Управление отходами. Полигонные технологии захоронения твердых бытов

ношение целлюлоза/лигнин (Ц/Л); влажность (W) и температура массива отходов (Т). Управление этими факторами позволяет в определенных пределах регулировать процессы, протекающие в теле полигона, влиять на интенсивность

исостав эмиссии. Внутренние параметры полигона находятся под влиянием внешних факторов.

Факторами внешнего воздействия являются качественный состав и свойства отходов, поступающих на захоронение, их физические характеристики (плотность, влажность и др.), климатические параметры (температура, альбедо снега, влажность атмосферного воздуха, солнечная радиация, слой твердых

ижидких атмосферных осадков и др.) и гидрологические (поступление поверхностных вод (ПС), подтопление грунтовыми водами) показатели (рис. 1.17).

Рис. 1.17. Факторывоздействия, параметры состояния иконструкционно-технологические параметры управления процессами втелеполигонатвердых бытовыхотходов

На основе анализа связей между внутренними параметрами полигона и факторами внешнего воздействия нами определены конструкционно-техно- логические параметры управления процессами в массиве отходов. К таким параметрам относятся площадь верхней горизонтальной части полигона (Sв), угол откоса (α ), высота массива отходов (Н), гидравлическая проводимость (q) и модуль стока (i) для изолирующего покрытия (qи, iи соответственно), степень уплотнения отходов (Kу), содержание органического углерода (Сорг), количество рециркулируемого фильтрата (РУ).

Качественная оценка влияния конструкционно-технологических параметров полигона на его внутренние процессы позволила установить зависимость

Требования к указанным конструкционно-технологическим параметрам полигона разработаны нами в нормативно-технической документации по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов захоронения ТБО [10, 12, 19].

Среди множества факторов, влияющих на эмиссию загрязняющих веществ от полигона в окружающую среду, можно выделить группу, направленную на ограничение входящих в тело полигона водных потоков. Кроме того, принцип снижения эмиссии требует минимизации исходящих из тела полигона потоков, в том числе водных. Реализация этих положений может быть обеспечена путем гидравлической изоляции тела полигона. Задача разработки мероприятий по гидравлической изоляции полигона в организационно-методическом аспекте требует разработки системы управления водным балансом полигона, а в техническом аспекте – устройства систем изоляции поверхности полигона и противофильтрационной защиты его основания.

Объекты размещения отходов являются потенциальными источниками вторичного загрязнения окружающей среды. Основными факторами загрязнения являются эмиссии загрязняющих веществ в атмосферный воздух и объекты гидросферы. Наибольшую потенциальную опасность представляет воздействие на объекты гидросферы. Схема формирования стоков на полигоне захоронения ТБО представлена на рис. 1.18.

Эффективное управление эмиссией полигона обеспечивается постоянным взаимодействием двух факторов: прогноза возможного воздействия и оперативного контроля над реальным уровнем воздействий. Сочетание функций контроля и прогноза состояния объекта с целью его управления позволяет создать систему мониторинга полигона, являющуюся неотъемлемым элементом подсистемы ин- формационно-аналитического обеспечения системы управления отходами.

В связи с тем что загрязняющее влияние полигона на объекты гидросферы (по набору и концентрациям загрязняющих веществ, расходу сбрасываемых сточных вод) существенно различно в зависимости от этапа жизненного цикла полигона, структура основных звеньев мониторинга и их методическое и техническое обеспечение должны быть адекватны изменениям объекта мониторинга.

Методические подходы к организации мониторинга полигонов захоронения ТБО, принятые в нашей стране, основаны на принципах создания измерительной сети и проведения анализа отобранных проб для получения текущей информации о фоновом качестве воды объектов гидросферы и в зоне возможного влияния полигонов по комплексу регламентируемых показателей химического, бактериологического и гельминтологического загрязнения. В случаях обнаружения загрязнения (превышение ПДК) предлагается принимать меры по ограничению поступления загрязнений в грунтовые воды до уровня ПДК. Практика свидетельствует, что при запаздывающем характере получения результатов такого контроля трудно обеспечить в реальном времени снижение загрязнения водных объектов до нормативных уровней.

