Управление отходами. Полигонные технологии захоронения твердых бытов

дированных ТБО не меняется. Допускаем, что для заскладированных ТБО выполняются соотношения:

V ТБО = VнБР + const ,

(4.15)

mТБО = mБР + const;

2) плотность материалов принимается разной: для разлагаемой компоненты она равна начальной плотности заскладированных ТБО ρн , для статичной компоненты – достигаемой конечной плотности рабочего тела, ρк ;

3) для удобства рассмотрения принимается, что изменение разлагающейся компоненты происходит в две ступени:

–1-я ступень – изменяется масса при постоянной начальной плотности

идостигается промежуточное состояние рабочего тела полигона VпрРТП , т.е.

14424443

const

221

Для конечного состояния массы заскладированных ТБО справедливо:

где β – коэффициент, характеризующий степень произошедшего уплотнения, β= ρк ρн ; γ – коэффициент изменения объема РТП.

При существующей технологии складирования начальная плотность заскладированных отходов достигает значений ρ н = 600…1000 кг/м3. Проведенные исследования свалочного грунта позволили определить диапазон изменения конечной плотности свалочного грунта ρ к = 1290…1920 кг/м3. Таким образом, пределы изменения коэффициента уплотнениянаходятся в диапазоне β = 1,3…3,2.

222

Из всего вышеизложенного для коэффициент изменения объема РТП γ получили соотношение

меньше его значение, тем большая часть массы потеряна); степень уплотнения 1 ≤ β ≤ 3,2 (из натурных исследований).

Рассмотрим соответствие полученных формул (4.24) и (4.25) действительности при граничных значениях γ :

1. γ = 0, т.е. не происходит никаких изменений с РТП. Исходя из формулы (5.16) это возможно при:

– φБР = 0 – процессы разложения отсутствуют либо нет биоразлагаемых составляющих;

– β = α , исходя из областей допустимых значений это возможно в единственном случае, при α = 1 (уменьшения массы ТБО не происходит), β = 1 (процессы уплотнения отсутствуют). Данное возможно, если заскладированы стабилизированные отходы с уплотнением, позволяющим достигать значения плотности, близкого к плотности суглинков, глин.

Таким образом, получили подтверждение очевидного: объем рабочего тела полигона не изменяется при складировании стабилизированных и инертных отходов с плотностью, близкой к плотности естественных грунтов.

2. γ = 1, гипотетический вариант потери всего объема РТП (что не возмож-

так как массовая доля биоразлагаемой составляющей отходов находится в пределах: 0 ≤ φБР≤ 1 .

223

2. При α ≠ β для массовой доли биоразлагаемых ТБО должно выполняться 1 ≤ φБР , т.е. остается только вариант когда φБР = 1 , но это возможно если α = 0, что невозможно, так как область допустимых значений для коэффициента уменьшения массы: 0 < α ≤ 1.

Таким образом, γ ≠ 1, даже гипотетически, без дополнительного воздействия– экскавации иполного вывоза РТП дляперезахоронения надругой площадке.

Достаточным условием возможности повторного использования площадки является следующее: объем рабочего тела старой свалки не превышает объема

грунта, требуемого для изоляции вновь складируемого объема отходов V2ТБО .

Значения 0 < χ ≤ 1, т.е. объем ТБО, поступающий на захоронение, меньше или равен предыдущему; это возможно при внедрении организационно-техничес- ких мероприятий (например, при внедрении раздельного сбора в местах образования или переработки ТБО). Вариант χ = 0 – идеальный вариант, когда все ТБО перерабатываются и используются и на захоронение не направляются.

Сучетомформул(4.12), (4.13) и(4.29) условие достаточности принимает вид

Данное условие выполняется при любых χ , если выполняется условие γ = 1, что возможно только при дополнительном вмешательстве – при полном разборе РТП (сортировка, переработка и использование или вывоз РТП).

