Управление отходами. Полигонные технологии захоронения твердых бытов

Затраты на захоронение отходов подразделяют на две части:

–капитальные затраты;

–эксплуатационные затраты.

Поскольку полигон состоит из двух основных частей (технологической и хозяйственной зоны), капитальные затраты можно разделить на две составляющие:

–затраты прямо пропорциональные площади участка складирования;

–затраты, не зависящие от площади участка складирования.

Тогда

где S – площадь участка складирования; a, b, c – коэффициенты; a – капитальные и эксплуатационные затраты, не зависящие от емкости полигона и площади участка складирования; b – капитальные и эксплуатационные затраты на единицу площади участка складирования; c – капитальные и эксплуатационные затраты на единицу отходов.

Поскольку нормативные документы по проектированию полигонов [10, 12, 13] рекомендуют сооружать тело полигона в виде усеченной пирамиды с квадратным основанием и наклоном боковых откосов 1 4 , то можно определить зависимость

емкости тела полигона от площади участка складирования. Существует ограничение: на вершине пирамиды должна быть площадка площадью не меньше Sверх (м2) для возможности движения техники.

Объем пирамиды равен 1 Sh , где h – высота. Если известно, что наклон

3

Емкость полигона пропорциональна объему участка складирования:

V = q Vу.склад ,

где q – коэффициент, учитывающий плотность отходов на полигоне, пересыпку изоляционными слоями и окончательное покрытие.

Тогда зависимость площади участка складирования от емкости полигона может быть представлена в виде

51

Данная функция является технико-экономической моделью полигона. Для использования данной модели необходимо определить численные

значения констант и коэффициентов:

• Sверх – определяется на основе нормативной документации по проектированию полигонов;

• q – зависит от плотности отходов на полигоне, технологии пересыпки и т.п. Определяется на основе технических показателей полигонов;

• a, b, c – экономические коэффициенты. Они сильно зависят от конструкции полигона, используемых на полигоне технологий, оборудования и сооружений.

Для определения коэффициентов модели полигона захоронения отходов была использована проектная документация по полигонам городов Березники, Чайковский, Краснокамск Пермской области. В табл. 1.6 и 1.7 приведены экономические и технические показатели полигонов.

52

На основе этих данных были определены коэффициенты:

Sверх = 600 м2. q = 0,7535.

a= 24748,49821 (тыс. руб. · тонну).

b= 0,965852518 (тыс. руб. · тонну1/3).

c= 0,16049 (тыс. руб.).

На основе разработанной модели был выполнен расчет оптимальной схемы размещения объектов захоронения отходов потребления на территории Пермской области (рис. 1.13). На рис. 1.14 представлены экономические показатели вариантов расчета. Результаты расчетов оптимальной схемы размещения полигонов на территории Пермского края представлены в табл. 1.8.

Рис. 1.12. Зависимость удельных затрат на захоронение от емкости полигона

Таблица 1. 8

Результаты расчетов оптимальной схемы размещения полигонов на территории Пермского края

Рис. 1.13. Схема зон обслуживания полигонов захоронения ТБО

54

Рис. 1.14. Экономические показатели вариантов расчета

Для схемы, при которой каждый населенный пункт имеет собственный полигон (вариант 1), определены следующие удельные показатели: капитальные затраты на сооружение полигонов – 2594 млн рублей, средние удельные затраты на захоронение – 343,91 руб./т.

Решение задачи оптимизации дает следующие результаты. Оптимальная региональная схема объектов захоронения отходов (вариант 2) включает 4 объекта – полигоны в городах Пермь, емкостью 9761 тыс. т.; Чусовой – 1164 тыс. т.; Березники – 2628 тыс. т.; Чайковский – 593 тыс. т. Суммарные капитальные затраты на сооружение полигонов составляют 903 млн рублей. Средние удельные затраты на захоронение – 224,33 рублей на тонну. Средние удельные затраты на транспортировку – 33,43 рублей на тонну. Средние удельные затраты на транспортировку и захоронение – 257,76 рублей на тонну.

Реализация региональной схемы размещения объектов захоронения отходов потребления позволяет получить экономический эффект по капитальным затратам 1691 млн рублей (65 %), по удельным затратам на обезвреживание одной тонны отходов – 86,15 рублей (25 %), по территории на строительство полигонов –

83,6 га (50 %).

