Анализ технологии и технических решений захоронения промышленных и бытовых отходов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Кафедра охраны окружающей среды

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Экологические проблемы нефтегазового производства»

Тема: Анализ технологии и технических решений захоронения промышленных и бытовых отходов

Пермь, 2012



Введение

Одной из глобальных экологических проблем человечества на рубеже веков стала проблема возрастающего количества отходов. Огромную нагрузку в результате деятельности человека испытывают не только атмосфера и гидросфера, но и литосфера. В почву, самоочищение которой происходит очень медленно, поступает огромное количество отходов.

Серьезность влияния обработки и захоронения отходов на окружающую среду зависит от объема производимых отходов, их состава, количества незаконно захороненных отходов, количества размещенных на свалке отходов и стандартов на заводах по обработке отходов. Будущее влияние процесса управления отходами будет зависеть от того, как изменятся указанные факторы. Окончательная обработка отходов, на сегодняшний день, означает либо их захоронение на свалке, либо сжигание, и два этих вида окончательной обработки оказывают разное, но в обоих случаях негативное, влияние на окружающую среду.

Твердые промышленные и бытовые отходы (ТП и БО) засоряют и захламляют окружающий нас природный ландшафт. Кроме того они могут являться источником поступления вредных химических, биологических и биохимических препаратов в окружающую природную среду. Это создает определенную угрозу здоровью и жизни населения.

С другой стороны ТП и БО следует рассматривать как техногенные образования, которые нужно характеризовать содержанием в них ряда ценных практически бесплатных компонентов, черных, цветных металлов и других материалов, пригодных для использования в металлургии, стройиндустрии, машиностроении, в химической индустрии, энергетике, в сельском и лесном хозяйстве.

Цель работы: изучить различные типы отходов, места их захоронения (санкционированные и несанкционированные свалки).

Объект исследования: бытовой и промышленный мусор.

Предмет исследования: места захоронения промышленных и бытовых отходов.

Актуальность темы: экологические проблемы загрязнения окружающей среды, выброс отходов является проблемой номер один не только для Министерства по охране окружающей среды, но и для государства в целом. Отходы и наше обращение с ними привели к ряду экологических проблем, например, к выбросу газов, вызывающих парниковой эффект, тяжелых металлов и других экологически вредных химических веществ. Пока существует жизнь на земле, человечество производит отходы. Столько же времени будет существовать данная проблема.

Решение проблемы переработки ТП и БО приобретает за последние годы первостепенное значение. Кроме того, в связи с грядущим постепенным истощением природных источников сырья (нефти, каменного угля, руд для цветных и черных металлов) для всех отраслей народного хозяйства приобретает особую значимость полное использование всех видов промышленных и бытовых отходов.

В условиях рыночной экономики перед исследователями и промышленниками, перед муниципальными властями выдвигается необходимость обеспечить максимально возможную безвредность технологических процессов и полное использование всех отходов производства.

Сложность решения всех этих проблем утилизации твердых промышленных и бытовых отходов (ТП и БО) объясняется отсутствием их четкой научно-обоснованной классификации, необходимостью применения сложного капиталоемкого оборудования и отсутствием экономической обоснованности каждого конкретного решения.

Практическое значение: полученные данные можно использовать для информирования населения о влиянии отходов на здоровье человека, а также о важности хранения, утилизации и получения вторичного сырья, с целью уменьшения количество мусора на улицах города. А также о существование несанкционированных мест сбора мусора и административной ответственности за создание таких свалок на территории города и в окрестностях.

отход строительство полигон



1. Общие сведения об отходах. Классификация отходов

Общепринятой системы классификации отходов на сегодняшний день не существует. Поэтому на практике пользуются следующими классификациями.

1) по происхождению выделяют отходы производства и отходы потребления:

а) отходы производства (техногенные) - остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образующиеся в процессе производства продукции, которые частично или полностью утратили свои качества и не соответствуют стандартам.

Отходы производства являются очень мощным фактором, воздействующим на окружающую среду. Как известно, в готовую продукцию переходит лишь 2 - 10% сырья, все остальное превращается в отходы (то есть является неиспользованной частью сырья).

Производственные отходы являются следствием:

- несовершенства технологических процессов;

- несовершенного экономического механизма;

- неудовлетворительной организации производства.

Их можно классифицировать следующим образом:

- отходы, образующиеся при переработке сырья и материалов;

- отходы, образующиеся при добыче и обогащении полезных ископаемых (70 - 80% всей массы промышленных отходов составляют отходы горнодобывающей и горноперерабатывающей промышленности);

- вещества, улавливаемые при очистке отходящих газов и сточных вод.

б) отходы потребления (антропогенные) - изделия и материалы (товары, продукция), утратившие свои потребительские свойства в результате физического или морального износа. Зачастую они состоят из нескольких видов материалов, что затрудняет их переработку.

По приблизительным оценкам, ежегодно в России образуется около 7 млрд. т твердых отходов, всего на учтенных свалках накоплено около 65 млрд. т, на душу населения в год в России приходится до 15 т твердых отходов (с учетом всех отраслей народного хозяйства).

2) по источникам образования:

Система классификации основана на отраслевом принципе, то есть выделяют отходы различных отраслей промышленности (черной и цветной металлургии, химической, угольной и других отраслей промышленности).

3) по фазовому (агрегатному) состоянию отходы делятся на твердые, жидкие, газообразные и пастообразные. Фазовое состояние влияет на выбор методов и средств хранения, транспортировки и переработки отходов.

4) по токсичности

5) по возможности использования отходы делятся на:

а) вторичные материальные ресурсы (ВМР) - совокупность отходов производства и потребления, которые могут быть использованы в качестве сырья для выпуска полезной продукции (они уже перерабатываются или переработка их планируется);

б) отходы, которые на данном этапе экономического развития перерабатывать нецелесообразно. Они образуют безвозвратные потери, их предварительно обезвреживают в случае опасности и производят захоронение на специальных полигонах.

Существуют также и другие классификации (по возможности переработки, сфере использования, по составу и т.д.).



2. Промышленные и бытовые отходы

2.1 Общие сведения об отходах производства и потребления. Классификация

Одним из основных источников загрязнения урбанизированных территорий являются промышленные, образующиеся в результате производственного процесса, и твердые бытовые отходы (ТБО), возникающие в процессе жизни человека в жилище и амортизации предметов быта. Не меньшее значение как загрязнитель окружающей среды имеют и сточные городские воды, объединяющие производственные, бытовые и дождевые воды.

К примеру, в крупных городах Белоруссии ежегодно накапливается до 104 кг и более отходов на одного жителя, в целом же промышленными методами перерабатывается только 3,5% ТБО, остальное вывозится на свалки и полигоны.

Отходы потребления включают в себя:

1. твердые бытовые отходы (ТБО)

2. изношенная сложная бытовая техника

3. отходы от ремонта жилого фонда

Твердые бытовые отходы

ТБО являются крупнотоннажными отходами, представляют собой смесь органических и неорганических компонентов, различных по физическому состоянию, крупности и свойствам. Состав ТБО колеблется в зависимости от сезона года, величины населенного пункта, климатических условий, состояния благоустройства, уровня развития промышленности и других факторов.

Основная масса ТБО состоит из макулатуры, стеклянного боя, не пригодных к дальнейшему употреблению вещей домашнего обихода, пищевых отходов, квартирного и уличного смета, строительного мусора, оставшегося от текущего ремонта квартир, сломанной бытовой техники. Качественный состав ТБО практически не зависит от географического расположения города. Нормы накопления ТБО в городах в значительной мере зависят от степени благоустроенности жилищного фонда, специфичности объектов общественного назначения. Так, среди жилых домов наибольшее количество ТБО отмечено в неблагоустроенных домах с местным отоплением на твердом топливе и без канализации, а среди объектов общественного назначения, торговых и культурно-бытовых учреждений - на городских рынках.

ТБО образуются в результате разнообразной деятельности людей. Источниками их образования являются:

- жилые дома, гостиницы;

- хозяйственные учреждения, организации;

- магазины, предприятия общественного питания;

- коммунальные службы;

- промышленность и сельское хозяйство.

Норма накопления ТБО - это количество отходов, образующихся в единицу времени на расчетную единицу (величину).

В крупных городах нормы накопления несколько выше, чем в средних и малых. В зависимости от степени благоустройства и климатических условий норма накопления ТБО в городах России в настоящее время составляет 300 - 400 кг/год (с учетом больниц, магазинов и пр., но без промышленности). В Хабаровском крае норма накопления составляет 360 кг/ год, в том числе пластика - 180 - 250 кг/год, в г. Хабаровске - 410 кг/год, в г. Комсомольске-на-Амуре - 716 кг/год (данные по статистической отчетности очень сильно разнятся из-за различной степени охвата природопользователей в городах). В развитых странах норма накопления ТБО варьируется в пределах 0,365 - 1,1 т/год.

Анализ ТБО показывает, что:

- около 30% отходов по весу и 50% по объему составляют различные упаковочные материалы;

- 13% веса и 30% объема упаковочных материалов составляет пластик, в том числе одноразовая пластиковая посуда.

В развитых странах количество пластиковых отходов удваивается каждые 10 лет. Как известно, отходы из пластмассы создают стойкое загрязнение окружающей среды, практически не поддаются разложению. В ряде стран законодательно обязывают фирмы-производители принимать обратно до 90% упаковок и перерабатывать не менее 80%, ограничивают разнообразие упаковок, направляют на переработку алюминиевые банки для пива, консервные банки, пластиковые бутылки и т.п. В нашей стране все это прямиком идет на свалки.

ТБО содержат много полезных компонентов, которые можно предварительно выделять из общей массы отходов и рационально использовать, перерабатывать в полезные материалы, что значительно экономичнее получения материалов из природного сырья.

Точная информация о количестве, составе и свойствах ТБО необходима в следующих целях:

- для выбора контейнеров и автомобилей для вывоза мусора;

- для решения вопросов сбора, удаления, транспортировки, складирования, обезвреживания ТБО;

- для выбора оптимальной технологии переработки отходов;

- для определения размеров станции промежуточного хранения отходов;

- для определения энергетической мощности мусоросжигательного завода и выбора оборудования для него.

Строительные отходы

К ним относятся твердые минеральные отходы (керамзит, керамика, асбоцемент, гипс, отходы бетона), древесина и другие материалы, применяющиеся в строительстве. Эти отходы приравниваются к V классу опасности.

Промышленные отходы

К промышленным отходам относятся продукты, материалы, изделия и вещества, образующиеся в результате производственной деятельности человека, оказывающие негативное влияние на окружающую среду, вторичное использование которых на данном предприятии нерентабельно.

К токсичным промышленным отходам относятся физиологически активные вещества, образующиеся в процессе технологического производственного цикла и обладающие выраженным токсическим действием на теплокровных животных, а также на человека.

2.2 Классы опасности отходов

Все отходы подразделяются на пять классов опасности по воздействию на окружающую природную среду:

I класс опасности - чрезвычайно опасные. Период восстановления отсутствует (мышьяк, кадмий, ртуть, селен, цинк, свинец, фтор, бензопирен).

II класс - высоко опасные. Характеризуются высокой степенью воздействия на окружающую среду. Экологическая система сильно нарушена, период восстановления составляет не менее 30 лет после полного устранения источника вредного воздействия. Примерами отходов 2 класса опасности являются серная кислота отработанных аккумуляторов, аккумуляторы с неслитым электролитом.

III класс опасности - умеренно опасные. Период восстановления не менее 10 лет (барий, вольфрам, ванадий, марганец, стронций, ацетофенон).

IV класс опасности - малоопасные. Период самовосстановления не менее 3-х лет. Примерами являются ТБО от жилья, отработанные автомобильные покрышки, кусковые отходы ДСП, строительный мусор.

V класс опасности - практически неопасные. Характеризуется очень низкой степенью воздействия на окружающую среду. Экологическая система практически не нарушена. Примерами являются тормозные колодки, лом черных металлов, чистые отходы лесозаготовок.

Предприятия, участвующие в обращении с отходами, делятся на три категории (группы) с учетом класса опасности отходов, объемов их образования на предприятии и порядка обращения с ними.

К I категории (группе) природопользователей по обращению с отходами относят предприятия (организации), имеющие технологические циклы образования (обращения) отходов производства I и II классов опасности и/или применяющие в своей деятельности технологические операции по приему, сортировке, захоронению, обезвреживанию, рекуперации отходов, и прочие способы их утилизации.

Ко II категории (группе) природопользователей по обращению с отходами относят: предприятия (организации), имеющие технологические циклы (участки), где образуются производственные отходы III и IV классов опасности; природопользователей, не отнесенных к I и III группе.

К III категории (группе) природопользователей по обращению с отходами относят организации непроизводственной сферы, отвечающие следующим критериям: суммарное количество образующихся отходов не превышает 30 тонн в год; основную массу отходов составляют отходы V и IV классов опасности; масса отходов III класса опасности не превышает 1% от общей массы образующихся отходов; обустроенность мест размещения отходов исключает их вредное воздействие на окружающую среду.



3. Захоронение отходов

Одним из основных способов удаления ТБО во всем мире остается захоронение в приповерхностной геологической среде.

Под захоронением отходов понимается изоляция отходов, не подлежащих дальнейшему использованию, в специальных хранилищах в целях предотвращения попадания вредных веществ в окружающую природную среду.

3.1 Полигоны ТБО. Проектирование, строительство и эксплуатация

Традиционные свалки - места пассивного складирования ТБО, не отвечают современным требованиям экологической безопасности. В настоящее время зарождается новая концепция разработки полигонов, на которых осуществляется комплекс процессов переработки, утилизации, обезвреживания отходов, захоронения их конечных остатков.

Полигоны для ТБО - природоохранное сооружение для централизованного сбора и обезвреживания отходов, обеспечивающее защиту атмосферы, почв, поверхностных и подземных вод от загрязнения, препятствующее распространению болезнетворных организмов. По сравнению со свалками это более совершенный в санитарно-гигиеническом и экологическом отношении объект. Особенностями полигонов являются:

- уплотнение отходов, позволяющее увеличить нагрузку на единицу площади;

- послойное укрытие отходов;

- мероприятия по предотвращению проникновения фильтрата полигона в почву и подземные воды;

- сбор биогаза (при необходимости).

На территориях полигонов не допускается сжигание ТБО, и должны быть приняты меры по недопустимости их самовозгорания.

Все работы по складированию, уплотнению и изоляции ТБО на полигонах полностью механизированы, а после их закрытия производится рекультивация участка. Однако полигоны ТБО (в отличие от полигонов токсичных промышленных отходов) предназначены в основном для захоронения отходов и не предусматривают их специальной переработки.

Наряду с бытовыми отходами, на полигонах ТБО допускается захоронение части промышленных отходов. Условия размещения промышленных отходов на полигонах ТБО регламентируются СП 2.1.7.1038-01 «Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для ТБО».

Запрещен прием на полигоны отходов, пригодных к использованию в народном хозяйстве в качестве вторичных ресурсов, а также радиоактивных и биологически опасных отходов. При поступлении отходов на полигон должен осуществляться их радиационный контроль.

На полигонах ТБО допускается размещать промышленные отходы с W<85%, безопасные во взрывоопасном отношении, токсичность водной вытяжки которых не превышает токсичности фильтрата ТБО.

Токсичные промышленные отходы IV класса опасности, удовлетворяющие данным требованиям, могут приниматься на полигоны ТБО в неограниченном количестве (по согласованию с органами Роспотребнадзора). Их применяют для изоляции слоев ТБО, как изолирующий инертный материал в средней и верхней части карт полигона. Примерами данного вида отходов могут являться строительные отходы и отходы некоторых производств: битый кирпич, бетон, золошлаковые отходы ТЭЦ, мел, известняк, графит, асбестовая крошка и др. Такие отходы должны иметь однородную структуру с размером отдельных фракций не более 250 мм. БПКп водной вытяжки отходов не должна превышать 300 мг/л.

Токсичные промышленные отходы III класса опасности принимаются в ограниченных количествах (не более 30% массы поступающих ТБО). Их смешивают с ТБО в таком соотношении, чтобы водная вытяжка из смеси была не токсичнее фильтрата ТБО. БПКп водной вытяжки отходов не должна превышать 5000 мг/л. Заключение о возможности приема отходов дается на основе результатов анализов лабораторий полигонов или специализированных сертифицированных лабораторий предприятий - поставщиков отходов.

Токсичные промышленные отходы I-III классов опасности подлежат приему на специальные полигоны.

Городское управление коммунального хозяйства ежегодно утверждает и передает на полигоны список (перечень) предприятий с указанием, какие отходы и в каких количествах от них разрешено принимать. Лаборатория полигона ведет выборочный контроль доставляемых промышленных отходов.

Полигоны размещаются за пределами городов и других населенных пунктов. Размер санитарно-защитной зоны составляет от жилой застройки до границ полигона 500 м. В санитарно-защитной зоне запрещается размещение колодцев для питьевых целей. Размещение полигонов ТБО должно быть согласовано с генеральным планом или проектом застройки города и его пригородной зоны. Перед проектированием полигона заказчик с заинтересованными организациями (отдел по делам архитектуры и строительства, органы экологии, Роспотребнадзор, гидрологическая служба и др.) определяет район и участок для размещения полигона.

Предъявляются следующие требования к характеру грунтов и расположению грунтовых вод.

1. По гидрологическим условиям лучшими для основания полигонов являются глины и тяжелые суглинки (обладающие водоупорными свойствами, т.е. водонепроницаемые, с низкими значениями коэффициента фильтрации, не превышающими 10-5 см/с).

2. Выходы грунтовых и подземных вод в виде ключей и родников должны отсутствовать.

3. В геоморфологическом отношении предпочтение отдается ровным поверхностям (для отсутствия возможности смыва фильтрата атмосферными осадками или грунтовыми водами в водоемы). Под полигон также отводятся отработанные карьеры глины, овраги, участки свободные от ценных пород деревьев.

4. Грунтовые воды должны быть на достаточной глубине (свыше 2 м), чтобы можно было складировать отходы на большой глубине по экономическим соображениям.

5. Уровень грунтовых вод должен отстоять от основания полигона не менее чем на 1 м.

6. Нельзя использовать под полигон болота глубиной более 1 м, районы, затопляемые водами, районы геологических разломов, участки, расположенные ближе 15 км от аэропортов.

7. Не допускается размещение полигонов ТБО в зонах санитарной охраны источников водоснабжения и в водоохранных зонах, в зонах охраны курортов, рекреационных зонах, в местах выхода на поверхность трещиноватых пород.

Площадь участка, отводимого под полигон, выбирается из условия срока его эксплуатации (20-25 лет и более), может достигать нескольких сотен гектаров. При отводе участка под полигон выдается задание на дальнейшее его использование после закрытия полигона. Участки закрытых полигонов используют для создания лесопарковых комплексов, для устройства спортивных площадок, садов и огородов, строительства открытых складов строительных материалов и тары непищевого назначения т.п. Использование территории под капитальное строительство, особенно жилищное, не допускается. Также запрещена на этих территориях прокладка подземных коммуникаций из-за выделения ядовитых и взрывоопасных газов в течение длительного времени вследствие разложения органической части отходов.

Проектирование полигонов осуществляется в соответствии с «Инструкцией по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для ТБО». - М.: Минстрой РФ, 1996. Участок складирования ТБО - основное сооружение полигона, занимает 85-95 % площади полигона, разбивается на очереди эксплуатации (каждая очередь из расчета на 3-5 лет приема ТБО). На всей площади участка складирования проектируется котлован с целью получения грунта для промежуточной и окончательной изоляции слоев ТБО (таким образом, основание полигона получается в виде огромного корыта). Средняя глубина котлована составляет около 1,5 м, она рассчитывается из условия баланса земляных работ и уровня грунтовых вод (УГВ), который должен быть на 1 м ниже днища котлована.

Для полигонов, принимающих менее 120 тыс. м3 отходов в год, рекомендуется траншейная схема складирования. В этом случае устраиваются рабочие карты (траншеи), размеры которых составляют: длина - 30 … 150 м, ширина по верху - 5 … 12 м, глубина - 3 … 6 м. Траншеи устраивают перпендикулярно направлению господствующих ветров, что препятствует разносу ТБО.

Отходы укладывают слоями и уплотняют бульдозерами или дорожными катками послойно до глубины, равной 2 м, затем изолируют слоем грунта толщиной 0,25 м. В качестве изолирующего материала в зимний период разрешается использовать строительные или производственные отходы: шлаки ТЭЦ, битый кирпич, бетон, известь, мел, гипс, асбестоцемент. Для сокращения площади участка складирования полигон загружают многослойно (до высоты, равной 60 м). При этом устраивают пологий внешний откос (угол откоса 15?С). После заполнения полигона его поверхность покрывают растительным грунтом (толщиной 0,6… 1,5 м), предварительно снятым при строительстве полигона.

Срок службы полигона может быть увеличен путем применения измельчения или брикетирования (прессования) отходов в крупные блоки. Эти способы могут применяться и вместе, т.к. измельчение отходов улучшает качество брикетов. Измельчение осуществляется молотковыми дробилками ударного типа или мельницами с размалывающими колесами (шарами). При этом одновременно происходит растирание и рубка отходов, их объем уменьшается до 50%, материал становится гумусоподобным, запах и пожароопасность резко снижаются. Препятствием для измельчения является наличие в мусоре неразмалываемых и крупногабаритных предметов. Поэтому перед измельчением необходима сортировка мусора.

Брикетирование применяется в основном за рубежом (в США, Японии, Испании). Используются стандартные пресс-формы, которые сжимают несортированный мусор от первоначальной плотности, равной 0,2…0,25 т/м3 до конечной, равной 1,1…1,2 т/м3. Брикеты имеют форму призмы размерами 1,1 * 1,1 * 2,5 м, их масса составляет 3 т. Прессование производится на специальных площадках (мусороперегрузочных станциях), затем брикеты подвозят к полигону специальными машинами. Брикеты на полигонах укладывают штабелями высотой 5 - 8 м. При этом и высота складирования брикетов, и боковые откосы могут быть значительно больше, чем это допускается при засыпке полигона.

Метод брикетирования обладает следующими преимуществами:

- увеличивается срок службы полигона в 2 - 3 раза (за счет уплотнения отходов полезнее используется рабочий объем полигона);

- облегчается эксплуатация полигона (брикеты складируют, как кирпичи);

- исключается ветровой разнос мусора;

- не привлекаются грызуны, мухи и птицы;

- отсутствует пожароопасность (брикеты не поджигаются);

- объем прессованного мусора составляет 5 - 10% первоначального;

- просачивание воды внутрь брикетов практически отсутствует (в 20 раз меньше, чем для уплотненного грунта);

- резко снижается выделение биогаза из брикетов (примерно в 20 раз, в то время как на обычных полигонах оно составляет около 200 м3/т ТБО).

Закрытие полигона осуществляется после исчерпания площади, отведенной для захоронения, и отсыпки полигона на проектную отметку. Затем поверхность полигона рекультивируют для обеспечения возможности последующего полезного использования занимаемой территории. Направление рекультивации определяет дальнейшее целевое использование рекультивируемых территорий. Наиболее приемлемыми для закрытых полигонов являются следующие направления рекультивации: сельскохозяйственное, лесохозяйственное, рекреационное, строительное (неответственных сооружений).

Рекультивацию закрытых полигонов выполняют в два этапа. Технический этап включает исследование состояния тела полигона и его воздействия на окружающую природную среду, а также подготовку территории к последующему целевому использованию (планировка территории, выполаживание, террасирование, формирование откосов, создание рекультивационного покрытия, сооружение системы удаления биогаза, строительство дорог и др.). Биологический этап включает мероприятия по восстановлению территорий закрытых полигонов для их дальнейшего целевого использования (комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий). Сюда входят подготовка почвы, посев многолетних трав, уход за растениями. По склону высаживают зеленые насаждения и устраивают террасы. Дальнейшее использование территории после окончания рекультивационных работ разрешается не ранее, чем через год.

Рекультивацию территории закрытого полигона проводит организация, эксплуатирующая полигон, с участием предприятия, выполняющего дальнейшее целевое использование земель. Для проведения рекультивации разрабатывают отдельную проектно-сметную документацию.

При выборе участков для организации санитарии полигона должны учитываться потенциальные экологические ограничения. В толще уже закрытого полигона в течение 50-100 лет происходят процессы разложения органической части отходов микроорганизмами. Все это время полигон остается потенциальным источником загрязнения окружающей среды. Здесь можно выделить две основные проблемы.

1) Выделение газов при разложении отходов.

В первые дни, при свободном доступе воздуха, а также в верхней зоне полигона (глубиной не более 1,5 м) протекает аэробный процесс, который сопровождается выделением СО2 и повышением температуры отходов. После того, как весь свободный кислород будет израсходован, а также на более низких горизонтах начинается процесс анаэробного сбраживания с выделением биогаза, представляющего собой смесь метана CH4 (40 - 65%), углекислого газа CO2 (35 - 40%), сероводорода H2S и небольшого количества других примесей. Биогаз образуется в результате жизнедеятельности бактерий. Процесс сопровождается выделением теплоты, которая поддерживает в толще отходов сравнительно высокую температуру (30 - 40о С). Это создает потенциальную опасность взрыва CH4 и появления неприятных запахов. Выделение газа затрудняет проведение рекультивационных работ и требует специальных установок по его удалению. Поэтому на местах бывших крупных свалок и полигонов экономически выгодно наладить промышленное использование биогаза - метана. Теплотворная способность его - 6 кВт/ч (1 м3), а природного газа - 9,5 - 11 кВт/ч. Использование биогаза возможно как минимум через 5 - 10 лет в топливных или энергетических установках. Отвод биогаза необходимо вести из наиболее активной зоны, обычно лежащей на глубине 2 - 6 м от поверхности полигона.

В газосборную систему полигона входят:

- вертикальные газосборные скважины (колодцы диаметром 0,6 - 1,2 м, внутри которых имеются перфорированные трубы);

- горизонтальные газоприемные перфорированные (дырчатые) трубы из полиэтилена, уложенные в толще отходов.

Газ по системе трубопроводов отводится в специальные емкости для сбора и затем подается на утилизацию (сжигание). Компрессорная установка создает разрежение, необходимое для транспортировки биогаза к месту использования. Обычная засыпная свалка может выдавать газ в течение 10 - 12 лет, максимальная производительность ее приходится на 4-й год, а затем она медленно снижается. В России биогаз получают с 1996 г. из свалок гг. Мытищ и Серпухова.

2) Выделение фильтрата в процессе разложения отходов. Процесс разложения отходов сопровождается также выделением фильтрата - специфической темно-бурой жидкости с повышенным содержанием солей (нитратов, хлоридов, сульфатов). Фильтрат образуется при контакте дождевой, грунтовой или поверхностной воды с отходами. Часть фильтрата испаряется с поверхности, другая проникает вглубь, где вызывает медленный биотермический процесс разложения отходов с повышением температуры до 30С. Фильтрат должен скапливаться в корыте, оставаться в пределах полигона и не загрязнять поверхностные водоемы и подземные воды. При большом количестве осадков фильтрат забирается со дна насосными установками и разбрызгивается по поверхности отходов для интенсификации процесса испарения. Фильтрат также собирается дренажной системой. Дренаж выполняется из пластиковых перфорированных труб, уложенных с уклоном в слое высокопористого материала (щебня).

Собираемый и отводимый дренажной системой фильтрат чрезвычайно токсичен, он загрязнен сильнее канализационных стоков. Минерализация его составляет до нескольких десятков г/л, ХПК достигает 6 г/л, наблюдаются высокие концентрации тяжелых металлов. В связи с этим необходима его очистка и обезвреживание. Фильтрат может сбрасываться в канализационные сети для дальнейшего обезвреживания совместно с городскими стоками (если объем фильтрата не превышает 5% подачи стоков на очистные сооружения, в противном случае ухудшается качество очистки стоков, усиливается коррозия установок). Поэтому на полигонах применяют различные методы обработки фильтрата: физико-химические, химические и биохимические. При этом конечные и побочные продукты очистки (осадок, адсорбенты, зола, отходящие газы) должны быть обезврежены и по возможности утилизированы.

Гидроизоляция основания полигона при отсутствии подходящих грунтов предусматривается следующими способами:

- вязкая гидроизоляция осуществляется в виде грунтобитумного противофильтрационного экрана, с обработкой грунта основания органическими вяжущими веществами или отходами нефтеперерабатывающей промышленности (битум или нефть с добавление цемента) на глубину 0,2 - 0,4 м с одной или двойной пропиткой в зависимости от состава размещаемых отходов и климатических условий;

- пленочная гидроизоляция осуществляется из двух слоев полиэтиленовой пленки толщиной 0,2 мм каждая, стабилизированной сажей, между которыми укладывается слой песка. Устраиваются также подстилающий и защитный (верхний) песчаные слои. Это эффективный и дешевый метод, однако он имеет существенные недостатки (необходимость тщательной планировки поверхности, трудоемкость соединения швов пленки, возможность химического разложения пленки компонентами отходов).

Полигон оборудуется подъездной дорогой, соединяющей существующую транспортную магистраль с участком складирования, имеющей твердое покрытие (асфальт, железобетонные плиты), рассчитанной на двустороннее движение, с уклономдо 8.

Хозяйственная зона полигона площадью 0,3-1 гектара проектируется на пересечении подъездной дороги с границей полигона. В ней размещаются бытовые и производственные здания для персонала, навес или гараж для размещения машин и механизмов, мастерская для ремонта машин и механизмов, контрольно-пропускной пункт, весовая, склады и др. объекты.

Рассмотрим группу инженерных сооружений полигона.

Водоснабжение на крупных полигонах (более 360 тыс. м3/год), при периоде эксплуатации более 15 лет обеспечиватся из артезианских скважин. В других случаях мойка контейнеров осуществляется с помощью поливомоечных машин (то есть водоснабжение обеспечивается привозной водой по согласованию с органами Роспотребнадзора).

Удаление стоков от мойки контейнеров (водоотведение) осуществляется либо по бессточной схеме (стоки отстаиваются в грязеотстойниках и подаются для испарения на поверхность рабочих карт полигона), либо с использованием городской системы канализации (при наличии канализационного коллектора на экономически оправданном расстоянии).

Контрольно-дезинфицирующая зона устраивается на выезде из полигона, включает железобетонную ванну для обмыва колес мусоровозов. Ванну заполняют 3%-м водным раствором эффективного дезинфицирующего средства - лизола и опилками.

Сборный железобетонный резервуар или пруд для пожаротушения емкостью 100 м3. Расход воды на наружное пожаротушение составляет 10 л/с.

Наружное освещение территории полигона предусматривается прожекторами, устанавливаемыми на мачтах высотой 16 - 20 м в полосе зеленой зоны шириной 5 - 8 м, устраиваемой по периметру полигона.

Легкое ограждение по периметру всей территории полигона, его могут заменить вал высотой до 2 м или осушительная траншея глубиной более 2 м.

Полигоны, особенно недостаточно хорошо оборудованные, могут являться источником загрязнения окружающей среды. В местах захоронения отходов ухудшение экологической обстановки связано с загрязнением практически всех компонентов окружающей среды: атмосферы, почв, поверхностных и подземных вод. В связи с этим в местах захоронения отходов необходимо осуществлять мониторинг окружающей среды (самого участка захоронения и прилегающей территории).

Наиболее активно полигоны действуют на подземные воды. В местах складирования отходов возможно формирование антропогенных водоносных горизонтов с высоким уровнем загрязнения. Основным источником загрязнения является уникальный по своей токсичности фильтрат. Поэтому полигоны оборудуют устройствами по контролю качества грунтовых вод (ГВ). В зеленой зоне полигона проектируются мониторинговые скважины. Одна скважина закладывается выше полигона по потоку ГВ с целью отбора проб воды, на которую отсутствует влияние фильтрата с полигона. Ниже полигона по течению ГВ закладываются две скважины на расстоянии друг от друга 100 - 200 м, они учитывают влияние полигона на состояние грунтовых вод.

Поверхностные воды контролируют выше и ниже полигона, а также в водоотводных канавах. Если в пробах, отобранных ниже по потоку, концентрации загрязняющих веществ значительно превысят фоновые, необходима разработка соответствующих мероприятий.

Атмосферный воздух загрязняется за счет выделения большого количества газообразных вредных веществ (метана, сероводорода и др.), теплового загрязнения, пыли и мелких фракций, которые разносятся ветром с территории полигона. Контроль состояния атмосферы предусматривает ежеквартальный отбор проб атмосферного воздуха над отработанными участками полигона и на границе санитарно-защитной зоны на наличие соединений, выделяющихся в процессе биохимического разложения ТБО.

Контроль состояния почв в зоне возможного влияния полигона предусматривается по химическим, микробиологическим и радиологическим параметрам. Экологическое состояние почвенного покрова оценивается по степени засоленности легкорастворимыми солями, загрязнению тяжелыми металлами, по наличию органических загрязняющих веществ, по реакции среды.

Размещение отходов на полигонах имеет ряд недостатков:

- длительное отчуждение значительных площадей земельных ресурсов;

- возможное загрязнение поверхностных и грунтовых вод;

- попадание в атмосферу ядовитых примесей и токсичных газов;

-безвозвратная потеря ценных компонентов отходов.

Следовательно, необходим переход от полигонного захоронения ТБО к их промышленной переработке. Вместе с тем стоимость строительства полигонов примерно в 4 раза дешевле, чем биохимическая переработка и компостирование.

3.2 Полигоны для токсичных промышленных отходов

Наиболее полно решить проблему обезвреживания и захоронения токсичных промышленных отходов могут спецполигоны. Они идентичны полигонам ТБО, однако специфика их обусловлена более высокой токсичностью отходов.

Полигоны промышленных отходов - это природоохранные сооружения (объекты), предназначенные для централизованного обезвреживания и захоронения токсичных отходов промышленных предприятий, научно-исследовательских организаций и учреждений. Обезвреживание промышленных отходов на полигонах является более прогрессивным способом, чем сброс их на свалки ТБО, так как на спецполигонах наряду с захоронением и сжиганием отходов также предусматриваются установки для промышленной переработки некоторых видов промышленных отходов.

Основным нормативным документом по проектированию полигонов является СНиП 2.01.28-85 «Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов».

В составе полигона предусматривается строительство трех основных объектов.

1. Завод по обезвреживанию токсичных промышленных отходов, предназначенный для сжигания и физико-химической переработки отходов с целью их обезвреживания или понижения токсичности, перевода в нерастворимые формы, обезвоживание и сокращения объема отходов, подлежащих захоронению.

2. Участок захоронения токсичных промышленных отходов - территория, предназначенная для размещения специально оборудованных карт или котлованов, куда складируют различные группы токсичных отходов.

3. Гараж специализированного автотранспорта.

Приему на полигон не подлежат следующие виды отходов:

отходы, для которых разработаны эффективные методы извлечения ценных компонентов;

радиоактивные отходы;

нефтепродукты, подлежащие регенерации.

Строительство полигонов производится на основе долевого участия предприятий и организаций, где имеются отходы. Размеры долевого участия определяются пропорционально затратам на уничтожение и захоронения отходов. Заказчиком полигона является предприятие, отходы которого требуют наибольших затрат на обезвреживание и захоронение. Построенные полигоны передаются для эксплуатации соответствующим коммунальным службам.

Требования к выбору земельного участка под полигоны промышленных отходов отражены в СанПиН 2.1.7. 1322 - 03 «Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления». Полигоны следует располагать:

в свободных от застройки, открытых, хорошо проветриваемых незатопляемых местах;

с подветренной стороны по отношению к населенным пунктам и зонам отдыха;

ниже мест водозаборов питьевой воды и рыбоводных хозяйств;

на землях, не пригодных для сельского хозяйства;

на участках со слабо фильтрующими грунтами (глины, суглинки, сланцы - водоупорные грунты с коэффициентом фильтрации, не превышающим 10-6 см/с);

на участках с УГВ, находящимся не менее чем в двух метрах от нижнего горизонта захороняемых отходов (заглубление которых составляет 7 - 15 м). При необходимости осуществляют инженерные мероприятия по снижению УГВ.

Полигоны нельзя размещать:

- на площадках залегания полезных ископаемых;

- в опасных зонах отвалов породы угольных и сланцевых шахт;

- в зонах возможной активизации опасных геологических процессов;

- в заболоченных местах;

- в зонах санитарной охраны курортов и не территориях зеленых зон городов;

- на землях, занятых лесами и лесопарками, являющимися местом отдыха населения;

- в зоне питания подземных источников питьевой воды;

- на участках, загрязненных органическими и радиоактивными отходами.

Размер участка захоронения токсичных промышленных отходов устанавливается исходя из срока накопления отходов в течение 20 - 25 и более лет (расчетный срок эксплуатации полигона).

Захоронению на полигонах подлежат твердые токсичные отходы I, II, III и при необходимости IV классов опасности. Способ захоронения зависит от класса токсичности и водорастворимости отходов.

Твердые и пастообразные негорючие водорастворимые отходы I класса опасности захораняются в герметичных металлических контейнерах с толщиной стенки не менее 10 мм. Размеры контейнеров не регламентируются, масса заполненного контейнера должна быть не более 2 т. Материал контейнера должен обладать коррозионной стойкостью по отношению к отходам, скорость коррозии материала не должна превышать 0,1 мм/год. Контейнеры захораняются в железобетонных бункерах с толщиной стенки не менее 0,4 м. Бункеры разделяются на отсеки (не менее 5). Объем каждого отсека должен обеспечивать прием контейнеров в течение 2-х лет. Поверхность бункера, соприкасающаяся с землей, гидроизолируется. Подтопление бункера грунтовыми водами не допускается. Наивысший уровень складирования контейнеров должен быть на 2 м ниже кромки бункеров. Заполненные отсеки сверху перекрываются железобетонными плитами, затем засыпаются слоем уплотненного грунта толщиной 2 м. Засыпка должна иметь выпуклую поверхность. Верхний слой засыпки толщиной не менее 0,15 м обрабатывается нефтью или битумом с одновременным добавлением цемента и уплотняется катками.

Водорастворимые ПрО II и III классов размещаются непосредственно в котлованах. При высоких значениях коэффициента фильтрации грунта предусматривается противофильтрационный экран (гидроизоляция дна и стенок откосов уплотненным слоем глины толщиной 1 м).

Водонерастворимые ПрО II и III классов изолируются слоем местного грунта.

К участку захоронения отходов предъявляются следующие требования.

1. Участок должен иметь ограждение из колючей проволоки высотой 2,4 м с устройством автоматической охранной сигнализации.

2. За ограждением следует бетонированный кольцевой водоотводящий канал для перехвата дождевых и талых вод (чтобы не допустить их попадания на внешнюю территорию). Отвод воды из канала осуществляется в ближайший водоток.

3. За каналом устраивают кольцевое обвалование высотой 1,5 м и шириной поверху 3 м, защищающее канал и окружающую среду от токсичных отходов.

4. За валом следует кольцевая автодорога с усовершенствованным покрытием из бетонных плит и въездами на карты.

5. Вдоль дороги устраивают ливнеотводные лотки или кюветы с облицовкой бетонными плитами.

6. Предусматривается наружное освещение территории в темное время суток.

Участок захоронения токсичных промышленных отходов делится на две зоны.

В производственной зоне размещаются карты с учетом раздельного захоронения отходов разных классов опасности. Захоронение в одной карте разноименных отходов допускается в случае, если они не образуют более токсичных, взрывоопасных веществ, а также если при этом не происходит газообразования. Размеры карт для захоронения не регламентируются. Глубина карт рассчитывается из условия баланса земляных работ. Объем карты должен обеспечивать прием отходов на захоронение в течение не более двух лет.

Участок захоронения должен быть оборудован системой сбора и удаления фильтрата. Дренажная система должна включать:

- герметизирующее покрытие, уложенное на основание хранилища (слой водоупорной глины);

- слой высокопористого материала (щебня);

- дренажные трубы на расстоянии не более 20 м друг от друга.

Общая схема канализации полигона должна быть бессточной, при этом незагрязненные сточные воды должны повторно использоваться для производственного водоснабжения, а загрязненные сточные воды необходимо подавать на испарение, очистку или сжигание.

В производственной зоне размещаются также контрольно-регулирующие пруды дождевых, талых и дренажных вод. Осветленные воды после контроля направляются:

- чистые - на производственные нужды или в кольцевой канал;

- загрязненные - в пруд-испаритель или на завод по обезвреживанию токсичных промышленных отходов.

Во вспомогательной зоне размещаются:

административно-бытовые помещения, лаборатория;

склады топлива и материалов для устройства водонепроницаемых покрытий;

котельная;

стоянка спецмашин и механизмов;

сооружение для чистки, мойки и обеззараживания спецмашин и контейнеров;

мастерская для ремонта машин и механизмов;

автомобильные весы;

контрольно-пропускной пункт.

На заводе по обезвреживанию токсичных отходов осуществляют централизованную переработку отходов, поступающих на полигон. В состав завода входит цех термического обезвреживания твердых горючих отходов и различные вспомогательные здания и сооружения. Сжигание отходов осуществляется в печах различных конструкций. Промышленные отходы перед сжиганием проходят ряд подготовительных операций (сортировка, дробление и др.). Современные установки по сжиганию отходов производят немецкие и чехословацкие фирмы. Температура в зоне горения должна быть не менее 1000 - 1200оС при содержании кислорода не менее 6%. Большая часть токсичных отходов при сжигании надежно обезвреживается, при этом объем отходов составляет около 10% первоначального. В процессе сжигания отходов образуются зола и шлаки, которые требуют дальнейшей утилизации или захоронения.

Самую сложную и дорогую часть цеха составляют очистные сооружения по очистке дымовых газов. Дымовые газы содержат в своем составе диоксид углерода, оксиды серы и азота, диоксины, твердые частицы (золу). Стоимость очистных сооружений составляет не менее 50% от общей стоимости мусоросжигательного завода. Применяется многоступенчатая схема очистки, включающая такие аппараты как водяные скрубберы, электрофильтры, текстильные фильтры и др. Горючие газы из печи поступают в теплообменник (котел утилизатор) для получения пара и электроэнергии.

В состав завода, помимо цехов обезвреживания отходов, также входят:

- административно-бытовые помещения, лаборатория;

- склады для отходов;

- автомобильные весы;

- спецпрачечная;

- механизированная мойка спецмашин, тары и контейнеров;

- ремонтно-механический цех;

- контрольно-пропускной пункт.

Размер СЗЗ участка захоронения токсичных промышленных отходов до населенных пунктов и открытых водоемов, а также до объектов, используемых в культурно-оздоровительных целях, устанавливается с учетом конкретных местных условий, но не менее 3000 м. Участки захоронения токсичных промышленных отходов следует размещать на расстоянии:

- не менее 200 м от сельскохозяйственных угодий, автомобильных и железных дорог;

- не менее 50 м от границ леса и лесопосадок, не предназначенных для использования в рекреационных целях.

В СЗЗ участка захоронения токсичных промышленных отходов разрешается размещение завода по обезвреживанию отходов, гаража специализированного автотранспорта и прудов-испарителей дождевых и дренажных вод.

Размеры СЗЗ завода по обезвреживанию токсичных промышленных отходов мощностью не менее 100 тыс. т в год следует принимать 1000 м, в других случаях - 500 м.

На территории полигона должен проводиться регулярный экологический контроль. В пределах санитарно-защитной зоны организуется сеть наблюдательных скважин, в каждом створе (по потоку грунтовых вод) не менее двух скважин, на расстоянии 50 - 100 м друг от друга. Одна скважина створа размещается на территории участка захоронения, другая - в СЗЗ. Скважины должны быть заглублены ниже УГВ не менее чем на 5 м. Согласно утвержденному графику, лаборатория полигона отбирает и анализирует пробы воды из скважин.

3.3 Отечественный и зарубежный опыт проектирования, строительства и эксплуатации полигонов

В настоящее время в нашей стране нет достаточного опыта проектирования современных полигонов. Имеющиеся литературные данные в основном касаются отдельного опыта проектирования полигонов за рубежом.

Первым в нашей стране, одним из самых современных и освоенных является опытный полигон для захоронения промышленных отходов «Красный бор» под Санкт-Петербургом, расположенный в 5 км от г. Колпино Ленинградской области и в 2,5 км от поселка «Красный бор».

Полигон был введен в эксплуатацию в 1970 году. Общая площадь его составляет 50 га, расчетный срок службы - 40 лет. Ежегодно на полигон привозят около 30 тыс. т промышленных отходов. Участок размещения полигона полностью удовлетворяет гидрогеологическим требованиям. На полигон принимаются осадки очистных сооружений и все промышленные отходы, за исключением радиоактивных и подлежащих регенерации. Особо опасные отходы (содержащие ртуть, мышьяк, цианиды и другие сильнодействующие ядовитые вещества) принимаются на полигон в герметично закрытых металлических контейнерах.

С 1975 г. на полигоне был внедрен термический метод обезвреживания жидких негорючих отходов. Несколько позже на полигоне был внедрен каскадный метод обезвреживания отходов гальванического производства, который также не связан с захоронением всего объема отходов и заключается в химической нейтрализации токсичных примесей. Нефтепродукты расслаиваются в бетонном бассейне, верхняя часть сжигается, нижняя - захоранивается. Разработана циклонная печь для сжигания отходов. Полученное тепло используется для упаривания сточных вод.

Опыт проектирования и эксплуатации полигона «Красный бор» был учтен при разработке СНиП 2.01.28-85, Пособия к нему 1990 г. и СП № 3183-40 «Порядок накопления, транспортировки, обезвреживания и захоронения токсичных промышленных отходов».

В 1973 г. был введен в действие экспериментальный полигон для захоронения отходов предприятий городов Дзержинска и Горького (в основном автомобильных заводов). Однако в 1991 г. полигон был закрыт по следующим причинам:

- неудовлетворительная система газоочистки при сжигании отходов;

- за счет плохой гидроизоляции основания полигона уже через два года подземные воды региона были загрязнены.

Однако надо заметить что эти проблемы свойственны не именно полигонному способу захоронения отходов, они являются общими для России на данной стадии нашего экономического развития и в принципе решаемы. Существует обширный зарубежный опыт создания надежных систем гидроизоляции полигона.

В заключение можно отметить, что в России и в странах СНГ в конце
80-х - начале 90-х годов были начаты проектно-изыскательские работы (разработана ТЭО и проекты строительства) по созданию полигонов в ряде городов (Москва, Новосибирск, Омск, Усть-Каменогорск, Киев, Днепропетровск, