестве рекультивационного материала могут быть использованы мелкодисперсные строительные отходы, золошлаки ТЭЦ, металлургические шлаки, текстильные отходы, отработанные резиновые покрышки.

Правильно подобранная засыпка приводит к образованию метанотрофного слоя почвы, естественного «приспособления» для улавливания свалочных газов, который одновременно выполняет санитарную и газорегуляторную функции. Интенсивность окисления метана в покровных почвах свалок может достигать весьма больших величин – до 45 г/м2 в сутки [6–8].

Проведенные исследования показали, что в почвенных профилях разрезов на участках с нормальным развитием растительности выделяются следующие горизонты: верхний гумусовый, слабодифференцированный переходный («красный слой»), глеевый.

Первый густо пронизан корнями и корневищами растений и имеет чернокоричневый цвет и волокнистую структуру, напоминающую торф. Необычным является проявление второго слоя, который назвали «красный слой» за его хорошо выраженную, довольно равномерную красно-бурую окраску. Его цвет обусловлен характерной специфической пигментацией населяющих его метано-

иметилотрофных микроорганизмов. Этот слой не является препятствием для распространения корней растений.

Далее идет горизонт, где встречается специфическая разновидность глееобразования – свалочное (биогазовое) глееобразование. Корни растений в этом слое не встречаются.

Конструкция и качество окончательного покрытия, наличие системы сбора газа по всей площади объекта, согласно современным представлениям, являются главными факторами, влияющими на процесс эмиссий биогаза в окружающую среду. Полигон ТБО с соответствующей засыпкой и хорошо работающей системой сбора и контроля газа может иметь средние поверхностные эмиссии метана ниже 10–4 мг/(м·с)2. У объектов без такой системы поверхностные эмиссии метана на несколько порядков выше.

139

Далее (табл. 3.4) показаны результаты исследований влияния типа засыпки и системы сбора биогаза (табл. 3.5) на величину поверхностных эмиссий [9].

Для небольших «молодых» свалок и свалок промежуточного возраста, построенных без систем сбора газа, целесообразно устройство изолирующего покрытия из рыхлого грунта, способствующего активации аэробных процессов в верхнем слое, выполняющего роль окислительного биофильтра. В сочетании с такими техническими средствами регулирования движения биогаза, как дренажные канавы, траншеи и т.д., это эффективное средство предотвращения эмиссии биогаза.

Для больших полигонов, имеющих высокий потенциал использования биогаза как источника энергии, целесообразно устройство непроницаемого окончательного покрытия. Пострекультивационный период таких полигонов значительно долее долгий. Соответственно, затраты на закрытие и рекультивацию такого полигона будут во много раз превышать затраты на тех полигонах, где нет дорогостоящих геомембран и требуется только обслуживание верхнего покрытия и периодический мониторинг [10].

Если участок полигона планируется под лесопосадки, то толщина слоя изолирующего грунта должна быть не менее 30–40 см. Такой слой достаточен для кустарников и деревьев, не имеющих глубоких якорных корней (клен, береза, тополь, ель, сосна, лиственница, пихта).

При отводе участка под залужение толщина изолирующего слоя зависит от вида культивируемых трав. Если участок засевается травой с короткой корневой системой, то достаточно слоя толщиной в 15–20 см.

Обязательным условием является нанесение на изолирующий слой так называемого культурного слоя толщиной не менее 20 см, способствующего луч-

140