1.5. Концепция многобарьернойзащиты для снижения эмиссии загрязняющих веществ от полигона вокружающую среду

Основная задача при проектировании и эксплуатации полигонов ТБО как инженерных сооружений, предназначенных и специально оборудованных для хранения, приема и консервации отходов, заключается в изоляции ТБО и продуктов их разложения от окружающей среды.

55

Для обеспечения безопасного захоронения ТБО в окружающей среде необходимо предусматривать проведение специальных мероприятий и применение защитных средств, называемых барьерами. Многобарьерная защита предусматривает использование комплекса организационно-технических мероприятий, направленных на снижение эмиссии загрязняющих веществ от полигона

вокружающую среду (рис. 1.15).

Ворганизации полигонов захоронения можно выделить три основные группы барьеров, обеспечивающих минимальные эмиссии загрязняющих веществ

вокружающую среду.

1.5.1. Качество отходов, поступающих на захоронение

Управление потоками отходов на предшествующих стадиях их движения определяет количество и качество отходов, поступающих на захоронение, что, в свою очередь, влияет на характер протекания процессов в теле полигона и его эмиссию в окружающую среду.

Процесс управления заключается в том, чтобы контролировать не то, что попадает из полигона в окружающую среду (эмиссия вредных веществ), а то, что попадает на полигон. При анализе качества отходов, складируемых на полигоне, должны быть учтены следующие факторы:

–для определения потенциальной опасности ТБО с точки зрения воздействия на окружающую среду должна быть разработана система идентификации опасных отходов;

–на полигоне должен проводиться контроль поступления потока отходов

сцелью выявления и недопущения к захоронению высокоопасных отходов;

–при необходимости захоронения опасных отходов на полигонах ТБО могут быть использованы методы предварительной обработки;

–при организации раздельного сбора отдельных компонентов ТБО их захоронение может производиться на отдельных полигонах, к которым будут предъявляться требования, соответствующие потенциальной опасности данного вида отходов.

В основу оценки качества (состав и свойства) складируемых отходов могут быть положены следующие утверждения:

–отходы, складируемые на полигоне, являются источником воздействия на окружающую среду;

–интенсивность воздействия, при одинаковом количестве отходов, определяется потенциальной опасностью (качеством) отходов;

–при захоронении нейтральных отходов в любом месте и при любых условиях не происходит вредного воздействия на окружающую среду, поэтому такие отходы могут быть размещены без предосторожностей;

56

57

– любые (по свойствам) отходы могут быть размещены в окружающей среде без предосторожностей, если есть возможность изменить их качество таким образом, что они станут нейтральными и никакие их компоненты не будут выделяться в окружающую среду (в виде пыли, газа или фильтрата).

Определение потенциальной опасности отходов осуществляется для идентификации и исключения складирования высокоопасных отходов на полигонах совместно с ТБО. При необходимости захоронения опасных отходов на полигонах ТБО должны использоваться методы предварительной обработки для снижения опасности.

Идентификация высокоопасных отходов осуществляется по следующим критериям: токсичность; воспламеняемость; реакционная способность; сани- тарно-эпидемиологическая опасность.

Для снижения потенциальной опасности отходов могут применяться следующие методы предварительной обработки [14–16]: механико-биологическая переработка (в том числе компостирование); термическая переработка; физикомеханические методы (уплотнение, отверждение); сортировка с выделением различных фракций. Каждый из этих методов по отношению к последующему захоронению остатков является подготовкой сырья. Проведенный анализ литературных источников позволил нам оценить влияние каждого метода переработки ТБО на процесс захоронения неутилизированных остатков. Основные технологии подготовки отходов к захоронению представлены нами в виде сравнительной шкалы, демонстрирующей эффективность рассматриваемого процесса с точки зрения эмиссии загрязняющих веществ от полигона, принявшего на захоронение неутилизированные отходы этого процесса (рис. 1.16).

Рис. 1.16. Экологическая шкала влияния технологий подготовки отходов на эмиссию полигона

1.5.2.Естественная защита

Кмероприятиям по естественной защите окружающей среды от сверхнормативного воздействия объекта захоронения относится выбор площадки для размещения полигона на основании соответствия критериям минимизации по-

58

стоянного вредного воздействия полигона на объекты окружающей среды и потенциального аварийного экологического воздействия.

