16.4. Захоронение отходов на свалках

Свалки подразделяют на контролируемые и неконтролируемые. Излишне говорить, что все отходы должны размещаться только на контролируемых свалках, которые должны быть организованы та-

ким образом, чтобы исключить загрязнение воздуха, почв, поверх­ностных и грунтовых вод окружающей среды в ближних и дальних окрестностях. Технологически это связано с контролем просачи­вающихся вод и выделяемых газов, прежде всего метана.

Технологические элементы контролируемых свалок

Необходимо заметить, что даже наиболее контролируемые свал­ки далеки от понятия «экологически чистые технологии». В луч­шем случае их можно рассматривать как залежи полезных иско­паемых и первичных материалов для будущих поколений. Отсюда нужно исходить и при оценке эколого-геохимических источников риска.

В настоящее время в развитых странах широкое распростране­ние получила концепция мультибарьерных технологических эле­ментов свалок:

• барьер 1 «Геология» — участок под свалку выбирается только на основании тщательного изучения гидрогеологических и геотехни­ческих условий, заведомо затрудняющих загрязнение природных вод;

• барьер 2 «Ограничение» — конструирование плоских гори­зонтальных систем, позволяющих надежно инкапсулировать свал­ки путем перекрытия слоев отходов почвой, организация горизон­тальных и вертикальных барьеров, предохраняющих распростране­ние вредных веществ;

• барьер 3 «Размещение» — сооружение эффективно функцио­нирующей системы сбора, обработки и размещения сточных вод и образующихся газов;

• барьер 4 «Технология» — организация работы свалки на принципах наилучших современных технологий, позволяющих уменьшить просачивание вод и улетучивание вредных веществ;

• барьер 5 «Постоянный мониторинг» — регулярный контроль загрязнения почв, вод и воздуха;

• барьер 6 «Долговременный мониторинг и охрана» — закры­тые и нефункционирующие свалки должны контролироваться и охраняться наравне с действующими, чтобы исключить возмож­ность загрязнения окружающей среды вследствие медленно теку­щих геохимических и гидрохимических процессов.

Использование всех этих концептуальных технологических ком­понентов организации свалок позволит избежать неприятных по-

следствий как для близлежащих, так и отдаленных территорий и значительно уменьшить вероятность проявления экологического риска для здоровья человека и состояния экосистем.

Размещение необработанных муниципальных отходов

Общая концепция контролируемой свалки представлена на рис. 16.1. На большинстве свалок коммунальных отходов первичная операция связана с их размещением и уплотнением с помощью бульдозеров, что позволяет достичь плотности массы отходов в пределах 0,8—1,2 т/м' внутри основного тела свалки. Отходы раз­мещают либо в траншеях двухметровым слоем, либо на поверхно­сти почвы слоем в 30 см и накрывают почвой или еще луч­ше — глиной (60 см). Вертикальный разрез свалки, приведенный на рис. 16.1, демонстрирует комбинацию слоев отходов и перекры­вающих материалов. Практика показывает, что невозможно надеж­но изолировать отходы, однако ограничение проницаемости в пре­делах 10~^х—10~⁹ м/с можно считать приемлемым. Эта информация основана на относительно краткосрочных наблюдениях (до 50 лет), и пока не существует надежных прогнозов на ближайшие 100 лет и более длительный период.

При организации свалки обязательно должны быть предусмот­рены вертикальные газовые скважины. Это позволит контролиро­вать состав образующихся газов, которые могут быть использованы для отопления или получения иного рода энергии.

Реакции и реакционные продукты. На муниципальных контроли­руемых свалках твердые отходы последовательно проходят через пять стадий разложения (рис. 16.2):

• в течение кратковременной аэробной фазы сразу после разме­щения отходов их органические составляющие под воздействием кислорода воздуха превращаются в углекислый газ и воду;

• в течение первой анаэробной фазы возрастает активность фер­ментирующих и ацидообразующих бактерий; формируются летучие жирные кислоты, которые подкисляют реакцию среды и увеличи­вают подвижность тяжелых металлов;

• в следующей фазе анаэробного разложения возрастает ак­тивность метанообразующих микроорганизмов, тогда как подвиж­ность тяжелых металлов снижается вследствие формирования их сульфидов;

• в дальнейшей фазе стабилизируется формирование метана, содержание которого составляет 50 — 60 % от общего образования газов, и уменьшается формирование жирных кислот и водорода;

• в конце процесса разложения в теле свалки остаются лишь трудно- и неразлагаемые вещества, постепенно атмосферный азот и кислород проникают в глубь свалки.

На рис. 16.2 показаны отдельные фазы образования газов: в те­чение кислотной ферментации содержание С0₂ постепенно возрас­тает и сопровождается также увеличением образования метана. Объем образующегося газа составляет 40—300 м³ на тонну отходов; продолжительность образования газов оценивается в 10—25 лет. Однако объем газа, который может быть собран, существенно ниже и составляет 2—3 м³/(т ■ год). Опасные проблемы, связанные с об­разованием газов, включают в себя: дурные запахи, особенно от продуктов, полученных на промежуточной и конечной фазах ста­дии кислотного разложения, таких как сероуглерод, жирные кисло­ты и меркаптаны; ухудшение здоровья людей вследствие удушаю­щего воздействия газов; опасность пожаров и взрывов и ингибиро-вание роста растений.

Просачивающиеся воды характеризуются коричневым или даже черным цветом типа навозной жижи и отвратительным запахом, высоким содержанием органических и неорганических веществ, та­ких как хлориды, сульфаты и аммоний. Концентрация органиче­ских веществ в просачивающихся водах зависит от стадии процесса разложения, происходящего в теле свалки, и соответственно от воз­раста свалки. Воды, вытекающие из «молодых» свалок, обогащены органическими кислотами (ХПК доходит до ПО 000 мг/л, БПК₅ — до 50 000 мг/л). При старении свалки содержание легко разлагае­мой органики уменьшается, а количество стойких органических за­грязняющих веществ возрастает.

Долговременный прогноз подвижности поллютантов. Комплекс­ная схема разработки и вероятности различных прогнозов приве­дена на рис. 16.3. Однако достоверность прогноза уменьшается с увеличением времени, что, впрочем, верно для любого прогнози­рования.

Качественные и количественные характеристики химического состава просачивающихся вод муниципальных свалок, показанные на рис. 16.3, относятся лишь к уровню прогноза от нескольких ме­сяцев до десятков лет. Долговременный прогноз (сотни, тысячи лет) может быть сделан на основе общих геологических и биогео­химических представлений о минералогенезе в земной коре. Имен-

Годы

Десятилетия

Столетия

Тысячелетия

На практике геохимический и биогеохимический прогнозы по­ведения поллютантов могут быть сделаны на основе таких показа­телей, как редокс-потенциал, возможность образования органо-металлических комплексов и потенциал подкисления. Величина рН во многих случаях является решающим фактором, поскольку миграция почти всех тяжелых металлов резко возрастает в кислых условиях. Следовательно, долговременный прогноз изменения ве­личины рН позволит с определенной надежностью предсказывать возможность вымывания тяжелых металлов из муниципальных свалок.

В целом интегральная концепция переработки и захоронения отходов представлена на рис. 16.4. Схема включает в себя размеще­ние и захоронение не только муниципальных, но и промышленных отходов после специальных обработок или сжигания. Если зола и шлаки не содержат после сжигания вредных веществ, они могут быть использованы в качестве строительного материала; при содер-

жании опасных веществ (тяжелых металлов) эти остатки сжигания должны быть захоронены глубоко под землей (штольни, отработан­ные шахты, пещеры).