Рассмотрим поведение полученной зависимости при γ = 0, т.е. убывания объема не происходит. В этом случае условие достаточности принимает вид

Гипотетически существует такая возможность, если высота складирования увеличивается, т.е. K1 > K2. Рассмотрим простой случай, когда не происходит

224

наращивания объемов ТБО, т.е. χ =1, при V1ТБО = V2ТБО , условие достаточности (см. формулу (4.31)) примет вид

1 < K < 2, то неравенство (4.32) не выполняется при любых практикуемых параметрах РТП, следовательно, даже гипотетически, повторное использование площадки при χ ≥ 1 без применения дополнительных организационно-техни- ческих мероприятий невозможно.

Рассмотрим случай 0 < χ < 1, при этом должно выполняться условие

Левая часть неравенства выполняется всегда. Правая часть неравенства не выполняется для существующего ряда значений K.

Таким образом, наблюдается следующее: повторный цикл эксплуатации площадки без применения технологий разбора и переработки РТП, если не происходит уменьшение объема, невозможен.

Рассмотрим случай, когда 0 < γ < 1, в этом случае должно выполняться условие (вытекающее из формулы (4.30))

На сегодняшний день в практике проектирования полигонов в зависимости от высоты складирования ТБО (Н) используются следующие значения коэффициента K, учитывающего объем изолирующих слоев [41] (табл. 4.19).

Таблица 4 .19 Значение коэффициента K2, учитывающего объем изолирующих слоев

Поскольку правая часть при любых значениях K больше нуля, это означает, что есть возможность осуществления повторного цикла эксплуатации, при-

225

чем чем больше значения γ (возможные пути увеличения γ – усиление процессов разложения, например аэрация, увлажнение), тем это вероятнее. Таким образом, проведенный математический анализ позволяет сделать вывод о том, что рекуперация площадок захоронения ТБО возможна.

4.4.2. Схема освоения площадки

Анализ модели изменения геометрического объема РТП показал возможность многократного использования площадки РТП. Целесообразность многократного использования в каждом конкретном случае зависит от вполне конкретных исходных условий: численности населения, состава и свойств ТБО данного города или региона, потребности во вторичном сырье или компостном материале, климатических условий и многих других факторов. Рассмотрим на абстрактном примере возможность рекуперации площадки полигона захоронения ТБО, при этом будем исходить из следующих основных положений:

1.Известно, что с течением времени складируемые ТБО трансформируются в грунт, который по физико-механическим свойствам приближается к естественным дисперсным грунтам со свойствами, близкими к насыпным урбаноземам типа суглинков и глин, которые не представляют опасности в санитарномикробиологическом отношении и могут быть охарактеризованы как смесь технического грунта и балластных фракций.

2.Повторная эксплуатация площадки захоронения возможна, причем если: а) объем старого рабочего тела полигона меньше потребностей в изолирующем

почвогрунтов для изоляции; б) объем старого рабочего тела полигона больше потребностей в изолирующем грунте для вновь складируемых отходов, то потребуется вывоз излишков технических почвогрунтов.

Процессы преобразования в свалочном грунте активно протекают 20–25 лет, поэтому целесообразно площадку складирования отходов (площадку размещения РТП) изначально разбить на очереди освоения– каждая на 5 лет эксплуатации, всего 5 очередей. Тогда при эксплуатации 5-й очереди возможно использование техническогогрунта, получаемогосплощадки1-йочереди. Примермногократногоосвоения площадкизахоронениясхематичнопредставленнарис. 4.11.

Исходные данные

Гипотетический полигон рассчитывается на прием и захоронение твердых бытовых и приравненных к ним отходов (ТБО), образующихся в г. N-ске, в котором проживает 1 млн жителей. Морфологический состав ТБО принимается по справочным данным и данным исследований состава ТБО г. Перми (табл. 4.20).

226

Рис. 4.11. Схема рециркуляции площадки захоронения ТБО

Таблица 4 .20

Состав складируемых ТБО

В качестве исходных данных по нормам образования и количеству образующихся отходов приняты следующие справочные данные:

–для средней полосы России удельная норма накопления ТБО на одного человека составляет 1,53 м3/год, или 0,29 т/год (для упрощенного расчета принимается норма накопления ТБО 1,0 м3/год, для г. Перми – 1,3 м3/год);

–объемный вес ТБО в местах сбора 0,2 т/м3;

227

– средний рост норм накопления по объему – 0,9 % в год, т.е. С1 = 1,009 (для упрощенного расчета принимается С1 = 1).