Снижение экологического риска путем использования элементов естественной защиты площадки полигона предполагается обеспечить соблюдением следующих принципов:

–выбор площадки должен быть осуществлен таким образом, чтобы при любом вредном воздействии его последствия были минимальными; оценка экологического риска при этом основывается на обобщении и анализе всех характеристик предполагаемой площадки;

–поскольку система противофильтрационной защиты не вечна, то необходимо рассмотреть естественные факторы самоочищения от загрязнений, которые должны впоследствии заменить искусственные мероприятия, а также выполнить прогноз качественного состояния подземных вод в такой ситуации.

Процедура выбора площадки относится к инвестиционному этапу жизненного цикла полигона и включает стадии: организация процедуры выбора площадки; поиск вариантов размещения площадки и их анализ; выбор оптимального варианта площадки; проведение инженерно-экологических изысканий; разработка предпроектной документации; экспертиза и согласование предпроектной документации; принятие решения о выборе площадки.

Выбор места размещения полигона осуществляется по санитарно-экологи- ческим, социально-экономическим, градостроительным, ландшафтно-топографи- ческим, геологическим, гидрологическим, гидрогеологическим, климатогеографическим и др. критериям.

Большое количество граничных условий, накладывающих ограничения на размещение объектов захоронения отходов, увеличивает вероятность появления ошибок при проведении этого этапа создания полигона. Для решения многофакторной задачи определения географического места размещения объекта, удовлетворяющего ряду граничных условий, а затем выбора оптимального варианта по широкому спектру критериев разработаны алгоритм и процедура выбора места размещения полигона методом «наложения карт» (метод калек)

сиспользованием геоинформационных технологий.

Обоснование принимаемого решения по выбору площадки осуществляется с учетом действующей нормативной базы на всех стадиях жизненного цикла объекта, оценки потенциального влияния объекта на окружающую среду, общественного мнения и процедуры согласования и экспертизы. Обоснование осуществляется для ограниченного числа площадок с выпором из их числа одной. Оценка воздействия на окружающую среду осуществляется с учетом максимального количества факторов, включая весь комплекс природоохранных мероприятий, инженерные барьеры и т.п. Анализ площадок и их оценка на предварительных этапах обычно выполняются по принципу «как есть», без учета

59

возможных инженерных сооружений. В случаях несоответствия выбранной площадки нормативным требованиям предусматривается комплекс инженерных сооружений, реализация которого обеспечит соответствие площадки нормативным требованиям.

Подробная информация о процедуре выбора площадки под объект захоронения представлена в главе 2.

1.5.3. Искусственная защита

Искусственная защита включает организацию инженерно-технических сооружений для сокращения эмиссии полигона (методы аэробной стабилизации) или предотвращения попадания загрязняющих веществ в окружающую среду (система сбора, отвода и очистки фильтрата; системы дегазации и утилизации биогаза, окончательное покрытие и.т.д).

Выбор технологии складирования и технического оформления процесса должен осуществляться в каждом конкретном случае в соответствии с качеством поступающих на полигон отходов и основными характеристиками площадки расположения полигона.

Организация технологического оформления процесса захоронения отходов должна осуществляться таким образом, чтобы в период контролируемого функционирования полигона происходила как можно более полная деструкция ТБО, снижающая потенциал их опасности.

Массив складированных отходов, составляющий тело полигона, представляет собой непрерывно действующий биологический реактор, в котором субстрат (ТБО) находится на разных стадиях биодеградации.

Существуют различные методы оценки степени биодеструкции ТБО. Наиболее информативным считается метод оценки, основанный на различиях в скоростях разложения целлюлозы и лигнина. В непереработанных ТБО отношение содержания целлюлозы к лигнину составляет около 4,0; в активно перерабатываемых – 0,9–1,2 и в полностью стабилизированных – 0,2 [1, 17, 18].

Температура может также служить показателем состояния полигона. Увеличение температуры повышает скорость протекания процессов деструкции органических веществ. При этом снижается растворимость кислорода, являющегося лимитирующим фактором. Исчерпание молекулярного кислорода приводит к снижению тепловыделения и накоплению углекислоты. Это, в свою очередь, стимулирует развитие в микробной ассоциации сначала факультативных, а затем облигатных анаэробов.

Анализ процессов, протекающих на разных этапах жизненного цикла в теле полигона, позволил установить основные факторы, влияющие на характер и интенсивность процессов и сопутствующих им эмиссий. Основными внутренними факторами являются: содержание органического углерода (Сорг); сот-

60