Проблема утилизации твердых бытовых отходов в городе Костанае и пути ее решения

Закрытие полигона для приема ТБО осуществляется после отсыпки его на проектную отметку, установленную заданием; на высоконагружаемых полигонах со сроком эксплуатации не менее 5 лет допускается превышение проектной отметки на 10%. Последний слой отходов перед закрытием полигона засыпается слоем грунта с учетом дальнейшей рекультивации.

При планировке изолирующего слоя необходимо обеспечивать уклон к краям полигона. Устройство изолирующего слоя полигона определяется заданием по его рекультивации. Укрепление наружных откосов полигона должно проводиться с начала эксплуатации полигона по мере увеличения высоты складирования. Материалом для засыпки наружных откосов полигона служит предварительно снятый при его строительстве растительный грунт.

Для защиты от выветривания или смыва грунта с откосов полигона необходимо производить их озеленение непосредственно после укладки изолирующего слоя. По склонам высаживаются защитные насаждения и устраиваются террасы.

На участках, используемых в последующем под открытые склады тары непищевого назначения, толщина верхнего изолирующего слоя должна составлять не менее 1,5 м. При использовании рекультивированной территории полигона под выращивание сельскохозяйственной продукции, садово-ягодных растений, лесопосадок толщина верхнего изолирующего слоя может быть изменена в зависимости от вида выращиваемых культур растений. Верхний слой отходов до их укрытия изоляцией должен быть тщательно уплотнен до плотности не менее 750 кг/м³.

1.4 Рекультивация территорий закрытых полигонов

Рекультивация закрытых полигонов - комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народнохозяйственной ценности восстанавливаемых территорий, а также на улучшение окружающей среды.

Кроме полигонов, на практике встречается большое количество неусовершенствованных свалок, которые устраивались и эксплуатировались без выполнения каких-либо требований органов санэпиднадзора и охраны природы. Рекультивация таких свалок требует выполнения большого объема подготовительных работ, а именно:

- проведение комплекса экологических исследований (гидрогеологические, геологические, почвенные, исследования атмосферы, проверка отходов на радиоактивность и т.п.);

- решение вопросов по утилизации отходов, консервации фильтрата, использование биогаза, устройство экранов и т.д.

Рекультивация проводится по окончании стабилизации закрытых полигонов - процесса упрочнения свалочного грунта, достижения им постоянного устойчивого состояния. Сроки процесса стабилизации приведены в табл.3.



Таблица 3

Сроки стабилизации закрытых полигонов для различных климатических зон

Вид рекультивации	Сроки стабилизации закрытых полигонов для различных климатических зон, год
	южная	средняя	северная
Посев многолетних трав, создание пашни, сенокосов, газонов	1	2	3
Посадка кустарников, сеянцев	2	2	3
Посадка деревьев	2	2	3
Создание огородов, садов	10	10	15

В конце процесса стабилизации производится завоз грунта автомобильным транспортом для засыпки и планировки образовавшихся провалов. Направления рекультивации определяют дальнейшее целевое использование рекультивируемых территорий в народном хозяйстве. Наиболее приемлемы для закрытых полигонов сельскохозяйственное, лесохозяйственное, рекреационное и строительное направление рекультивации. Сельскохозяйственное направление рекультивации закрытых полигонов осуществляется в случае расположения полигона в зоне землепользования того или иного сельскохозяйственного предприятия. Оно имеет целью создание на нарушенных в процессе заполнения полигона землях, пахотных и сенокосно-пастбищных угодий, площадей для поливного высокопродуктивного овощеводства, коллективного садоводства. При осуществлении сельскохозяйственного направления рекультивации выращивание овощей и фруктов, а также коллективное садоводство допускается через 10-15 лет, создание сенокосно-пастбищных угодий - через 1-3 года после закрытия полигона.

Лесохозяйственное направление рекультивации - создание на нарушенных полигонами землях лесных насаждений различного типа. Лесоразведение предусматривает создание и выращивание лесных культур мелиоративного, противоэрозионного, полезащитного, ландшафтно-озеленительного назначения. Строительное направление рекультивации закрытых полигонов - приведение территории закрытого полигона в состояние, пригодное для промышленного и гражданского строительства. Строительное направление осуществляется двумя способами: строительство объектов на территории закрытого полигона без вывоза свалочного грунта и с вывозом свалочного грунта. Вопрос о капитальном строительстве на закрытых полигонах без вывоза свалочного грунта решается после проведения соответствующих исследований.

Гражданское строительство с подвальными помещениями (жилые здания, детские и лечебно-профилактические учреждения) на территории закрытого полигона без вывоза свалочного грунта не допускается. При вывозе свалочного грунта жилищное строительство может быть разрешено только после проведения соответствующих санитарно-бактериологических исследований. Рекультивация полигона выполняется в два этапа: технический и биологический. Технический этап рекультивации включает исследования состояния свалочного грунта и его воздействия на окружающую природную среду, подготовку территории полигона (свалки) к последующему целевому использованию. К нему относятся: получение исчерпывающих данных о геологических, гидрогеологических, геофизических, ландшафтно-геохимических, газохимических и других условий участка размещения полигона (свалки); создание рекультивационного многофункционального покрытия, планировка, формирование откосов, разработка, транспортировка и нанесение технологических слоев и потенциально-плодородных почв, строительство дорог, гидротехнических и других сооружений.

Для выработки решений по исключению влияния газохимического загрязнения атмосферы определяют состав и свойства образующегося биогаза, содержания органики, влажность и др. данные. С учетом полученных данных и анализа климатических и геологических условий расположения полигона составляется прогноз образования биогаза и выбирается метод дегазации и конструкция рекультивационного покрытия полигона.

Биологический этап рекультивации включает мероприятия по восстановлению территорий закрытых полигонов для их дальнейшего целевого использования в народном хозяйстве. К нему относится комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на восстановление нарушенных земель. Биологический этап осуществляется вслед за техническим этапом рекультивации. Работы по рекультивации закрытых полигонов составляют систему мероприятий, осуществляемых как в период эксплуатации, так и в процессе самого производства работ. Для определения объемов работ, технологии и оборудования производится паспортизация полигона в период подготовки к проведению рекультивации по отчетным данным спецавтохозяйства, комбинатов благоустройства и т.д. по подчиненности, за весь период эксплуатации закрытого полигона.

Рекультивацию территории закрытого полигона проводит организация, эксплуатирующая полигон, получив предварительно разрешение на проведение работ в органах санитарно-эпидемиологического надзора и Минприроды (района, города, области, края) с участием предприятия, выполняющего дальнейшее целевое использование земель. В обязанность спецавтохозяйства и других предприятий по санитарной очистке города входит своевременное проведение рекультивации и передача участка для его дальнейшего целевого использования. Технический этап рекультивации проводится самим предприятием. Биологический этап целесообразно проводить специализированными предприятиями коммунального, сельскохозяйственного или лесохозяйственного профиля за счет средств предприятия, проводящего рекультивацию. Для проведения рекультивации разрабатывается проектно-сметная документация.

Основными исходными данными для проведения рекультивации являются:

- год открытия полигона;

- год закрытия полигона;

- вид вывозимых отходов (бытовые, промышленные, строительные);

- расстояние от ..... до ближайших градостроительных объектов, в км;

- общая площадь отчуждения, га;

- общий объем накопления отходов, в тыс. м³;

- объем поступления отходов по годам эксплуатации, в тыс. м³;

- высота слоя отходов, м;

- в т.ч. над уровнем земли, м;

- верхний слой изолирующего материала (грунт, шлак, строительные отходы и т.д.);

- толщина верхнего слоя изоляции, м;

- местность, на которой расположен полигон (лес, болото, поле, овраг, карьер, селитебная зона, район новостройки и т.д.);

- ведомственная принадлежность прилежащих земель;

- предполагаемое использование данной территории в дальнейшем;

- расстояние от места погрузки растительного грунта до закрытого полигона, км;

- самозарастание полигона, %;

- вид растений;

- вид кустарников;

- вид деревьев;

- густота травостоя, %;

- возраст деревьев, лет.

Технологическая схема выполнения рекультивационных работ приведена на рисунке 13. По данной схеме производится выполаживание откосов (1) бульдозером (2), погрузка и доставка автотранспортом потенциально плодородных земель (4), которые разравниваются бульдозером (5) по поверхности полигона (6), чем создается рекультивационный слой (7) и закачивается технический этап. В дальнейшем проводится биологический этап (8) и осуществляется одно из выбранных направлений рекультивации (9).

Рисунок 13 - Технологическая схема рекультивации закрытых свалок без переработки свалочного грунта

К процессам технического этапа рекультивации относятся стабилизация, выполаживание и террасирование, сооружения системы дегазации, создание рекультивационного многофункционального покрытия, передача участка для проведения биологического этапа рекультивации. Технический этап рекультивации закрытых полигонов включает следующие операции:

- завоз грунта для засыпки трещин и провалов, его планировка;

- создание откосов с нормативным углом наклона. Операции производятся сверху вниз при высоте полигона над уровнем земли более 1,5 м;

- строительство дренажных (газотранспортных) систем дегазации;

-погрузка и транспортировка материалов для устройства многофункционального покрытия;

- планировка поверхности;

- укладка и планировка плодородного слоя.

Материалы и технические изделия, предусматриваемые для сооружения систем дегазации, должны соответствовать требованиям государственных стандартов или технических условий. Конструкции и применяемые материалы газовых скважин должны обеспечить их надежную эксплуатацию без капитальных ремонтов и замены основных узлов в течение 15 лет.

При выборе запорной арматуры следует учитывать условия ее эксплуатации по давлению газа и температуре. При отсутствии полиэтиленовых труб могут быть применены стальные трубы. Стальные трубы должны быть прямошовные, спиральношовные или бесшовные, изготовленные из хорошо сваривающейся стали, содержащей не более 0,25% углерода, 0,056% серы и 0,046% фосфора.

В случае, если полигон выступает над уровнем земли выше 1,5 м, производится ее выполаживание и при необходимости (для высотных полигонов) террасирование. Выполаживание производится бульдозером сверху вниз перемещением свалочного грунта с верхней бровки полигона на нижнюю путем последовательных заходов (рис.14).

Рисунок 14 - Технологическая схема выполаживания откоса свалок

Условные обозначения: lpn - приращение горизонтальной проекции линии откоса; () - угол естественного откоса отходов; (₁) - угол откоса после выполаживания; В - берма безопасности; в - ширина горизонтальной поверхности.

При рекультивации высотных полигонов производится совместное террасирование и выполаживание поверхности полигонов (рис.15). Террасирование производится через 10-12 м высоты полигона. Ширина террасы 5-7 м. Нормативный угол откоса устанавливается в зависимости от целевого использования и имеет следующие уклоны:

- для возделывания сельскохозяйственных культур, в т.ч. в полеводстве не более 2-3;

- для лугов и пастбищ не более 5-7;

- для садов не более 11;

- для посадки леса (кустарников и деревьев) не более 18;

- для организации зон отдыха, лыжных горок и т.д. не более 25-30.

Рисунок 15 - Технологическая схема террасирования и выполаживания закрытой свалки

Условные обозначения: Iр.п. - приращение горизонтальной проекции линии откоса; () - угол естественного откоса отходов; (₁) - угол откоса после выполаживания; b_тр - ширина горизонтальной поверхности террасы; h₁, h₂ - высота яруса; H - высота свалки отходов.

Верхний рекультивационный слой закрытых полигонов состоит из слоя подстилающего грунта и насыпного слоя плодородной почвы. В качестве искусственного подстилающего слоя (слабопроницаемое покрытие) применяются: плотные суглинки и глины толщиной не менее 200 мм и коэффициентом фильтрации не более 10 м³см /с; песчаное основание толщиной не менее 150 мм, связанное битумом III-IV категории; другие нетоксичные материалы, имеющие коэффициент фильтрации 10^-3 см/с.

Данные верхнего рекультивационного слоя приведены в табл.4.

Таблица 4

Высота верхнего рекультивационного слоя

Вид рекультивации	Высота рекультивационного слоя, см
	Высота подстилающего слоя	высота насыпного слоя плодородной почвы по зонам, см
		южная	средняя	северная
1	2	3	4	5
Посев многолетних трав	15-20	15	15	15
Пашня	15-20	25-30	20-25	15-20
Огороды	15-20	30-35	25-30	20-25
Луга	15-20	10-15	10-15	10-15
Сады*	15-20	25-40	25-40	20-25
	10-15	10-15	10-15
Кустарники	20	25-30	20-25	15-20
Деревья*	20	30-40	25-30	20-25
	10-15	10-15	10-15
* В числителе - высота слоя в посадочной яме, в знаменателе - высота слоя на рекультивируемом участке

Плодородные земли на закрытые полигоны завозятся из мест временного складирования почвенного грунта или других возможных мест их образования. Завоз плодородных земель производится автотранспортом. Планировка поверхности до нормативного угла наклона производится бульдозером. По окончании технического этапа участок передается для проведения биологического этапа рекультивации закрытых полигонов. Биологический этап рекультивации продолжается 4 года и включает следующие работы: подбор ассортимента многолетних трав, подготовку почвы, посев и уход за посевами. В первый год проведения биологического этапа производится подготовка почвы, включающая в себя дискование на глубину до 10 см, внесение основного удобрения в соответствии с нормой, с последующим боронованием в 2 следа и предпосевное прикатывание.

Затем производится раздельно-рядовой посев подготовленной травосмеси. Травосмесь состоит из двух, трех и более компонентов. Подбор трав для равносмеси должен обеспечивать хорошее задернение территории рекультивируемого полигона, морозо- и засухоустойчивость, долговечность и быстрое отрастание после скашивания.

При посеве травосмеси из двух компонентов норма высева снижается на 35%, а при посеве трехкомпонентной травосмеси - на 50% от нормы высева по видам трав. Глубина заделки семян 1-1,25 см, а крупные семена на глубину 3-4 см. Расстояние между одноименными рядками 45 см, а между общими рядками 22,5 см. Уход за посевами включает в себя полив из расчета обеспечения 35-40% влажности почвы, повторность полива зависит от местных климатических условий, скашивание на высоте 10-15 см и подкормку минеральными удобрениями в соответствии с нормой подкормки с последующим боронованием на глубину 3-5 см. В последующем на 2, 3 и 4 годы выращивания многолетних трав производится подкормка азотными удобрениями в весенний период, боронование на глубину 3-5 см, скашивание на высоту 5-6 см и подкормка полным минеральным удобрением 140-200 кг/га действующего начала с последующим боронованием на глубину 3-5 см и поливом из расчета 200 куб.м/га при одноразовом поливе. Через 4 года после посева трав территория рекультивируемого полигона передается соответствующему ведомству для осуществления сельскохозяйственного, лесохозяйственного или рекреационного направлений работ для последующего целевого использования земель.

2.5 Охрана труда, техника безопасности и противопожарные мероприятия

Для каждого полигона должна быть разработана инструкция по технике безопасности и охране труда. Эта инструкция должна включать основные положения, приведенные ниже.

Организация работ:

- въезд и проезд машин по территории полигона осуществляется по установленным на данный период маршрутам;

- разгрузку мусоровозов, складирование изолирующего материала (грунт, шлак, строительные отходы), работу бульдозера по разравниванию и уплотнению ТБО или устройству изолирующего слоя на полигонах производить только на картах, отведенных на данные сутки. В зоне работы бульдозеров запрещается присутствие людей и производство каких-либо других работ;

- присутствие посторонних на территории полигона запрещается.

Разгрузочные работы:

- транспортное средство, поставленное под разгрузку, должно быть надежно заторможено;

- при размещении автомобилей на разгрузочной площадке друг за другом расстояние между транспортными средствами (в глубину) должно быть не менее 2 м, а между стоящими рядом (по фронту) - не менее 4 м;

- устройство разгрузочных площадок на уплотненных бульдозером ТБР без изолирующего слоя не допускается;

- расстояние от внешнего откоса до разгружаемых автомобилей должно быть не менее 10 м;

- освещенность разгрузочных площадок в темное время суток должна обеспечивать нормальные условия производства работ (не менее 5 лк.).

Работы по уплотнению ТБО и устройству изолирующего слоя:

- при перемещении ТБО бульдозером под откос выдвижение ножа за край откоса запрещается, а расстояние от края гусеницы до края насыпи должно быть не менее 2,0 м;

- во избежание воспламенения бытовых отходов от выхлопных газов на выхлопную трубу бульдозера следует устанавливать искрогаситель. Бульдозер должен быть укомплектован огнетушителем;

- перед тем как сойти с бульдозера, машинист должен поставить рычаг переключения передачи в нейтральное положение и опустить отвал на землю;

- чтобы не обжечь руки и лицо кипятком и паром, пробку горловины водяного радиатора следует открывать только по истечении некоторого времени после остановки работы двигателя;

- для осмотра, технического обслуживания и ремонта бульдозер необходимо установить на горизонтальной площадке, отвал опустить на землю, выключить двигатель. При необходимости осмотра снизу следует отвал опустить на надежные подкладки;

- находится под поднятым отвалом бульдозера, удерживаемым штоками гидравлических цилиндров или канатом блочной системы, запрещается;

- запрещается допускать к техническому обслуживанию и устранению неисправностей бульдозера посторонних лиц;

- категорически запрещается до глушения двигателя находится в пространстве между трактором и рамой бульдозера, между трактором и отвалом или под трактором;

- поднимать тяжелые части бульдозера необходимо только исправными домкратами и талями. Применять ваги и другие средства, не обеспечивающие должной устойчивости, запрещается;

- регулировать механизмы бульдозера должны два человека, из которых один находится у регулируемого механизма, а другой - на рычагах управления. Особое внимание должно быть уделено безопасности в моменты включения муфты сцепления и рукояток управления;

- кабина, рычаги управления должны быть чистыми и сухими. Запрещается загромождать кабину посторонними предметами;

- при работе в ночное время бульдозеры должны быть оборудованы: лобовым и общим освещением, обеспечивающим достаточную видимость пути, по которому перемещается машина, видимость фронта работ и прилегающих к нему участков;

- освещением рабочих органов и механизмов управления;

- задним сигнальным светом.

Инструкция по технике безопасности должна содержать нормы выдачи спецодежды, производственной одежды, спецжиров, продолжительность отпусков, периодичность прохождения инструктажа по технике безопасности.

Каждый полигон должен иметь журнал по технике безопасности и охране труда, в который заносятся все рекомендации проверяющих организаций и данные о проведении инструктажей и занятий с персоналом объекта.

На полигоне должны быть разработаны конкретные меры по пожарной безопасности. Для выполнения повседневных работ, надзора за первичными средствами пожаротушения и организации тушения назначается ответственный за пожарную безопасность на полигоне.

Полигоны должны быть обеспечены первичными средствами пожаротушения из расчета на 500 кв.м площади два пенных огнетушителя. В периоды особой пожароопасности целесообразно дежурство поливомоечных машин. Необходим запас песка для целей пожаротушения на территории хозяйственной зоны. При загорании гудрона, используемого для гидроизоляции основания полигона, тушение осуществляется только с помощью песка.

Персонал полигона инструктируется о правилах пожарной безопасности при эксплуатации склада горюче-смазочных материалов и передвижной теплушки (в зимний период).

На видном месте хозяйственной зоны должна быть вывешена инструкция о порядке действия персонала при возникновении пожара, способы оповещения пожарной охраны города.

Санитарная безопасность

Медицинское обслуживание персонала полигона включает: установление по согласованию с СЭС периодичности медицинского обследования персонала, указания о необходимости осуществления профилактических противостолбнячных прививок, необходимость подготовки одного из рабочих по программе сандружинников. Персонал полигона должен быть обеспечен специальной одеждой, обувью и средствами индивидуальной защиты (респиратор). Персонал должен строго соблюдать правила личной гигиены и техники безопасности. Государственный санитарный контроль за выполнением санитарных требований осуществляется органами и службами санитарно-эпидемиологического надзора, обслуживающими территорию расположения полигона.

Безопасность при проведении технического этапа рекультивации

Рекультивируемые территории закрытых полигонов должны иметь размеры, обеспечивающие нормальный фронт работ для нужного числа автомашин. Освещенность рекультивируемых территорий в темное время суток должна обеспечивать нормальные условия производства работ. При размещении транспортных средств на рекультивируемой территории друг за другом расстояние между ними (в глубину) должно быть не менее 2 м, а между стоящими рядом (по фронту) - не менее 4 м. Если автотранспорт устанавливают для разгрузки вблизи внешнего откоса, то расстояние от этого откоса до транспорта должно быть не менее 10 м. Автотранспорт, поставленный под разгрузку, должен быть надежно заторможен ручным тормозом с включением низшей передачи или заднего хода.

В местах разгрузочных работ запрещается находиться лицам, не имеющим прямого отношения к производству этих работ. Работы по планировке рекультивируемой территории выполняются бульдозером.

При перемещении грунта бульдозером под откос выдвижение ножа за край откоса запрещается, а расстояние от края гусеницы до края насыпи должно быть не менее 2,0 м.

Для лиц, работающих на рекультивируемых полигонах, должны быть оборудованы санитарно-бытовые помещения. Для оказания первой помощи, при травмах и несчастных случаях на каждом полигоне при проведении рекультивации должна быть аптечка с запасом медикаментов и перевязочных материалов.

Рекультивируемый полигон должен быть обеспечен первичными средствами пожаротушения из расчета на 10000 кв.м площади два пенных огнетушителя. Необходим запас песка для целей пожаротушения на территории хозяйственной зоны.

Для выполнения повседневных работ, надзора за первичными средствами пожаротушения и организации тушения назначается ответственный за пожарную безопасность на полигоне. На видном месте хозяйственной зоны должна быть вывешена инструкция о порядке действия персонала при возникновении пожара.

Безопасность при проведении биологического этапа рекультивации

Находиться на машинно-тракторном агрегате во время его работы и на участке производства работ разрешается только лицам, связанным с обслуживанием и выполнением технологического процесса. Прицепка к трактору и навеска сельскохозяйственных орудий на трактор или самоходное шасси должны производиться лицами, обслуживающими данный агрегат, с применением инструмента и подъемных приспособлений, гарантирующих безопасное выполнение этих операций. Трактористу надо вести трактор при малых оборотах двигателя, без рывков, внимательно смотреть назад и все время держать ногу на педали или руку на рычаге главной муфты сцепления.

Соединять прицепную серьгу трактора с прицепным устройством можно только тогда, когда трактор остановлен и передача выключена.

При механической обработке почвы очистку рабочих органов проводят при остановленном агрегате, опущенных рабочих органах и в рукавицах с применением специально приспособленных чистиков. Управлять рабочими органами, переводить их в рабочее или транспортное положение как у навесных, так и у прицепных машин можно только из кабины трактора.

Для безопасности работы на посевных, посадочных и уборочных машинах необходима их техническая исправность, наличие защитных кожухов над зубчатыми, цепными и карданными передачами, исправные сиденья, рабочие площадки и подножные доски, поручни, перила со стороны спины сеяльщика, лопатки и крючки для очистки сошников, высевающих аппаратов и разравнивания семян.

Каждая сеялка в агрегате обслуживается одним сеяльщиком; заправка сеялок семенами и удобрениями проводится механизированным способом, ручная заправка проводится только при остановленных агрегатах.

Смену и заточку ножей косилок, жаток проводят в рукавицах и, в зависимости от условий и применяемых приспособлений, в защитных очках. К работе с удобрениями допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие инструктаж с проверкой знаний по технике безопасности и производственной санитарии при обращении с соответствующими видами удобрений и способами оказания первой доврачебной помощи при отравлении и других несчастных случаях.

При загрузке, транспортировке и внесении удобрений необходимо, чтобы пыль от них не попадала на работающих, кабину трактора и автомашины. Запрещается водителю, трактористу и другим лицам во время погрузки удобрений находиться в кабине и на подножках, а также производить техническое обслуживание и ремонт автомашин и тракторов.

Водитель, тракторист должен следить за погрузкой с расстояния, гарантирующего от попадания на него удобрений. Удобрения не должны возвышаться над верхними краями бортов кузова разбрасывателя. Во время погрузки в кузов автомашин разбрасывателя минеральных удобрений рабочие органы грейферных и фронтальных погрузчиков должны проходить сбоку или сзади автомашины (трактора).

Для предотвращения распыливания удобрений при разбрасывании в ветренную погоду на разбрасыватель должны навешиваться ветрозащитные устройства. Разбрасывание удобрений вручную с движущегося транспортного средства запрещается. Между рабочим, находящимся в кузове, и трактористом или шофером должна быть установлена двусторонняя сигнализация. Для защиты глаз от пылевидных материалов должны использоваться очки закрытого типа, герметичные, марки ПО-2 с резиновой полумаской или очки закрытого типа со скрытыми вентиляционными отверстиями С-1, С-5, С-35. Для защиты при работе с минеральными удобрениями следует использовать спецодежду, рукавицы "РК”, резиновые сапоги.

полигон отход экологический утилизация



2. Мировая практика решения проблемы размещения и утилизации отходов

2.1 Тяжелые металлы на полигонах ТБО

Североамериканская ассоциация по вопросам твердых отходов (Solid Waste Association of North America, или SWANA) провела серию исследований, направленных на изучение содержания и поведения тяжелых металлов на свалках ТБО.

Конгресс США определил нормы содержания тяжелых металлов в нормативном Акте о сохранении ресурсов и их восстановлении (Resource Conservation and Recovery Act, или RCRA, 1976). В этом же документе содержатся правила захоронения бытовых и промышленных отходов. Металлы, для которых нормы определены по вышеуказанному акту, называются металлами RCRA. К ним относятся мышьяк, барий, кадмий, хром, свинец, ртуть, селен и серебро. Эти металлы и являлись объектом изучения SWANA.

Было обнаружено, что в результате проведения программы по вторичной утилизации свинцово-кислотных аккумуляторов содержание тяжелых металлов на свалках ТБО в последние 15 лет снизилось, несмотря на рост захораниваемых предметов бытовой техники, в которых широко присутствуют тяжелые металлы.

Тяжелые металлы применяются в производстве различных предметов потребления, а также в промышленных процессах. В небольших количествах тяжелые металлы необходимы для жизнедеятельности живых организмов. Однако их повышенные концентрации представляют серьезную угрозу для жизни. Тяжелые металлы могут находиться в сточных водах, вымываемых из свалок ТБО, - фильтрате. На содержание тяжелых металлов в фильтрате оказывают влияние несколько факторов, включая состав ТБО, возраст свалки и характер водного режима.

Предполагаемый механизм, который способствует ограничению попадания тяжелых металлов в сточные воды, связан с последними стадиями разложения ТБО на свалках. Этот механизм включает в себя нейтральную либо щелочную среду, образование относительно нерастворимых солей тяжелых металлов, с ионами сульфида, карбоната и гидроксида, а также абсорбцию тяжелых металлов в массе ТБО.

Концентрация тяжелых металлов в сточных водах теоретически может увеличиваться в течение длительных промежутков времени, следующих за закрытием свалки, если нарушена система изолирующих экранов и воздух снова начинает поступать в свалку, способствуя возобновлению процессов аэробного разложения. Это предположение было опровергнуто исследованием, проведенным SWANA на основе компьютерного моделирования и ограниченного числа лабораторных исследований: даже если будет нарушена система изолирующих экранов на свалке ТБО, то в течение длительного промежутка времени не произойдет значительного поступления тяжелых металлов в сточные воды. Было установлено, что эмиссии тяжелых металлов в атмосферу также незначительны.

Предполагаемые механизмы, ограничивающие поступление тяжелых металлов в атмосферу, такие же, как и в случае сточных вод, т.е. нейтральная или щелочная среда, присутствие сульфидов и т.д.

2.2 Обезвреживание полигонного фильтрата

Известно, что полигонный фильтрат опасен для окружающей среды, так как насыщен органическими и неорганическими соединениями и бактериальными загрязнителями. При отсутствии качественных систем очистки фильтрат попадает в подземные и поверхностные воды. Решить эту проблему призвано внедрение специальных технологий для очистки фильтрата.

Система сбора фильтрата

Полигон захоронения ТБО, спроектированный в соответствии с современными экологическими требованиями, должен быть оборудован надежной системой сбора и удаления фильтрата. Система сбора фильтрата - это дренажные трубы, размещенные в нижнем противофильтрационном экране или над ним, для сбора, отвода, хранения и возможной обработки фильтрата. Поток фильтрата, проходя через обратный фильтр, попадает в дренаж, выполненный из пластиковых перфорированных труб, размещенных не более чем в 20 м друг от друга. Альтернативой этим трубам может служить специальная система из геосинтетических материалов, которая будет собирать фильтрат и отводить его в специальную емкость для последующего удаления.

На объемы фильтрата, образовавшегося в толще полигонов, существенно влияют осадки и плотность складированных ТБО. Уплотнение отходов на свалке снижает проницаемость свалочного грунта, что уменьшает объем образующегося в нем фильтрата, но не решает всех проблем негативного его воздействия на окружающую среду. Для компактирования отходов применяют обычные дорожные машины, такие, как бульдозеры на гусеничном ходу, а также специальные тяжелые компакторы со стальными зубчатыми колесами. Использование компакторов позволяет уплотнять тело захоронения до 0,7--0,8 т/м3. Так как состав отходов определяет состав образующегося фильтрата, он должен учитываться как на стадии строительства полигона, так и в процессе его эксплуатации. Собираемый, а затем отводимый дренажной системой фильтрат обычно токсичен, поэтому его необходимо очищать. Состав фильтратов на свалках ТБО отличается многообразием загрязняющих компонентов, среди которых тяжелые металлы, галогенпроизводные, биологически окисляемые органические вещества, азот в различных формах, растворители, соли и др. Специалисты отмечают, что обезвредить фильтраты труднее, чем обработать канализационные стоки: фильтраты могут иметь в 200 раз и более высокую химическую потребность в кислороде (ХПК), а их состав и объем меняются в достаточно широком диапазоне как по годам, так и по сезонам года. Достаточно часто технологии, разработанные для обработки фильтрата одной свалки, теряют свою эффективность по мере ее старения и не всегда могут быть использованы на другой свалке.

Широко применявшийся ранее способ распределения фильтрата по поверхности почвы в целях самоочищения в ходе естественных биологических, физических и физико-химических процессов признан опасным, способствующим полному уничтожению плодородия почвы. В целом методы обработки фильтрата свалок ТБО предполагают:

· обработку фильтрата совместно с бытовыми сточными водами и по- дачу на поверхность свалки по замкнутому циклу;

· биологическую обработку (аэробную и анаэробную);

· физико-химическую обработку (химическое осаждение, химическое окисление, адсорбция с применением активированного угля, обратный осмос и др.).

Совместная обработка фильтрата и бытовых сточных вод

Перекачка фильтрата со свалок в канализационные сети для дальнейшего обезвреживания его вместе с городскими бытовыми стоками -- наиболее распространенный метод. Основные трудности, возникающие при этом, связаны с высокой концентрацией органических и неорганических компонентов, имеющихся в фильтратах как новых, так и старых свалок. Совместная обработка фильтратов с бытовыми сточными водами допускается только тогда, когда объем фильтрата не превышает 5 % подачи стоков на очистную установку. При больших объемах перекачиваемого фильтрата ухудшается качество очистки стоков, увеличивается коррозия узлов очистной установки.

Высокие концентрации тяжелых металлов в фильтрате могут помешать и даже полностью исключить возможность использования в сельском хозяйстве осадка сточных вод в качестве удобрения. Широко распространена технология распределения собранного фильтрата по поверхности складируемого материала как одна из самых дешевых и ускоряющих процесс стабилизации закрытых свалок. Установлено, что для стимулирования процесса биологического разложения органического вещества в нем должно содержаться от 50 до 70% влаги. В засушливых районах или в жаркое сухое время года фильтрат, подаваемый на поверхность свалки, повышает биологическую активность процессов, в результате чего снижается концентрация органических загрязняющих веществ и соответственно увеличивается минерализация отходов, повышается эффективность свалки как генератора биогаза. Вместе с тем сокращение сроков биологической стабилизации свалки требует строгого учета ее гидрологических условий, равномерного распределения фильтрата по поверхности, постоянного контроля кислотности (рН) материала свалки. При значительных отклонениях от рН 7 снижается активность анаэробной заселенности микроорганизмами, увеличиваются сроки разложения органики.

Необходимо учитывать и тот факт, что подобная технология способствует лишь уменьшению объема фильтрата в результате его испарения, но не устраняет его полностью. При этом концентрация загрязняющих веществ в конечном стоке будет более высокой.

Биологическая обработка фильтрата

В последние годы за рубежом достаточно широкое применение получили способы биологической очистки фильтрата. Их делят на аэробные и анаэробные в зависимости от того, требуется ли поступление кислорода в среду биологической обработки или нет. При аэробной обработке органические загрязнители преобразуются в углекислый газ и воду, а твердые биопродукты возвращаются в фильтрат. При анаэробной обработке органические вещества преобразуются в биогаз, состоящий в основном из углекислого газа и метана, и твердую фазу - ил.

Анаэробная обработка фильтрата обеспечивает микробиологический анаэробный процесс в свалке. Она наиболее эффективна в условиях высоких концентраций органических веществ, характерных для новых свалок.

Основные преимущества анаэробной очистки фильтрата (по сравнению с аэробной):

- не требуется подачи кислорода в обрабатываемую среду;

- значительно уменьшаются затраты энергии;

- 85-90% органического вещества преобразуется в биогаз;

- образуется меньшее количество осадка, что облегчает его утилизацию;

- требуется меньше добавок для питания микрофлоры;

- уменьшаются размеры установки и соответственно площади и капитальные вложения на их строительство;

- быстрее погибают патогенные организмы, особенно в термофильном режиме;

- устраняются неприятные запахи;

- увеличивается минерализация анаэробного осадка при удалении тяжелых металлов, что повышает ценность его как удобрения;

- практически не требуется осаждения анаэробного осадка.

Недостатки анаэробной очистки фильтрата:

- необходимость высоких (более 30°С) температур для достижения эффективной кинетики процесса;

- сложность работы в период пуска и необходимость строгого контроля условий процесса;

- меньшая эффективность удаления тяжелых металлов;

- необходимость дополнительной обработки для получения требуемой степени очистки.

Физико-химическая обработка фильтрата

В целях уменьшения содержания тяжелых металлов в осадке, получаемом при биологическом обезвреживании фильтрата свалок и полигонов, проводят дополнительную обработку его химико-физическими методами. Для осаждения загрязняющих веществ при физико-химической обработке фильтрата обычно используют известь или глинозем. При этом фильтрат осветляется в результате укрупнения мелких взвешенных твердых частиц и удаления тяжелых катионов. В то же время выделяется большое количество осадка, а ХПК снижается не более чем на 40%. Химическое окисление при использовании C_l2, Са(СlO)₂, KМnО₄ или О₃ дает лучшие результаты процесса осветления и снижает ХПК (до 48%).

Вместе с тем использование галогенов приводит к образованию опасных галогенных соединений. Адсорбция загрязняющих веществ с применением активированного угля в виде стержней или порошков позволяет достичь большего снижения концентрации органических веществ по сравнению с другими физико-химическими методами. Основной недостаток этого метода -- необходимость частой регенерации угольных стержней и, как следствие, большой расход угольного порошка. Метод адсорбции с применением активированного угля используют только как последнюю, как правило, третью ступень очистки фильтрата. Конечное снижение ХПК при этом может составить 85%.

Для предотвращения засорения мембран коллоидными веществами фильтрат предварительно обрабатывают известью (до рН 12), затем серной кислотой (до рН 3…6) и осаждают, добавляя CaSO₄. Предварительная обработка фильтрата уменьшает его мутность почти на 90%. Мембраны снижают содержание тяжелых металлов на 85-99% от уровня растворенных твердых веществ. Преимущества физико-химических способов очистки фильтратов свалок заключаются в быстром запуске процесса, возможности его автоматизации, нечувствительности к колебаниям температуры, простоте применяемых в большинстве случаев материалов и оборудования. В то же время физико-химические способы имеют и серьезные недостатки: большие объемы образующихся осадков вследствие использования флокулянтов, высокую стоимость оборудования, химических реагентов и значительные затраты на эксплуатацию. Поэтому физико-химические способы применяют в основном для предварительной обработки фильтратов или на конечных ступенях после биологической очистки. Они наиболее эффективны при очистке фильтратов старых свалок и для удаления отдельных загрязнителей, присутствующих в аномально больших концентрациях. Вредные вещества, находящиеся в фильтрате свалок, различны по своей природе, а состав их очень обширен. Поэтому полностью очистить фильтрат каким-либо одним способом невозможно.

Необходимость сочетания различных методов очистки фильтрата диктуется также постоянным ужесточением требований к качеству очистки сточных вод перед сбросом их в канализацию и водные объекты. Выбору способа очистки или их комбинации предшествует наиболее полное изучение состава образующегося фильтрата.

При применении любого метода особое внимание необходимо уделять конечному твердому остатку (осадку, шламу, илу), загрязненность которого не должна препятствовать складированию остатка тут же на свалке, где очищается фильтрат.

2.3 Концепция экологически устойчивой свалки

Реализация задач

Находящаяся в равновесии с окружающей средой свалка на момент окончания срока ее реабилитации (обычно 30 лет) должна демонстрировать экологически приемлемый уровень накопления массы. Этот показатель должен стать базовым для оценки любой технологии или комбинации технологий, которые планируется привлечь для выполнения этой задачи. Вопросы предварительной обработки отходов, их обработки на месте захоронения и в период реабилитации должны решаться комплексно в расчете на достижение необходимых характеристик системы и с прицелом на обеспечение конечной цели -- экологической устойчивости полигона ТБО. Чтобы соответствовать требованиям концепции экологической устойчивости, свалки и полигоны поверхностного захоронения отходов должны достигать приемлемого уровня равновесия с окружающей средой в течение жизни одного поколения (30-40 лет). Реализация этого принципа на практике представляет собой одну из главных задач, стоящих перед учеными, которые занимаются вопросами захоронения отходов. При этом необходимо решить ряд как технических, так и юридических вопросов. Главные из них следующие: какие технологии и инструменты можно использовать для достижения экологической устойчивости; какие требования следует предъявлять к окончательному состоянию полигона ТБО, когда можно считать, что он достиг равновесия с окружающей средой; какие изменения и коррективы следует внести в существующие нормы для внедрения концепции экологической устойчивости свалок; какая юридическая и финансовая ответственность должна быть предусмотрена и каковы средства ее реализации?

Принцип баланса масс

Для реализации на практике концепции экологически устойчивой свалки полезным инструментом и средством сбора данных может стать модель баланса масс. Эта модель позволяет оценить влияние различных подходов к вопросам захоронения отходов и содержания свалок на снижение выделения вредных веществ в течение рассматриваемого промежутка времени. Оценка баланса масс обычно используется для изучения миграции веществ, которые входят в систему и покидают ее различными путями (рис. 16).

Рисунок 16 - Внешние факторы баланса масс полигона ТБО

При моделировании баланса масс используется способ упрощения системы до реактора в виде постоянно перемешиваемого бака (Continuous Stirred Tank Reactor -- CSTR). Такие упрощения также могут быть полезны для моделирования более сложных систем, для которых наличия одной модели CSTR недостаточно. Такая система будет описываться уже моделью с распределенными параметрами, использующей сеть моделей CSTR с возможностью обратной связи. Это и есть случай полигона для поверхностного захоронения отходов, различные части которого организуются по-разному. Основное предположение состоит в том, что концентрация определенного вещества в объеме V свалки всегда равномерно распределяется в пространстве. Если изменение концентрации происходит мгновенно во времени, то новая концентрация вещества равномерно распределяется по всей системе.

Если рассматривать свалку как реактор, где реакции и накопление массы происходят в условиях введения и выведения интересующего нас компонента (углерод, азот), связанного с отходами и выделениями вредных веществ (фильтрат, биогаз), то уравнение баланса масс можно представить следующим образом:

накопление = вход - выход ± реакция. (1)

Вход в уравнении (1) представляет собой массу вещества, проникающего в объем из различных источников и различными путями.

Если рассматривается n потоков компонентов отходов i с массой Qi (т в год), каждый с различной концентрацией в твердой фазе (хSi, мг/кг массы отходов), то математически это может быть выражено как

n

вход = ? Qi * хSi (2)

i = 1

Выход в уравнении (1) представляет собой массу вещества, покидающего свалку в составе биогаза (qG, м3 в год) и фильтрата (qL, л в год).

