Управление отходами. Полигонные технологии захоронения твердых бытов

Вгрунтах, извлеченных с глубины 12 м, на свалке «Софроны» выделены фракции от 250–300 мм до 2–10 мм и менее.

Восновном разложившийся грунт состоит из смеси почвы, мелкого стекла, стройматериалов и дерева с очень малым количеством бумаги и веток. Очевидно, это связано с постоянным горением свалки, в результате которого выгорает часть органических отходов, прежде всего бумаги, веток, текстиля и других углеродсодержащих компонентов.

Крупные фракции (100–300 мм) находятся в виде обломков стройматериалов и компонентов отходов.

Фракции размером 10–100 мм представлены неразложившимися компонентами ТБО (стекло, древесина, углеобразные частицы, пластмасса, резина, металл и т.п.).

Фракция менее 10 мм является смесью продуктов разложения ТБО и унаследованных минеральных компонентов в виде сыпучего, практически бесструктурного, темно-серого материала. При этом в свалочном грунте преобладают глинистые минералы (около 1/3 от массы фракции <2 мм), кварц и кальцит. Содержание органических компонентов отходовприведено в табл. 3.10 [10].

По гранулометрическому составу свалочные грунты с действующей городской свалки «Софроны» (г. Пермь) по классификации минеральных грунтов могут быть отнесены к крупнообломочным дресвяным грунтам. Значения коэффициента пористости и плотности скелета (сухого грунта) лежат

в пределах, характерных для рыхлых пылеватых песков. В соответствии с нормативами, органические компоненты в этом случае могут считаться примесями.

Физико-механические свойства грунтов свалки «Софроны» представлены на рис. 3.20–3.28.

Рис. 3.20. Зависимость влажности свалочного грунта от глубины залегания

Рис. 3.21. Зависимость плотности грунта от глубины залегания

Рис. 3.22. Зависимость плотности скелета грунта от глубины залегания

162

Рис. 3.23. Зависимость удельного веса свалочного грунта от глубины залегания

Рис. 3.24. Зависимость пористости свалочного грунта от глубины залегания

Рис. 3.25. Зависимость влажности свалочного грунта от глубины залегания

163

Рис. 3.26. Зависимость коэффициента водонасыщения свалочного грунта от глубины залегания

Рис. 3.27. Зависимость потерь при прокаливании свалочного грунта от глубины залегания

Рис. 3.28. Зависимость коэффициента фильтрации свалочного грунта от глубины залегания

164

Таким образом, свалочный грунт старых карт складирования с действующей свалки «Софроны» можно характеризовать как крупнообломочный дресвяный грунт с песчано-пылеватым заполнителем.

Мощность слоя отходов на старых картах свалки ТБО в г. Краснокамске достигает 4 м. Средняя плотность в естественном залегании – от 0,6 до 1,9 т/м3. По составу техногенные грунты большей частью соответствуют таким литологическим разновидностям, как «тяжелые супеси и суглинки». Пористость в среднем составляет 59 % [23].

Свалочные грунты характеризуются высокой пористостью – 59–70 %, причиной которой являются процессы выгорания отходов. Высокое водонасыщение нижнего горизонта типично для свалочных тел и свидетельствует о наличии в теле полигона фильтрационных вод. Коэффициент фильтрации значительно снижается

сглубиной. Средние значения коэффициента фильтрации лежат в пределах значений, характерных для песков и супесей. Это согласуется со сведениями, которые приводятся в литературе: коэффициент фильтрации отвалов 15-летнего возраста, определенный внатурных условиях, составляет от 10–2 до 10–4–10–6 см/с [24].

Дисперсионный анализ результатов показал, что достоверно характерными для каждой глубины являются значения коэффициента фильтрации, водонасыщения и объемного веса скелета грунта (Р < 0,001). Изменения остальных физических свойств по глубине свалочного тела не являются статистически значимыми.

Химический состав техногенных грунтов характеризуется повышенным, в сравнении с ПДК, содержанием некоторых микрокомпонентов (Сr, Ni, Va, Zn, Sr и др.). По результатам анализа отмечены повышенные концентрации никеля и хрома – в 1,5–2 раза, ванадия – в 1,5 раза, цинка – в 1,5–2,5 раза, стронция – в 19 раз. В ряде проб отмечено повышенное содержание марганца, меди. Содержание микроэлементов в грунтах с глубиной уменьшается.

Сравнение основных физико-механических свойств свалочных грунтов и грунтов с урбанизированных территорий различных районов г. Перми приведено в табл. 3.11.

Анализ таблицы показывает, что: по значению плотности скелета грунты

сдействующих объектов относятся к очень рыхлым, в то время как грунт с закрытой для приема ТБО свалки и грунты оснований зданий и сооружений районов г. Перми – к рыхлым; плотность грунта и его влажность с закрытой для приема свалки «Голый Мыс» очень близка к значениям этих величин для урбанизированных грунтов районов г. Перми.

Проведенные исследования показали, что свалочные грунты захоронений ТБО, сформировавшиеся в последние десятилетия в результате периодической экскавации старых разложившихся отходов, по морфометрическому строению имеют характерные особенности. Установившиеся процессы метаногенеза периодически нарушаются вскрытием отходов и укладкой новых с возвращением

165

к аэробной стадии разложения. Вкупе с горением это приводит к значительному снижению органики, к преобладанию мелких фракций смеси продуктов разложения и минеральных компонентов. Часть органических отходов разлагается в аэробных условиях или сгорает. Следствием этого является сокращение периода выделения биогаза.

Таблица 3 .11

Сравнение физико-механических свойств свалочных грунтов с объектов захоронения ТБО Пермского края, находящихся на разных стадиях жизненного цикла и урбанизированных грунтов различных районов г. Перми

Существенное влияние на ускорение процессов разложения оказывают процессы выгорания таких фракций ТБО, как бумага, садово-парковые отходы, текстиль, являющихся основными источниками биогаза.

Высокая зольность, низкое содержание органической составляющей свидетельствуют о сравнительно быстром (в течение 20–30 лет) завершении процессов разложения органических компонентов отходов.

Таким образом, экскавация свалочного грунта может использоваться не только как способ сокращения жизненного цикла полигона за счет секвестирования рекультивационного периода, но и как способ управления метаногенезом на действующем полигоне [10].

В 2004 году кафедрой охраны окружающей среды Пермского государственного технического университета совместно с Федеральным центром благоустройства и обращения с отходами были разработаны проекты рекультивации закрытых городских свалок в г. Санкт-Петербурге – «Угольная гавань» и «Яблоновская».

Свалка «Угольная гавань», расположенная в Кировском районе СанктПетербурга, была закрыта для эксплуатации в 1980–1981 годах. Свалка «Яблоновская» расположена в Невском районе г. Санкт-Петербурга на правом берегу р. Оккервиль, была закрыта для приема ТБО в 1978 году.

166

Несмотря на завершение эксплуатации, оба объекта оставались источниками вторичного антропогенного загрязнения окружающей среды. Поэтому было принято решение о проведении рекультивационных работ, включающих экскавацию свалочного грунта.

Проектами рекультивации были предусмотрены следующие виды работ: осушение участка; проведение предварительной дегазации участка; снятие поверхностных насыпных грунтов и их временное складирование; экскавация свалочных масс, их погрузка и вывоз; планировочные работы (доставка грунта, разравнивание и уплотнение). После осушения и дегазации участков предусматривалось снятие скрепером перекрывающих грунтов, экскавация свалочных масс и их вывоз самосвалами на действующие полигоны. Для контроля состояния окружающей среды была организована система экологического мониторинга. На завершающем этапе предусматривались проведение демонтажа инженерно-технических сооружений и планировка территории с использованием насыпных грунтов. После планировки и уплотнения поверхности площадок предусматривался биологический этап рекультивации, включающий агротехнические и фитомелиоративные мероприятия, направленные на восстановление нарушенных земель [25].

3.4.2.Способы обезвреживания свалочного грунта

Кметодам санирования старых свалок без выемки свалочного грунта относится удаление вредных веществ из рассматриваемых объектов с помощью транспортирующей среды – газа или воды – путем отсоса воздуха через свалочный грунт или гидравлическим способом.

Метод аэробной стабилизации полигонов позволяет при отсосе воздуха

через свалочный грунт удалить из него легколетучие соединения [28]. Одним из методов аэрации свалочного тела является метод BIO-PUSTER, который может использоваться перед экскавацией свалочного грунта для предотвращения выхода ядовитых газов. Применение способов аэрации ограничено на малосвязанных и песчаных слабо насыщенных водой грунтах, что требует сооружения на всей поверхности свалки защитного покрытия.

Гидравлический способ санирования применяют, когда вещества, загрязняющие свалочный грунт, растворяются в воде или при загрязнении грунтовых вод. Суть его состоит в том, что дальнейшее распространение вредных веществ локализуется путем образования опускающейся воронки и откачиваемая вода очищается от примесей. Для этого по направлению стока грунтовых вод закладывают нагнетательные и водозаборные колодцы. Откачиваемые грунтовые воды после очистки применяют для орошения территории свалки.

Для использования этой технологии необходимо знать гидромеханические характеристики загрязняющих веществ, воды и воздуха в теле свалки.

167

Хлорпроизводные углеводороды из грунтовых вод в этом случае удаляют с помощью двухступенчатой установки для отгонки легких фракций.

Если в грунте присутствуют микробиологически растворимые вещества (ароматические, алифатические и подобные им, содержащиеся в растительных маслах углеводороды), то после откачки и очистки грунтовых вод и фильтрата собственно свалочный грунт подвергают, как правило, микробиологической очистке.

