1523

Способ отличается также тем, что нанесение цеолитовой гидросмеси осуществляет в направлении удерживающей плотины хвостохранилища для удаления сточных вод в отстойное сооружение с целью дальнейшего многократного использования ее в технологическом процессе [3].

Данный способ может быть реализован следующим образом. На поверхность обвалованного хвостохранилища, содержащего

отходы, вмещающие соли и токсичные вещества (например, серную кислоту, образующуюся при окислении пирита в отходах обогащения угля), укладывают слой песчано-обломочной массы, являющейся буферным горизонтом между консервируемой массой хвостов и вышележащими слоями. Этот слой устраняет непосредственный контакт водонасыщенных хвостов с насыпаемых поверх них экраном, обрывает капиллярную кайму и исключает восходящую миграцию вредных веществ в вышележащие слои. Величина мощности данного слоя не требует строго ограниченных пределов в связи с использованием крупного песчано-обломочного материала, исключающего восходящее капиллярное движение воды. Опыт показывает, что с учетом общих условий отсыпки буферного слоя и возможного частичного проникновения в него при искусственном уплотнении материала из смежных слоев оптимальная мощность обычно составляет 0,4 м. Поверх слоя укладывают водоупорный слой, который обеспечивает герметизацию хвостохранилища. Указанный слой создают из глины. Исходя из опыта сооружения противофильтрационных экранов в прудах-накопителях, дамбах и других объектах мощность водоупорного слоя принимают равной 1,3 м. При этом в процессе укладки водоупорного слоя создают уклон от центра хвостохранилища к его границам. Величину уклона выбирают из условия обеспечения самотечного движения воды к дренажным канавам. Формирование водоупорного слоя с небольшим уклоном от центра к его границам требует минимального объема работ и расхода материала. Затем на водоупорный слой отсыпают дренажный слой, состоящий из песчано-обломочной массы, поверх которой размещают почвенную массу, состоящую из слоя суглинков и слоя чернозема, после чего поверхность рекультивируемого участка тщательно планируют и по периметру участка с внутренней стороны вала, оконтуривающего рекультивируемое хвостохранилище, выполняют дренажную канаву, дном которой является поверхность водоупорного слоя. Ширина канавы должна обеспечивать нормальный сток ин-

111

фильтрующейся воды. При формировании дренажного слоя предварительно определяют его оптимальную мощность. Расчет ведут из условия соблюдения необходимых качественных и количественных характеристик элементов водного баланса, которые устанавливают по данным гидрометеобсерватории и режимно-балансовых наблюдений [4].

Для рекультивации загрязненных земель и очистки подземных вод в настоящее время все шире применяют биологический метод, основанный на использовании активных штаммов микроорганизмов. Рассмотрены пути воздействия микроорганизмов на токсичные органические отходы, физико-химические условия, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность и деструктивную активность микроорганизмов и возможные способы рекультивации загрязненной природной среды – от ее естественного восстановления без вмешательства человека путем самоочищения до применения комбинированных методов воздействия, включающих физические, химические и биологические методы обработки.

Применение физико-химических методов экономически целесообразно при высоких концентрациях поллютантов и на небольших площадях загрязненных территорий. Однако это приводит к изменению естественного ландшафта, нарушению свойств почв. Кроме того, остро стоит проблема утилизации используемых реагентов и образующихся в процессе рекультивации побочных продуктов. Биологические методы восстановления в большинстве случаев более предпочтительны. В последнее время активно разрабатываются технологии применения минеральных и органических сорбентов – природных и модифицированных.

Таким образом, технологии рекультивации старогодних хвосто- и шламохранилищ, а также их использование, с целью более полного извлечения полезных ископаемых на сегодняшний день неновы, однако их применение сдерживается экономической ситуацией и отсутствием ответственности за экологические нарушения.

Список литература

1. Боброва З.М., Ильина О.Ю. Проблемы охраны земельных ресурсов и недр // Актуальные проблемы современной науки: сб. стат. междунар. науч.-практ. конф.: в 4 ч. / отв. ред. А.А. Сукиасян. – Уфа:

РИЦ Башкир. гос. ун-та, 2013. – Ч. 1. – С. 315–318.

112

2.Способ рекультивации хвостохранилищ [Электронный ре-

сурс]: а.с. (57) RU 1764535 (56) СССР / В.В. Базылев, В.И. Рерих, В.В. Мартиюшов, Л.Т. Февралева. – URL: http://www.findpatent.ru/ patent/176/1764535.html (дата обращения: 22.09.2015).

3.Способ рекультивации хвостохранилищ [Электронный ресурс]: пат. № 2513468 Рос. Федерация / В.П. Мязин, В.Т. Шекиладзе,

Т.Л. Шильникова, К.К. Размахнин. – URL: http://bankpatentov.ru/ node/587347 (дата обращения: 22.09.2015).