Если концентрации загрязняющего вещества в биогазе и фильтрате составляют соответственно qG (мг/л) и xL (мг/м3), то выражение принимает вид:

выход = xL * qL + xG *? qG (3)

Для различения собираемых фракций фильтрата и биогаза (qLr и qGr) и фракций, которые мигрируют бесконтрольно через барьеры в системе (qLD и qGD), можно написать следующее уравнение:

qL = qLr + qLd и qG = qGr + qGd. (4)

Член накопления, который представляет собой увеличение массы m в системе свалки со временем t, выражается следующим образом:

накопление = dm/dt. (5)

Накопленная масса свалки может подвергаться химико-физическим превращениям и будет становиться подвижной и переходить в жидкую фазу путем естественного выщелачивания (mmob) или превращаться в устойчивые неизвлекаемые соединения (mfix). Накопленная подвижная фракция должна удерживаться от неконтролируемого распространения в окружающей среде.

Реакционный член в уравнении (1) описывает способ покидания массой системы путем перехода в результате химического превращения в другие вещества. Наиболее просто реализовать такой процесс, приравняв его к нулю или описав кинетическим уравнением первого порядка (r, мг/м3 в год):



реакция = r*V. (6)

Реакция может происходить в анаэробных условиях с образованием обычного газа из органических отходов или в аэробных условиях с притоком воздуха и образованием окисленного газа. Общее равновесие системы представлено на рис.17 в соответствии с различными внешними и внутренними факторами, которые были описаны выше.

Рисунок 17 - Уравнение баланса масс

Преобразовывая уравнение таким образом, чтобы вынести в первую его часть те члены, которые характеризуют выделение фильтрата и газа, с математической точки зрения ясно видим, какие цели должен преследовать инженер при проектировании сбалансированных полигонов для захоронения отходов и каким образом можно достичь этих целей, а именно свести к минимуму неконтролируемое выделение вредных веществ (хL*qLd и хG*qGd). Последнее означает сведение к минимуму значений положительных членов во второй части уравнения массового баланса и максимальное увеличение значений отрицательных членов, а именно следующее: -- максимальное уменьшение значения массовой составляющей, введенной в свалку (? Qi * хSi), либо путем контролирования потока (Qi), либо путем контролирования качества (xSi); -- максимальное увеличение значения массовой составляющей, связанной с собранным биогазом и фильтратом (хLqLr и хGqGr), также при контролировании либо качества, либо количества; -- максимальное увеличение сдерживания проникновения в окружающую среду накопленной мобильной фракции (dm/dtmob) и стабилизация (фиксация) процессов (dm/dfix); -- максимальное увеличение скорости реакции разложения соединений, чему способствуют аэробные условия.

Несмотря на то, что существующие нормы требуют сведения к минимуму образования фильтрата, в уравнении массового баланса следует отметить важность присутствия воды в массе отходов как в качестве реагента для биологического разложения (влияние на скорость протекания реакций), так и в качестве средства, обеспечивающего перенос массы (смывание).

Максимальное уменьшение образования фильтрата может приводить к своего рода мумификации отходов, которая на очень длительный срок продлевает период потенциального выделения свалкой вредных веществ (по результатам отдельных исследований, до нескольких столетий), что противоречит любой концепции экологической устойчивости.

Возможности для контроля за балансом масс на полигоне ТБО

Существует много различных возможностей для достижения экологической устойчивости полигона отходов. В таблице рассматривается влияние разных способов обращения с отходами и эксплуатации свалок на основные параметры массового баланса. Основными возможностями являются минимизация количества отходов, их предварительная обработка перед захоронением, контроль за выделением фильтрата (рециркуляция, промывка) и такой альтернативный метод содержания полигона, как местная аэрация. Сейчас все еще ведется много споров на тему оптимальной длительности этапа предварительной обработки отходов, которая может предусматривать использование механических, биологических, термических и физико-химических методов. Предварительная механическая обработка (например, измельчение) отходов полезна с точки зрения уменьшения размера частиц отходов, ускорения биологических процессов, происходящих в теле свалки, а также усиления перевода биоразложимых веществ в газовую и жидкую фазы.

Биологическая обработка отходов позволяет снизить количество присутствующих в ней органических веществ, способствует развитию процессов разложения отходов и, более того, усиливает проницаемость массы отходов и уменьшает (путем более интенсивного образования фильтрата метанопродуцирующими бактериями) эффект закупоривания гранулированного слоя дренажной системы. Однако для получения хорошо стабилизированной массы отходов с очень невысоким потенциалом выделения вредных веществ биологическая очистка должна длиться не менее четырех месяцев, и это может оказаться неэкономичным.

Ускоренная биологическая обработка может быть связана с захоронением отходов в аэрируемых условиях, для того чтобы процесс стабилизации завершался на месте. Термическая обработка позволяет значительно снизить количество органических веществ и объем направляемых на захоронение отходов, хотя потенциальный уровень образования фильтрата при сжигании отходов еще предстоит оценить, особенно в случае объединения при захоронении обработанных таким способом отходов с необработанными. Реальное воздействие на окружающую среду таких комбинированных отходов при захоронении следует дополнительно исследовать. Рециркуляция фильтрата оказывает положительное влияние на перенос загрязняющих веществ в жидкой фазе, более того, она ведет к увеличению содержания влаги и лучшей диффузии субстрата и питательных веществ во всем теле свалки и усилению процессов разложения. Промывание обеспечивает усиление процессов разложения по тем же причинам. Кроме того, значительно увеличивается масса загрязняющих окружающую среду веществ, которые извлекаются на этапе жидкой фазы. Наличие аэробных условий в теле свалки стимулирует ускорение процессов биологического разложения по сравнению с обычными для свалок анаэробными условиями. Усиливается также и процесс образования немобильных соединений (гуминовых веществ). Максимальное увеличение переноса углерода в газообразной фазе достигается за счет принудительной аэрации и сбора выходящего газа.

...