Присутствие в свалочном грунте смешанных загрязнителей (как органических, так и неорганических) требует применения физико-химических способов его очистки. Передвижные установки производительностью до 30 м3/ч, используемые в этом случае, способны обезвреживать грунты, загрязненные тяжелыми металлами, полициклическими и ароматическими углеводородами.

К физическим способам обезвреживания относится технология «вымывания» загрязнений с помощью органических растворителей, поверхностно-ак- тивных веществ, пара [28].

В процессе промывки вредные вещества отделяются от грунта. В зависимости от экстракционного метода они концентрируются либо в экстрагентах (моющих растворах), либо отдельном мелком шламе и отработанном воздухе. В качестве экстрагента в основном используется вода с химикатами (поверх- носто-активными веществами, кислотами, щелочами и т.п.) Для повышения эффективности или минимизации добавлений химикатов в отдельных методах дополнительно используется механическая обработка. Пример схемы промывки свалочного грунта показан на рис. 3.29 [29].

Рис. 3.29. Схема промывки свалочного грунта

168

Согласно методу промывки почвы при высоком давлении, вредные вещества закрепляются за гранулами грунта, отделяются с помощью струй воды

вспециальной струйной трубке. При давлении в насадке до 350 атм достигается такой высокий очищающий эффект, что можно отказаться от использования моющих химикатов. Кроме того, в закрытой струйной трубе возникает повышенное давление, вследствие чего вместе с почвой всасывается большое количество воздуха, что положительно влияет на эффект отделения. Вредные вещества загрязненной почвы при этом переходят в жидкую или газообразную фазу,

вкоторой они легче обрабатываются, после процесса промывки они остаются

вфильтре в виде осадка [30].

Микробиологические методы обезвреживания свалочного грунта применяются только при небольших концентрациях загрязняющих веществ. Одним из способов микробиологического обезвреживания является способ стимуляции местной микрофлоры. Возможна также инфильтрация обогащенной питательными субстанциями и адаптированной к вредным веществам культуры микроорганизмов. При этом осуществляются дискретная подача водных суспензий и обогащение кислородом путем аэрации почвы. Известно много видов бактерий, актиномицетов и грибов, способных разрушать органические соединения. Решающее влияние на скорость разрушения оказывают температура и влажность среды (свалочного тела грунта), наличие кислорода, углерода, азота и фосфора – основных питательных веществ для микроорганизмов, а также их соотношение. Поскольку бактерии в качестве источника питательных веществ могут использовать только жидкие биологически разрушаемые соединения, свалочный грунт должен быть достаточно увлажнен. На практике биологическое обезвреживание проводят за счет повышения активизации имеющихся в теле свалки микроорганизмов к разрушению загрязнений.

Если это невозможно, то грунт после предварительной обработки засыпают в бурты или специальные контейнеры. На эффективность и сокращение длительности процесса микробиологического разложения (наряду с наличием в достаточном количестве поглощающей вредные вещества микрофлоры) большое влияние оказывает выбор параметров процесса – подача питательного раствора, кислорода и микроэлементов, температура, другие физические характеристики.

К способам микробиологической обработки свалочного грунта относится метод регенеративных буртов. Для этого загрязненный материал смешивается со специальными микроорганизмами, а также субстанциями носителями (адсорбентами) и укладывается слоями в форме «сэндвича», перемежаясь с аэрационными слоями. С помощью оросительной установки могут добавляться жидкие растворы, питательные соли, рН-регулирующие соединения и другие микроорганизмы. Таким образом создается биореактор (рис. 3.30) [30].

169

Рис. 3.30. Обработка свалочного грунта методом регенеративных буртов [29]

Необходимо отметить, что оба способа биологического обезвреживания свалочных грунтов требуют значительных материальных и временных затрат [28].

Наиболее перспективной считают технологию выжигания и прокаливания загрязненных свалочных грунтов, или термическое санирование. Этот способ применяют, когда имеется загрязнение вредными органическими веществами, в том числе маслами, смолами, нефтепродуктами. В Германии

иНидерландах для термического санирования используют передвижные установки вращающихся трубчатых печей, где на первой ступени при 400–450 °С предварительно выжигают вредные примеси, а на второй прокаливают при более высокой температуре (происходят термическое разложение и обезвреживание загрязнений). Установки укомплектованы необходимым газоочистным оборудованием.

Сегодняшние трудности в использовании технологий термосанирования свалок связаны с их высокой энергоемкостью и, как следствие, большими материальными затратами. Решающее значение для повышения экономичности этого метода имеют вид применяемого топлива, способы очистки дымовых газов

иутилизации энергии.

Технология так называемой иммобилизации в общем случае основана на закреплении, фиксации или химической иммобилизации вредных веществ в свалочных грунтах, с тем чтобы воспрепятствовать дальнейшему выбросу их в биосферу. С этой целью свалочный грунт вынимают и обрабатывают специальными реактивами в специальном автоматическом смесителе. Особая дозирующая система даже при небольшом содержании химикатов обеспечивает равномерное смачивание и спонтанную химическую реакцию. В процессе обработки происхо-

170