Управление отходами. Полигонные технологии захоронения твердых бытов

4.2. Использование участка захоронения ТБО после закрытия полигона

Полигоны, закрытые для приема ТБО, относятся к наиболее типичным нарушенным территориям.

Участок после закрытия полигона может использоваться для различных хозяйственных нужд – сельскохозяйственных, спортивных, рекреационных, складских и прочих, разрешенных действующими нормативами и правилами [6].

Российское законодательство хотя и декларирует необходимость рекультивационных работ после закрытия полигонов, активное коммерческое освоение территории старых свалок и полигонов ТБО и интерес к ним не стимулирует. Для этого существуют объективные причины. Главная из них заключается в самой природе свалочного тела, являющегося источником повышенной опасности из-за протекающих внутри процессов [7].

Необходимо иметь в виду, что внутри рабочего тела полигона продолжаются процессы распада органических веществ ТБО, газообразования, выделения фильтрационных вод и другие, которые при недостаточном контроле и погрешностях при эксплуатации закрытого полигона могут привести к серьезным аварийным ситуациям (взрывы, пожары, загрязнение окружающей среды) [6].

Оседание свалочного тела продолжается вплоть до завершения процесса биологического разложения отходов и вызывает проблемы инженерно-техничес- кого характера, такие как низкая несущая способность основания, изменение величины просадки во времени.

Кроме того, ТБО представляют большую опасность в эпидемиологическом отношении, так как содержат возбудителей различных болезней и являются подходящей средой для их размножения.

Внастоящее время опыт застройки таких земель существует. Многие закрытые полигоны с большим или меньшимуспехомиспользуются в различных целях.

Использование ведется в следующих градостроительных направлениях: пассивные рекреационные районы или открытые пространства – парки, зеленые зоны; активное рекреационное использование – спортивные площадки, поля для игры в гольф; коммерческое использование – склады, автостоянки, легкие металлические конструкции, дороги с твердым покрытием; гражданское строительство – здания без подвалов и технических подполий [7].

Вслучаях передачи территории закрытого полигона обязанности по контролю за ним и его эксплуатацией передаются новому владельцу.

При передаче территории закрытого и рекультивированного полигона новому владельцу остаются в силе ограничения по использованию территории полигона под капитальное строительство, прокладку подземных коммуникаций

идругих видов хозяйственного освоения площадки.

181

Любой вид использования закрытого полигона должен быть согласован со специально на то уполномоченными государственными органами.

Ответственность за нарушения установленных норм и правил эксплуатации несет владелец, в чьем пользовании находится территория рекультивированного полигона [6].

4.2.1. Пассивное рекреационное использование

Пассивное рекреационное использование закрытых свалок и полигонов достаточно подробно описано в литературе, в том числе нормативной [8–10]. Одним из основных технических параметров таких свалок является толщина верхнего слоя засыпки, которая определяется исходя из направления рекультивации и вида выращиваемых культур.

Лесохозяйственное использование, как правило, имеет мелиоративное, противоэрозионное или полезащитное назначение. В качестве примера можно привести результаты исследований в области лесохозяйственного освоения, которые были получены в Италии на шести свалках общей площадью 120 га [11]. Наблюдения показали следующее: территории, засаженные с большим биоразнообразием лесных культур, восстанавливались гораздо быстрее, чем территории, засаженные малым количеством видов растений; зеленый слой образуется в течение первого года; в целом вся система развивается в сторону преобладания лесной растительности; при плотной посадке ветви деревьев сцепляются между собой уже через 4 года. Время и затраты, которые потребовались для рекультивации, показаны в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Затраты на рекультивацию свалок различной мощности в Италии [11]

Восстановленный участок Bosco delle Querce в Seveso и территория площадки Cavenado предназначались под зоны отдыха приблизительно через 10 лет после начала работ по рекультивации свалки. Территории свалок в Goria Maggiore и Modena предполагалось использовать в качестве природного ландшафта уже через 1–2 года после посадки растений.