62

63

Разработанные научно-методические основы по снижению эмиссии загрязняющих веществ полигонов захоронения ТБО позволили сформулировать требования к организационно-техническим мероприятиям по захоронению ТБО:

♦управление эмиссией полигона путем снижения доли активного углерода

вотходах, их стабилизации перед захоронением методами раздельного сбора, сортировки, термической или биологической обработки;

♦исключение захоронения нестабильных, токсикологически и санитарноэпидемиологически опасных отходов, ингибиторов биохимических процессов и катализаторов опасных свойств;

♦выбор безопасного района размещения площадки проектируемого полигона по санитарным, экологическим, градостроительным, геологическим, гидрогеологическим, гидрологическим, ландшафтным и другим критериям;

♦организация противофильтрационной защиты основания полигона путем использования естественного геологического барьера, его сорбционных и водоупорных свойств, устройства искусственного противофильтрационного экрана, системы сбора и дренажа фильтрата;

♦обеспечение минимального гидравлического градиента в основании полигона путем гидравлической разгрузки экрана, управление водным балансом полигона;

♦минимизация поверхности водосбора складируемых отходов, организация поверхностного стока осадков и создание изолирующего покрытия на отработанных участках;

♦организация систем отведения и очистки фильтрата до нормативных показателей;

♦осуществление сбора и утилизации биогаза;

♦управление потоками отходов на полигоне, организация входного контроля отходов и адресного учета их размещения в теле полигона;

♦выполнение полного комплекса проектно-изыскательских, строительномонтажных и технологических работ по технической и биологической рекультивации полигонов, их постэксплуатационному обслуживанию;

♦организация экологического и технологического мониторинга при создании, эксплуатации полигона и в постэксплуатационный период.

1.6. Ресурсосберегающее захоронение ТБО

За последние десятилетия в развитых странах стратегия в области управления отходами подверглась существенным изменениям. Главными причинами таких изменений явились увеличение объемов образующихся отходов, их негативное влияние на окружающую среду, а также изменения в экологической политике и законодательстве.

64

Современная политика в сфере управления отходами главным образом ориентирована на снижение количества образующихся отходов и на развитие методов их максимального использования. При такой постановке задачи весь поток образующихся ТБО на захоронение направлять нельзя, поскольку подобная схема приводит к потере вторичных ресурсов. Кроме того, наличие в захораниваемых ТБО большого количества разнородных компонентов обусловливает негативное воздействие полигонов на окружающую среду. Продукты разложения ТБО содержат широкий спектр опасных органических соединений, тяжелых металлов. Таким образом, важнейшим элементом современной системы управления отходами является сортировка с целью максимального извлечения опасных компонентов, а также всех ценных утильных фракций ТБО и их возврат в товарооборот.

Анализ опыта внедрения систем управления отходами, направленных на максимальное использование вторичных ресурсов, позволяет выделить ряд слабых мест, препятствующих построению эффективной системы. Системный подход к управлению отходами требует рассматривать полигон как неотъемлемую часть системы движения отходов, направленную на минимизацию захоронения отходов и их неутилизируемых остатков. Традиционно полигон (а до этого свалки) считались объектами окончательного и безвозвратного размещения отходов. Обычно процессы, происходящие в массиве отходов, ведут не только к образованию эмиссий, но и к деструкции и синтезу органических веществ, содержащихся в отходах. С этой точки зрения рассмотрение полигона захоронения ТБО как биореактора приобретает иной смысл. В результате функционирования такого биореактора складированные ТБО подвергаются переработке с образованием конечного продукта, представляющего собой смесь инертных фракций и продуктов разложения отходов. Проведенные исследования показывают, что в массиве полигона ТБО после завершения процессов активного биоразложения кроме инертных (камень, стекло) и медленноразлагаемых (металлы, пластики) остаются продукты биоразложения органических фракций ТБО. Эти продукты биоразложения по совокупности физических, химических, биологических и санитарных свойств близки к дерново-подзолистым почвам и могут быть названы почвогрунтами. Таким образом, ресурсосберегающая концепция захоронения ТБО может быть реализована по двум направлениям:

1. Рекуперация участков захоронения путем покартового складирования отходов, выдерживания отходов на картах до завершения процессов активного биоразложения, разборка (сортировка) свалочного тела на вторичное сырье (пленка, пластик, металл, стекло), инертные фракции (стекло, камень), энергетические и опасные компоненты и почвогрунты. Каждый из потоков может быть использован по назначению. Часть почвогрунта может быть использова-

65

на для промежуточной изоляции и рекультивации отходов, поступающих на заполняемые карты. Реализация такого подхода позволяет извлекать ресурсы, накопленные на полигонах захоронения, возвращать площадки, занятые отходами, в многократное использование. При этом перед новым циклом использования карта может быть приведена в соответствие с действующими на тот период техническими и экологическими нормативами. Рекуперация площадок исключает из практики такую социальную и экологически сложную процедуру, как выбор новых площадок для размещения полигонов.

2. Второе направление ресурсосберегающей концепции захоронения ТБО базируется на тех же положениях, что и предыдущее. Отличие заключается в том, что работа полигона-биореактора заканчивается получением целевого продукта – почвогрунта – и вспомогательных продуктов – инертных и горючих фракций. Таким образом, фактически можно исключить такой этап обращения с отходами, как вечное захоронение, заменив его переработкой. Процесс переработки длится 20–25 лет. О завершении процесса можно судить по эмиссии биогаза. Завершение активного метаногенеза говорит о завершении процесса «переработки» отходов. Реактор может быть «разгружен», т.е. содержимое тела полигона может быть извлечено и использовано.

Оценивая экономические, технические и социальные аспекты, определяющие возможность реализации ресурсосберегающей концепции захоронения неутилизируемых остатков ТБО, а также накопленный зарубежный и отечественный опыт управления движением отходов, можно сделать вывод о том, что реализация предложенной концепции позволяет сформировать новые подходы к системе технологических, проектных и природоохранных норм по процедурам завершения жизненного цикла ТБО, исключить захоронение из жизненного цикла ТБО, перейти к бесполигонным технологиям.

66

Список литературы

1.Вайсман Я.И., Коротаев В.Н., Петров В.Ю. Управление отходами. Захоронение твердых бытовых отходов: учеб. пособие / Перм. гос. техн. ун-т. –

Пермь, 2001. – 133 с.

2.Rees J.F. The fate of carbon compounds in the landfill disposal of organik matter // Journ. of Chemical Technology and Biotechnology. – 1980. – Vol. 30.

3.Buivid M.G. Laboratory Simulation of fuel gas production enhancement from municipal Solid Waste landfills / Dynatech R and D Co. – Cambrige, MA, 1980.

4.Вайсман Я.И. Глушанкова И.С. Условия образования и очистка фильтрационных вод полигонов захоронения твердых бытовых отходов / Перм. гос.

техн. ун-т. – Пермь, 2003. – 168 с.

5.Физико-химические методы защиты биосферы. Очистка фильтрационных вод полигонов захоронения твердых бытовых отходов: учеб. пособие / Я.И. Вайсман [и др.]; Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2005. – 197 с.

6.Таубе П.Р., Баринова А.Г. Химия и микробиология воды. – М., 1983, 1970.

7.Solid Wastes. Origin, collection, processing and disposal / Ed. by C.L. Mantell. – N.Y., 1975.

8.Санитарная очистка и уборка населенных мест: справочник / А.Н. Мирный [и др.]; под редакцией А.Н. Мирного. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1990. – 413 с.