4.Способ рекультивации хвостохранилищ [Электронный ре-

сурс]: а.с. (53) 627.41(088.8) (56) СССР / В.Н. Домничев, Н.К. Гардаш, Н.М. Гордиенко, А.Ю. Дриженко. – URL: http://www.findpatent.ru/ patent/169/1693243.html (дата обращения: 22.09.2015).

Об авторах

Гирфанова Райса Раисовна – студентка кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, e-mail: ghirfanova.raisa@mail.ru.

Старостина Наталья Николаевна – кандидат технических на-

ук, доцент кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, Магнитогорский государственный технический универ-

ситет им. Г.И. Носова, e-mail: nata.starostina@mail.ru.

113

УДК 628.472.37.032: 662.767.2-047.58

А.Н. Егорова, Ю.М. Загорская

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДА ЛАБОРАТОРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В ВОПРОСЕ ОЦЕНКИ БИОГАЗОВОГО ПОТЕНЦИАЛА ОТХОДОВ ПОЛИГОНА ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

Представлены результаты ускоренного лабораторного моделирования процесса разложения отходов, изъятых из массива свалки твердых коммунальных отходов (ТКО). В ходе проведенного эксперимента был получен прогноз образования биогаза на период до 2049 года, также был оценен остаточный биогазовый потенциал на уровне 17 млн м3, скорость образования биогаза – 2,6 м3/ч, определен компонентный состав биогаза СН4 50–65 % и СО2 40–25 %. На основании полученных данных на рассматриваемом объекте рекомендована организация биофильтра в качестве верхнего рекультивационного слоя, который будет предотвращать эмиссию метана с поверхности в атмосферный воздух.

Ключевые слова: полигон ТКО, биогаз, биогазовый потенциал, лизиметр, биореактор, лабораторное моделирование, прогноз биогаза.

A.N. Egorova, Yu.M. Zagorskaya

ANALYSIS OF THE POSSIBILITY OF USING THE METHOD OF LABORATORY SIMULATION IN EVALUATION

OF BIOGAS BUILDING WASTE LANDFILL

The article presents the results of a laboratory simulation of the process of decomposition of waste that were removed from the MSW landfill. There was a forecast of biogas to 2049. It was estimated residual biogas potential at the level of 17 million m3. The rate of formation of biogas was installed 2,6 m3/h. It was determined the component composition of biogas CH4 50–65 % and CO2 40–25 %. Based on the data recommended that the biofilter as the upper layer recultivation, which will prevent the emission of methane from the surface into the atmosphere.

Keywords: MSW landfill, biogas, biogas potential lysimeter, bioreactor, laboratory simulation, the forecast of biogas.

114

Ежегодно на территории Российской Федерации образуется больше 40 млн т твердых коммунальных отходов. В Пермском крае ежегодный объем ТКО, направляемых на отвечающие нормативным требованиям объекты их захоронения, составляет 512 тыс. т (32 %), а остальные 1088 тыс. т (68 %) размещаются на санкционированных или несанкционированных свалках [1].

Объект захоронения отходов можно рассматривать как неконтролируемый биореактор. В верхних слоях отходов преобладают аэробные процессы биоразложения, в более глубоких слоях создаются анаэробные условия, где протекают процессы метанового брожения. В теории биохимические реакции, протекающие в массиве полигона ТКО при анаэробных условиях, можно описать в следующем виде: гидролиз, сбраживание при нехватке кислорода, распад органической части отходов, стадия метанового брожения [2].

Главными аспектами отрицательного действия свалок и полигонов захоронения ТКО на окружающую среду является выделение биогаза и фильтрата из тела полигона. Наибольший объем вредных эмиссий высвобождается с биогазом, что влечет за собой неприятный запах, возможность создания взрыво- и пожароопасной обстановки, а также усугубление парникового эффекта. Химический состав биогаза: 55–60 %

метана, 40–45 % CO2 [3, 4].

Так как в составе биогаза содержание метана может достигать 60 % и возможный период генерации биогаза в массиве отходов составляет 20–60 лет, это делает его перспективным для использования в качестве альтернативного источника энергии.

Для принятия решения о возможности извлечения и энергетического использования биогаза отходов разного возраста (разной степени разложения) или применения других методов сокращения эмиссий биогаза необходимо спрогнозировать интенсивность, продолжительность, а также качественный состав выхода биогаза. Достоверный прогноз образования биогаза в массиве полигона ТКО является сложной задачей, поскольку на каждом полигоне или свалке захороненные отходы имеют отличный морфологический состав, образование биогаза протекает с разной скоростью и при разных условиях [5]. В связи с этим спустя один и тот же период времени отходы в массивах полигонов могут находиться на разной стадии разложения и характеризоваться разным биогазовым потенциалом.

115

Целью исследования являлась оценка целесообразности извлечения и энергетического использования биогаза свалки города Краснокамска.

Для достижения поставленной цели выполнялись следующие задачи:

провести эксперимент по ускоренному образованию биогаза отходами в лабораторной установке (лизиметре);

по результатам эксперимента дать оценку характеристикам биогазового потенциала;

провести оценку целесообразности использования биогаза на энергетические нужды.