182

Внастоящее время эти территории используются как большие естественные

иландшафтные парки (Bosco delle Querce в Seveso; Carate Brianza, Firenzuola, Modena, Goria Maggiore) и сельскохозяйственные зоны (Cavenado Brianza).

4.2.2. Активное рекреационное использование

Это направление использования рекультивированных свалок является в мире наиболеераспространенным.

Свалка Шун Ван в Гонконге, на которой хранилось примерно 15 млн т отходов, занимала территорию в 50 га. После завершения процесса рекультивации свалка используется в качестве площадок для игры в гольф, примыкающих к набережной для прогулок [12].

На территории, расположенной в 24 км от Лос-Анджелеса, с 1951 по 1969 год существовала свалка площадью 61 га. На рекультивированной территории были построены спортивный центр с теннисными кортами, бассейном, выставочный

иконференц-зал, гостиница. Образующийся биогаз используется для отопления

иполучения горячей воды. Система дегазации состоит из 30 специально пробуренных скважин, коллектора, компрессорной установки и котлоагрегата. Строительство центра обошлось в 450 тыс. долларов [13].

Ремедиация свалки «Бейролаз» (Beirolas) в восточном Лиссабоне является одним из примеров освоения нарушенной территории с последующим ее полноценным использованием [14].

Закрытие полигона «Бейролаз» явилось частью программы восстановления самой деградированной территории города, проводилось с 1995 по 1998 год и было приурочено к последней Всемирной выставке столетия – ЕХРО'98, которая проходила в Лиссабоне.

Общий генеральный план предусматривал создание городского парка площадью 80 га, где доминантой является полигон «Бейролаз», откуда открывается панорама на лежащую внизу долину р. Тежу. Комплекс включает следующие сооружения: гольф-школа на вершине холма, школа вождения автомобилей, лестница по южному склону, прогулочные дорожки, дорога с асфальтовым покрытием и соответствующее оборудование для освещения комплекса, ирригационные сооружения. Относительно мягкие склоны холма, включенные в благоустройство и расширившие возможности ландшафтной архитектуры, были созданы искусственно при строительстве финального покрытия из насыпного слоя суглинка, добытого при строительстве метрополитена. Мягкая, пологая форма склонов потребовала специальной топографической съемки, расчетов устойчивости откосов и системы управления поверхностными водами.

Свалка «Бейролаз» функционировала в 1985–1990 годах и приняла 2 млн м3 ТБО. После официального закрытия свалки отходы продолжали поступать с рас-

183

положенного рядом завода по переработке твердых отходов. В связи с этим свалка увеличилась на 5 м выше первоначальной планировочной отметки, в результате чего обострились проблемы просадки свалочного тела.

Проект закрытия свалки включал следующие мероприятия: экскавация свалочного тела и выравнивание основания для укладки вновь поступающих отходов; установка глиняного экрана или геомембраны на подготовленном основании; установка системы сбора фильтрата; размещение новых и экскавированных отходов на запланированных участках; установка мониторинговых скважин по периметру полигона; установка сети газосборных скважин через основание окончательного покрытия; установка компонентов окончательного покрытия: геомембраны, дренажа, защитного верхнего слоя и растительного покрова.

В соответствии с Директивой ЕС были подготовлены мероприятия по мониторингу фильтрата, биогаза, подземных вод и осадок полигона. Продолжительность мониторинга – 30 лет.

Эмиссии биогаза измеряются еженедельно, уровень и осадка – ежемесячно. Примерно 400 м3/ч биогаза с содержанием метана порядка 36 % извлекается и сжигается в факеле. Ожидается, что оседание как отходов, так и подстилающих мягких глин основания будет продолжаться несколько десятилетий и достигнет 3 м на некоторых участках.

Успешное окончание такого проекта менее чем за 3 года потребовало не только значительных финансовых затрат, но и особой координации действий инженеров, ландшафтных архитекторов и строителей.

4.2.3. Гражданское строительство

Наиболее сложным направлением использования территорий закрытых свалок является строительное направление. Накоплен положительный опыт осуществленных в этой области проектов.

В качестве примера можно привести строительство комплекса Вестпортпарка (Westport Office Park) в Калифорнии, США [15].

Вестпорт-парк занимает территорию в 91 000 м2, расположенную вдоль юго-западного побережья Сан-Францисского залива. Комплекс включает 20 административных зданий, парки и сады, автомобильные стоянки и дороги.

До начала строительства комплекса потребовалось примерно 18 месяцев для подготовительных работ, включающих инженерно-геологические изыскания и планировку грунта для закрепления площадки старой свалки. Были решены серьезные технические проблемы, связанные с проектированием специальных фундаментов для уменьшения неравномерной просадки, мероприятиями по защите качества воды и сохранению целостности созданной бетонной подго-

184

товки, защите конструкций от взрывоопасных газов. Для предотвращения миграции свалочного газа был построен сборный коллектор. На реализацию этих мероприятий было потрачено примерно 1,5 млн долларов. Стоимость мероприятий по предотвращению скопления биогаза, предупреждению проседания и защите грунтовых вод составила 10 % общей стоимости строительства.

Основным элементом проекта была установка 40-метровых предварительно напряженных висячих свай для поддержки опорных плит здания, проходящих через тело свалки и подстилающий грунт. Для каждого здания потребовалось установить 110 таких свай.

Для контроля за миграцией биогаза в зданиях были установлены автоматические газовые датчики и аварийная сигнализация. Поскольку подземные траншеи могут способствовать перемещению газа, в них были установлены барьеры миграции: геомембраны, бентонитовые пробки и уретановые герметики. На тех участках, где возможно скопление газа, были установлены системы для их улавливания (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Вестпорт-парк (план)

Анализ американского опыта показывает, что самые большие здания и сооружения на свалочных грунтах были построены на глубоких фундаментах (сваях или кессонах), некоторые здания – с использованием «плавающих» фундаментов (с заменой подстилающего слоя отходов). Комбинация этих двух спо-

185

собов использовалась при строительстве на старых мелких полигонах: стены опирались на сваи, а плавающая плита использовалась для перекрытия. На одном из калифорнийских полигонов шарнирная плита была связана со зданием с одной стороны и «плавала» с другой.

Рассматриваемые проекты, безусловно, являются дорогостоящими не только для страны с переходной экономикой, но и для развитых стран Европы.

Высокая стоимость проектов обусловлена в основном очень сжатыми сроками и освоением территории практически сразу по окончании эксплуатационного периода. Такие условия складываются довольно редко, в первую очередь осваиваются в основном территории, находящиеся на последних этапах жизненного цикла, когда эмиссии минимальны. Освоение площадок свалок, где активная фаза метаногенеза уже закончилась, требует значительно меньших финансовых

иинженерных усилий. Кроме того, финансирование может осуществляться поэтапно: краткосрочные операции, охватывающие период, в течение которого принимаются безотлагательные меры; среднесрочные – период от момента закрытия до обеспечения минимизации рисков; длительный срок – освоение полигона после того как обеспечена минимизация рисков.

ВРоссии в последнее время проводятся исследования возможности строительства зданий и сооружений на территорий старых свалок. Е.П. Труфмановой

иИ.В. Галицкой была разработана соответствующая классификация свалочных тел в зависимости от газогеохимической опасности [16]. Согласно этой классификации наиболее пригодны для строительства территории безопасных и потенциально опасных свалок. Однако при определенных условиях возможна застройка и газогеохимически опасных свалок. Накопленный опыт строительства на огромной территории России с различными, часто очень сложными геоморфологическими условиями позволяет подобрать необходимые конструкции

ивыполнить расчет оснований на свалочных грунтах [41].

Разработаны фундаменты с консольными выступами: неразрезные ленточные, пространственно-рамные, плоские и ребристые плитные, которые могут надежно работать в сложных геологических условиях. При соответствующих расчетах такие конструкции могут быть приемлемы и при строительстве на свалочных грунтах.

Освоение территории закрытых свалок и полигонов ТБО возможно в результате грамотного и эффективного управления метаногенезом, своевременно выполненных прогнозов образования биогаза, корректируемых четко налаженной системой мониторинга. Очень важным при этом является учет постоянно изменяющихся во времени свойств свалочного тела в течение всего его жизненного цикла. Старые свалки различны не только по объему отходов, их морфологическому составу, площади захоронения, высоте и геометрии тела свалки, но и находятся, как правило, на разных фазах жизненного цикла.

186

Дифференцированный подход при проектировании, учитывающий особенности рекультивационного и пострекультивационного этапов жизненного цикла, надежная оценка эмиссий биогаза и прогноз просадки, использование всех методов управления метаногенезом позволяют применять известные конструктивные решения и расширить возможности градостроительного освоения этих земель [7].

Сложившаяся в РФ практика краткосрочного эксплуатационного периода полигонов (15–20 лет) при длительных процедурах выбора площадок под новый полигон, изыскательских, проектных и строительных работ (3–5 лет), рекультивационных работ (1–3 года) и пострекультивационного периода (многие десятилетия) приводит к тому, что на месте бывшего рабочего тела полигона создается инкапсулированная масса частично разложившихся ТБО, которая занимает обширные территории, исключенные из хозяйственного использования.

Задалживание земельных участков и вторичных ресурсов, исключенных из рециклинга, которые не только не используются, но и создают техногенное образование, которое нарушает ландшафт и потенциально опасно. Это противоречит принципам стратегии устойчивого развития и ресурсного подхода в управлении движением отходов.

Разработанные технологии рециклинга основных компонентов ТБО, современные технологии захоронения ТБО, рекультивация и рекуперация площадок, закрытых к приему ТБО полигонов, позволяют в краткосрочной перспективе минимизировать объемы захоронения ТБО и уменьшить требующиеся для этого земельные площади, а в среднесрочной перспективе на основе рекультивации площадок действующих и закрытых полигонов перейти к постоянному их использованию без занятия новых земельных площадок подих размещение [6, 27–33].

4.3. Использование ресурсного потенциала рабочих тел закрытых полигонов

4.3.1.Свалочный грунт как возобновляемый ресурс

Вмомент поступления на полигон ТБО представляют собой гетерогенную смесь, обладающую механической (структурной) связностью за счет волокнистых фракций (текстиль, проволока и т.д.), а также сцеплением, обусловленным наличием влажных липких компонентов. За счет наличия твердых балластных фракций (фарфор, стекло, камни) ТБО обладают свойством истирать соприка-

сающиеся с ними взаимоперемещающиеся поверхности − абразивностью. Кроме того, отходы обладают слеживаемостью и при длительной неподвижности теряют сыпучесть и уплотняются [18].

Попадая на полигоны, отходы подвергаются уплотнению, пересыпке природными грунтами и уже являются не твердым бытовым отходом, а, в соответ-

187

ствии с ГОСТ 25100–95, антропогенным образованием, которое является техногенным элементом геологической среды, в котором происходят процессы литификации отходов [30, 80]. По ГОСТ 25100–95 свалочный материал полигонов относится к техногенным грунтам (грунты, созданные в процессе производственной и хозяйственной деятельности человека). Техногенные грунты, перемещение и укладка которых осуществляются с использованием транспортных средств, являются насыпными грунтами. Таким образом, свалочный материал объектов захоронения ТБО в соответствии с нормативными документами является техногенным насыпным грунтом [19–21].

Основным различием между техногенными грунтами полигонов и природными грунтами является то, что в техногенном грунте содержится большое количество фракций, подверженных разложению. Это обусловливает способность свалочного материала с течением времени изменять свои свойства – под техногенным воздействием происходит изменение его вещественного состава, структуры и текстуры. Следовательно, свалочный материал длительного складирования – это техногенный насыпной грунт, измененный в результате физикохимических воздействий. Таким образом, можно выделить следующие ступени в качественных изменениях ТБО: гетерогенная смесь ТБО → техногенный грунт → свалочный грунт (техногенный грунт, измененный физико-химическим воздействием, или грунт технический с включениями трудноразлагаемых и неразлагаемых инертных фракций).

Для изучения состава, свойств и состояния техногенных образований объектов захоронения ТБО кафедрой охраны окружающей среды Пермского государственного технического университета были проведены натурные исследования старых карт (20–25 лет) складирования действующей городской свалки ТБО г. Перми «Софроны», а также закрытой городской свалки ТБО г. Перми «Голый Мыс», которые эксплуатировались более 30 лет; на данных полигонах прием отходов на захоронение был прекращен с 1982 года. Исследования включали рекогносцировочное обследование свалки и прилегающей к ней территории, отбор и лабораторное исследование проб свалочного грунта, математическую обработку результатов. На этих объектах мощность отходов достигает 5 м.

Свалочные грунты характеризуются как рыхлые, местами слежавшиеся. В отобранных пробах разложившихся свалочных напластований выделены фракции крупных инертных включений, представленные неразложившимися компонентами ТБО (стекло, древесина, пластмасса, резина, металл и т.п.), и ор- гано-минерального заполнителя.

Важным фактором, влияющим на формирование свалочного грунта обследованных объектов, является процесс горения. Периодическое горение наблюдалось на всех рассматриваемых объектах [22–23]. В первую очередь выгорают бумага, садово-парковые отходы, текстиль и другие углеродсодержащие ком-

188

поненты. В результате на отдельных участках установлена высокая степень озоления и минерализации свалочной толщи. Происходит образование твердой минеральной структуры с высокой пористостью, содержащей крупные инертные включения.

На этих объектах было проведено исследование физико-механических свойств свалочного грунта – влажности, плотности, пористости, гранулометрического состава. Результат исследования состава и физико-механических свойства свалочного грунта представлены в табл. 4.2 и 4.3.

Таблица 4. 2

Состав свалочного грунта старых карт (20–25 лет) складирования действующей свалки ТБО «Софроны», г. Пермь

Таблица 4. 3

Свойства свалочного грунта старых карт (20–25 лет) складирования городской свалки «Софроны», г. Пермь

Как видно из табл. 4.2 и 4.3, свалочные новообразования полигона характеризуются высокой пористосью 65–70 %, на глубине 8–10 м соответствует категории «весьма влажные, насыщенные грунты». Влажность свалочного мате-

189

риала близка к влажности минеральных грунтов. Коэффициент фильтрации значительно снижается с глубиной (односторонняя фильтрация).

Высокое водонасыщение нижнего горизонта типично для техногенного грунта и свидетельствует о наличии в теле полигона фильтрационных вод.

По величине коэффициента фильтрации (Kф) свалочный грунт является водопроницаемым в верхних слоях и слабоводопроницаемым в нижних:

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 [24].

Анализ полученных данных позволил получить полиномиальную зависимость коэффициента фильтрации грунтов, коэффициента пористости грунтов, плотности сухого грунта (скелета) от глубины их залегания (рис. 4.2, 4.3). Из построенных графиков видно, что характеристики свалочного грунта с глубиной изменяются, что можно объяснить различием в морфологическом составе каждого слоя складируемых отходов.

Следствием высокой пористости грунтов является их высокая сжимаемость, полученная при компрессионных испытаниях (рис. 4.4, 4.5). Такие деформации присущи грунтам, не обладающим структурной прочностью.

Рис. 4.2. Зависимость коэффициента фильтрации свалочного грунта от глубины залегания

190