9.Руководство по коммунальной гигиене. – М., 1962. – Т. 2.

10.Экологические требования к выбору площадок, проектированию, сооружению, эксплуатации и рекультивации полигонов захоронения твердых бытовых отходов (ТБО) для населенных пунктов численностью до 50 тыс. жителей Пермской области. – Пермь, 1999.

11.Твердые бытовые отходы: проблемы и решения / А. Макаров [и др.] // Экология и промышленность России. – 2000. – № 9. – С. 44.

12.Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов. – М., 1998.

13.Территориальные строительные нормы. Проектирование, строительство и рекультивация полигонов твердых бытовых отходов в Московской об-

ласти. – М., 2001.

14.Ljunggren M. A systems engineering approach to national solid waste management // Chalmers University of Technology Goteborg. – Sweden, 1997.

15.Bjorklund A. Environmental systems analysis waste management. – Stockholm, 1998.

67

16.Christensen T., Cossu R., Stegmann R. Waste Management and Treatment of Municipal and Industrial waste / Seventh International Waste Management and Landfill Symposium. – Sardinia, 1999.

17.El-Fadel M., Massoud M. Comparative assessment of methodologies for methane emissions estimation from MSW landfills // Environmentalimpast, aftercare and remediation of landfills // Sardinia, SIWMLS. – 1999. – P. 63–70.

18.Overmann L.K., Lo Y.C. Waste treatment facility management-restoration of landfills in urban/sub-urban environments // Environmental impact, aftercare and remediation of landfills Sardinia, SIWMLS. – 1999. – P. 461–468.

19.СНиП 2.07.01–89. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений. – М.: Стройиздат, 1989.

20.Cheney A.C. Settlement of landfill, Harwell landfill completion symposium, Cockroft Hall, HMSO, London, England, May 1983.17

21.Lang R.J., Stallard W.M., Chang D.P., Tchobanoglous G.&all. Movement of gases in Munispal solid waste Landfills: report California Waste management Board, US EPA 1989.

22.De Poli F., Fabrizi F Hartz K.E., Klink R.E., Ham R.K. // J. Environ. Eng. Div., ASCE. – 1982. – Vol. 108. – P. 629.4.

23.Barlaz M.A., Hossain M.S. Solid waste settlement in landfill with leachate recirculation.

24.Максимова С.В. Геоэкологические основы освоения территорий закрытых свалок и полигонов захоронения твердых бытовых отходов: дис. … д-ра техн. наук. – Пермь, 2004.

25.Gabr M.A., Hossain M.S., Barlaz M.A. Solid waste settlement in landfill with leachate recirculation // Environmental impact, aftercare and remediation of landfills: 7th International waste management and landfill symposium. – Sardinia, 1999. – Vol. IV. – P. 345–352.

26.Steyer E., Hiligsmann S., Radu J.P. A biological pluridisciplinary model to predict municipal landfill life // 7th International waste management and landfill simposium. – Sardinia, 1999. – Vol. I. – P. 37–45.

27.Бартоломей А.А., Брандл Х., Пономарев А.Б. Основы проектирования хранилищ отходов // Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2002. – 204 с.

28.Lang R.J., Stallard W.M., Chang D.P., Tchobanoglous G.&all. Movement of gases in Munispal solid waste Landfills. Report California Waste management Board, US EPA 1989.

29.Коротаев В.Н. Научно-методические основы и технические решения по снижению экологической нагрузки при управлении движением твердых бытовых отходов: дис. … д-ра техн. наук. – Пермь, 2000.

30.Рудакова Л.В. Научно-методическое обоснование снижения эмиссии загрязняющих веществ полигонов захоронения твердых бытовых отходов

68

(ТБО) биотехнологическими методами: дис. … д-ра техн. наук. – Пермь, 2000.

31.Глушанкова И.С. Очистка фильтрационных вод полигонов захоронения твердых бытовых отходов на различных этапах жизненного цикла: дис. … д-ра техн. наук. – Пермь, 2004.