Площадь очереди захоронения определяется по формуле пирамиды

S = 3V РТП H .

Рассматриваются следующие варианты освоения земельного участка: Вариант I (упрощенная схема). Проектируется новый объект захоро-

нения с условием использования технологии рекуперации площадки захоронения. Изначально предполагается, что: предельная высота складирования ТБО Н = 40 м; плотность отходов при складировании ρн = 1,0 т/м3 (предель-

ное из технических возможностей); норма накопления ТБО на одного человека составляет 1,0 м3/год; С1 = 1.

Вариант II. Проектируется новый объект захоронения с условием использования технологии рециркуляции площадки захоронения. В этом случае изначально предполагается, что: предельная высота складирования ТБО Н = 40 м; плотность отходов при складировании ρн = 1,0 т/м3; норма накопления ТБО на

одного человека составляет 1,53 м3/год; С1 = 1,009.

Вариант III. Старый полигон со сроком эксплуатации 20–25 лет (аналог старых карт действующей свалки «Софроны» г. Перми) подлежит закрытию. Реконструкции объекта с использованием технологии рекуперации. В этом случае: высота складирования ТБО Н0 = 16 м, при повторном возможно наращивание до 40 м; отходы складировались плотностью ρн = 0,6…0,8 т/м3, при повтор-

ном складировании достигается предельное значение ρн = 1,0 т/м3; норма нако-

пления ТБО на одного человека составляет 1,53 м3/год; С1 = 1,009; площадь участка захоронения – 30 га, имеется свободная площадь в 20 га. Всего площадь под складирование 50 га.

Определим, на сколько изменился или изменится объем РТП к моменту повторного освоения. Исходя из справочных данных по составу отходов φБР = 0,74. Потеря массы ТБО при биокомпостировании по справочным данным

составляет 10 % [2], т.е. α = 0,9. Изначальная плотность складирования на старых полигонах была не более ρн = 0,6 т/м3. Проведенный расчет (табл. 4.21) по-

казал, что объем старых объектов (карт) захоронения ТБО (20–25 лет и более) уменьшился от 43 до 53 %.

Если воспользоваться формулами табл. 4.17 и провести соответствующие расчеты, то α= 0,63 – для карт 25-летнего складирования и α= 0,56 – для закрытого 20 лет назад объекта (карт складирования 40-летнего возраста). В этом случае, как показывает проведенный расчет (табл. 4.22), объем уменьшится на45 % для старых карт захоронения 25 лет ина 61 % – для карт складирования не менее 40 лет.

Исходя из принятых для гипотетического полигона данных по составу отходов (для средней климатической зоны) φБР = 0,803 (см. табл. 4.20).

228

Таблица 4 .21

Расчет убывания объема старых захоронений ТБО на примере объектов захоронения г. Перми

Таблица 4 .22

Расчет убывания объема старых захоронений ТБО на примере объектов захоронения г. Перми

Таблица 4 .23

Прогноз убывания объема РТП для гипотетического полигона

Насегодняшнийдень, какправило, отходыскладируютсяприρ н = 0,8…1,0 т/м3. Прогнозируемое уменьшение объема в течение 25 лет складирования в среднем составит 41 % (табл. 4.23).

Таким образом, через 25 лет складирования емкость РТП может составлять 60 % от запроектированной. Исходя из вышеизложенного, принимаются следующие коэффициенты убывания объема γ : по варианту I – γ = 0,42; по варианту II – γ = 0,42; по варианту III – γ = 0,49 и 0,42. Проведенные для выбранных исходных данных расчеты [28–30, 51, 55] (рис. 4.12, табл. 4.24, 4.25) позволили установить, что: – по варианту I возможно проведение не менее пяти циклов складирования, по варианту II – 4 цикла, по варианту III – 3 цикла.

229

230