Свалка ТКО города Краснокамска была введена в эксплуатацию

в1963 году. Дата окончания эксплуатации площади свалки ТКО – ав-

густ 2008 года. В настоящее время на полигоне размещено 697,3 тыс. м3 отходов. Площадь свалки – 10,5 га.

Пробы были отобраны в трех скважинах по профилю массива. Подготовка проб к эксперименту заключалась в их гомогенизации, загрузке в лизиметры, увлажнении отходов до влагонасыщенного состояния.

В ходе эксперимента моделировалось ускоренное образование биогаза за счет интенсификации анаэробного разложения отходов

влизиметрах посредством добавления свежей воды.

Влизиметры были загружены отходы массой 90 и 100 кг во влажном состоянии (60 и 70 кг сухого вещества).

Входе эксперимента 1 раз в 10 дней добавляли свежую воду, отводили образующийся фильтрат и биогаз, при этом оценивали объем и качественный состав биогаза. Процесс образования биогаза в ходе эксперимента был ускорен в 34 раза относительно процессов, протекающих в природных условиях, за счет добавление свежей воды. Длительность эксперимента составила 290 дней, был получен прогноз образования биогаза до 2049 года.

Входе эксперимента наибольший объем образования биогаза наблюдали в первые 50 дней (рис. 1). В это время удельное образование биогаза составило 0,05–0,23 л/кг сухого вещества, в последующие дни оно снизилось до уровня 0,02 л/кг сухого вещества.

Компонентный состав биогаза по метану изменялся в пределах 50–65 % (рис. 2), по углекислому газу – в пределах 40–25 %. Кислород

116

замеряли для контроля герметичности лизиметров с целью соблюдения анаэробных условий проведения эксперимента.

Рис. 2. Компонентный состав биогаза

По экспериментальным данным был осуществлен прогноз образования биогаза по годам (рис. 3). В прогнозируемый период с 2015 по 2049 год ожидается понижение скорости образования биогаза в 10 раз с 120 тыс. м3/год до 11 тыс. м3/год. Остаточный потенциал образования биогаза свалки ТКО города Краснокамска оценен в 17 млн м3. Ожидается, что средняя скорость образования метана составит 2,6 м3/ч.

Установленное понижение скорости образования биогаза дает основание предположить, что процессы, протекающие в массиве отходов, находятся на стадии затухания метаногенеза.

117

Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. – 2013. – № 4. – С. 144– 154.

6.Руководящие принципы национальных инвентаризаций парниковых газов МГЭИК: в 5 т. Т. 5. Отходы / под ред. С. Игглестон [и др.] / Ин-т глобал. стратегий окр. среды, 2006.

7.Слюсарь Н.Н., Загорская Ю.М., Ильиных Г.В. Изучение фракционного и морфологического состава отходов старых свалок

иполигонов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. – 2014. – № 3 (15). – С. 77–85.

Об авторах

Егорова Алена Николаевна – студентка кафедры охраны окружающей среды, Пермский национальный исследовательский поли-

технический университет, е-mail: alena-egorova93@inbox.ru.

Загорская Юлия Михайловна – аспирантка кафедры охраны окружающей среды, Пермский национальный исследовательский по-

литехнический университет, e-mail: makarova_u85@mail.ru.

119

УДК 628.543

Т.Н. Жуков, И.С. Глушанкова

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ

Установлены объемы образования в Пермском крае таких отходов бурения, как отработанные буровые растворы (ОБР). Описаны свойства буровых растворов (БР), причины образования ОБР, их токсикологическая опасность для окружающей среды, методы утилизации. Реализован эксперимент по коагуляции ОБР. Исследовано влияние дозы реагентов на эффективность процесса. Построена коагуляционная кривая, и установлена оптимальная доза реагентов.

Ключевые слова: отработанный буровой раствор, коагуляция, утилизация, обезвреживание, очистка сточных вод.

T.N. Zhukov, I.S. Glushankova

RESEARCH THE PROCESSES OF NEUTRALIZATION

AND RECYCLING OF WASTE DRILLING FLUIDS

Determined values of such drilling wastes as waste drilling fluids in Perm region. Described properties of drilling fluids (DF), generation causes of waste drilling fluids (WDF), toxicological hazard of WDF for environment, methods of WDF utilization. WDF coagulation experiment realized. Researched influence of reagents dose for process efficiency. Built coagulation curve, and the optimal dose of reagents is determined.

Keywords: waste drilling fluid, coagulation, utilization, neutralization, wastewater treatment.

Современное общество потребляет огромные объемы полезных ископаемых. Лидирующие позиции как в потреблении, так и в добыче занимают углеводороды. Спрос на данные энергоносители и выработка освоенных запасов порождают необходимость освоения новых месторождений. Добывающие предприятия ежегодно стремятся повысить показатели проходки эксплуатационного и разведочного бурения.

120