32.Зайцева Т.А. Закономерности изменения микробиоценозов на полигонах депонирования твердых бытовых отходов в процессе деструкции органических веществ: дис. … д-ра биол. наук. – Пермь, 2006.

33.Gas generation, transport, and extraction in landfills / S.G. Arigala [et al.] // Journal of Environmental Engineering. – 1995. – № 121 (1). – Р. 33–43.

34.Marques A.C.M., Fitz G.M., Vilar O.M. Composite compressibility model for

municipal solid waste // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. – 2003. – № 129 (4). – Р. 372–378.

35.Oweis I.S. (2006). Estimation of landfill settlements due to mechanical and de-

gradational processes // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. – 2006. – № 132 (5). – Р. 644–650.

36.Park H.I., Lee S.R. Long-term settlement behaviour of MSW landfills with various fill ages // Waste Management & Research. – 2002. – № 20 (3). – Р. 259–268.

37.Hettiarachchi C.H., Meegoda J.N., Tavantzis J., Hettiaratchi P. Numerical

model to predict settlements and gas generation in bioreactor landfills // Journal of Hazardous Materials. – 2007. – № 139 (3). – Р. 514–522.

38.Hettiarachchi C.H., Meegoda J.N., Hettiaratchi P. Effects of gas and moisture on modelling of bioreactor landfill settlement // Waste Management. – 2009. –

№29 (3). – Р. 1018–1025.

39.Durmusoglu E., Corapcioglu M.Y., Tuncay K. Landfill settlement with degradation and gas generation // Journal of Environmental Engineering. – 2005. –

№131 (9). – 1311–1321.

40.Yu L., Batlle F., Carrera J. , Lloret A. Gas flow to a vertical gas extraction well in deformable MSW landfills // Journal of Hazardous Materials. – 2009. –

№168 (2–3). – Р. 1404–1416.

41.Yu L., Batlle F., Lloret A. A coupled model for prediction of settlement and gas

flow in MSW landfills // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. – 2010. – № 34 (11). – Р. 1169–1190.

69

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ БЕЗОПАСНОГО ЗАХОРОНЕНИЯ ОТХОДОВ НА ПОЛИГОНАХ

Обеспечить экологическую безопасность полигонов ТБО возможно только при соблюдении всех санитарных, технологических и экологических требований с учетом концепции многобарьерной защиты. Каждый «барьер», являясь элементом системы захоронения ТБО, подчиняется определенным закономерностям, принципам и технологиям создания и эксплуатации, которые будут рассмотрены в настоящей главе.

2.1. Выбор площадки для размещения полигона

Работы по созданию новых полигонов начинаются с выбора площадки под объект захоронения. При выборе участка для размещения полигона захоронения ТБО предпочтение отдается тому из них, где имеются условия, обеспечивающие естественную защиту, что позволяет минимизировать воздействие объекта на окружающую среду. Площадка размещения полигона должна исключать сверхнормативное воздействие на окружающую среду при условии несостоятельности интенсивных мер защиты.

2.1.1. Работы по созданию новых полигонов

Работы по созданию новых полигонов захоронения ТБО инициируются органами местного самоуправления или иными инвесторами. Началом этих работ считается подписание официального документа соответствующего органа (распоряжение, постановление и т.п.), в котором формулируется принципиальное решение об их необходимости и даются поручения конкретным исполнителям.

Необходимость начала работ по созданию нового полигона начинается

вслучаях:

1)отсутствия в населенном пункте объекта захоронения отходов, соответствующего требованиям нормативных документов;

2)несоответствия существующего полигона (свалки) ТБО требованиям действующих нормативов [1];

3)исчерпания проектной емкости действующего полигона ТБО.

Решение о начале указанных работ органы местного самоуправления могут принимать (в пределах их компетенции) по собственной инициативе или при на-

70