4 Противофильтрационные экраны

Защита горных пород зоны аэрации, подземных и поверхностных вод от загрязнения в период эксплуатации полигона достигается благодаря наличию естественного геохимического барьера или искусственно создаваемому защитному экрану, устраиваемому в основании полигона с дренажной системой сбора и удаления фильтрата, а также системы выполнения послойной изоляции ТБО связным грунтом. После окончания эксплуатации полигона и его закрытия, охрану горных пород зоны аэрации, грунтовых и поверхностных вод, атмосферного воздуха осуществляют устройством верхнего перекрытия (защитного экрана поверхности полигона) в сочетании с защитным экраном и системой сбора и удаления фильтрата в основании полигона.

Защитные экраны основания и поверхности полигона - это конструктивные элементы, обеспечивающие природоохранные функции.

Срок службы защитных экранов определяется как периодом эксплуатации полигона (заполнение полигона до проектной вместимости полигона), что составляет 15-30 лет, так и пассивным периодом, когда полигон закрыт и не принимает отходы. Однако в теле полигона после его закрытия и рекультивации протекают активно аэробные и анаэробные процессы разложения органического вещества, сопровождающиеся образованием биогаза и фильтрата, и, следовательно, веществ, представляющих угрозу окружающей среде. Длительность этого периода определяется морфологическим составом отходов, климатическими условиями и другими факторами, и по оценкам различных авторов этот период составляет от 30 до 100 лет. Таким образом, срок службы защитных экранов полигонов ТБО должен составлять от 45 до 100 лет.

Элементы защитных экранов основания и поверхности полигона находятся в непосредственном контакте с агрессивной средой - фильтратом и биогазом. Поэтому при подборе материалов для выполнения этих конструкций следует оценивать их устойчивость к агрессивным средам.

Для устройства защитных экранов применяют сертифицированные материалы.

Противофильтрационный экран в основании полигона совместно с защитным экраном, устраиваемым при перекрытии верха полигона после окончания его эксплуатации, образуют замкнутую систему типа «саркофаг». В роли противофильтрационного экрана могут выступать природные (естественные) геохимические барьеры и искусственные барьеры.

4.1 Природные геохимические барьеры

Природными геохимическими барьерами называют естественное грунтовое основание, которое обладает достаточными противофильтрационными свойствами, мощность слоя которого обеспечивает нераспространение загрязняющих веществ в горные породы зоны аэрации и грунтовые воды. Подобными свойствами обладают глины с коэффициентом фильтрации см/с. Минимальная мощность природного геохимического барьера должна быть не менее 1 - 3 м.

В случае отсутствия подобных пород в основании проектируемого полигона то устраивают искусственные противофильтрационные экраны и завесы.

4.2 Искусственные противофильтрационные экраны

Для отходов III, IV, Vклассов опасности выбирают следующие противофильтрационные экраны:

1. Экран глинистый однослойный. Наиболее простой по конструкции и дешевый вид экрана. Исходная глина ненарушенной структуры должна иметь коэффициент фильтрации не более 0,001 м/сут. При использовании ее в экранах глина превращается в пасту путем перемешивания, в результате чего достигается необходимый коэффициент фильтрации. Толщина экрана обосновывается расчетами, исходя из допустимого градиента напораi= 10, но должна быть не менее 0,5 м [1].

2. Экран грунтобитумный. Он служит основанием для других типов экранов и представляет собой минеральный естественный грунт, обработанный на глубину 10-15 см жидким битумом или нефтью с добавлением цемента и уплотненный гладкими катками. Перед внесением добавок грунт протравливается гербицидами на глубину до 20 см [1].

3. Экран из железобетонных плит. В чистом виде бетон или железобетон в экранах применяется редко, так как этот материал имеет сравнительно высокий коэффициент фильтрации (= 0,01 м/сут). Для снижения коэффициента фильтрации бетонных и железобетонных конструкций до= 0,00001 м/сут элементы плит покрывают торкретом или применяют силикатизацию. В связи с тем, что это требует значительных затрат, железобетон применяется в небольших емкостных сооружениях типа резервуаров и отстойников. По фильтрационным и прочностным соображениям толщина монолитных или сборных железобетонных плит принимается не менее 10-15 см, бетон марки не ниже В30,F100,W8 в соответствии со СНиП 2.03.01-84 [1].

4. Экран из полимербетона. Полимербетоны обладают повышенной плотностью ( < 0,001 м/сут), трещиностойкостью, морозостойкостью и устойчивостью к воздействию агрессивных сред. В отличие от обычного бетона, в полимербетонах в качестве вяжущего вещества вместо цемента используются эпоксидные смолы [1].

5. Экран асфальтобетонный однослойный с битумным покрытием. Асфальтобетонные экраны выполняются из гидротехнического мелкозернистого асфальта. Основанием однослойного экрана могут быть практически любые грунты, поддающиеся обработке грейдером, с модулем деформации после уплотнения не менее 10 МПа (100 кгс/см²). После планировки грунты подвергаются обработке (протравливанию) гербицидами на глубину 20 см. Затем производится поверхностная обработка грунта на глубину 10-15 см с внесением битума или сырой нефти из расчета 1,5-2,0 кг/м². После чего основание уплотняется 5-тонными катками до полного устранения деформации. При сравнительно слабых пылеватых супесях и суглинках перед розливом нефти или битума рекомендуется вносить активные добавки. На подготовленное основание укладывается мелкозернистый асфальтобетон слоем 40-60 мм. Поверхность асфальтобетона покрывается слоем жидкого битума толщиной 2-4 мм с последующей подсыпкой слоя песка толщиной 5-10 мм. При напорах до 5-10 м экран считается нефильтрующим [1].

6. Экран асфальтобетонный с покрытием битумно-латексной эмульсией. Технология устройства данного экрана предусматривает розлив битумно-латексной эмульсии слоем 4-6 мм, состоящей из 20 % латекса и 80 % битума по массе. Битумно-латексная эмульсия наносится на горизонтальную поверхность 1-2 слоями, а на откосы,- 2-3 слоями толщиной 2 мм. Ввиду чувствительности экрана к свету поверхность его засыпается защитным слоем из однородного грунта или промышленных отходов фракцией не более 3 мм. Толщина защитного слоя не менее 0,5 м. Работы выполняются при температуре не ниже 10 °С. Битумно-латексная эмульсия приготовляется в специальном битумном котле, где битум разогревается до 140-150 °С и при непрерывном перемешивании в него вводится латекс. Время приготовления 5-10 ч (уточняется в процессе испытания перед началом работ). Охлажденная до 120°С битумно-латексная эмульсия наносится на асфальт автогудронатором с гладилкой или с помощью распылителя набрызгом [1].

7. Экран асфальтополимербетонный. Конструктивно асфальтополимер-бетонные экраны почти не отличаются от обычных асфальтобетонных. Различие лишь в том, что асфальтобетоны выполняются на вяжущем из битума, а асфальтополимербетоны - на модифицированном вяжущем, состоящем из битума с добавлением каучука или других полимеров в количестве 10-20% массы битума. Это придает асфальтополимербетону повышенную морозостойкость и эластичность и снижает его водопроницаемость, что обусловливает целесообразность его применения при строительстве противофильтрационных экранов. Асфальтополимербетонные экраны могут выполняться монолитными и сборно-монолитными [1].

Таким образом, из всех выше перечисленных экранов подходящих для данных классов опасности, предпочтительнее использовать экран асфальтобетонный однослойный с битумным покрытием, т.к. в основании полигона находится песок, который обладает очень большим коэффициентом фильтрации.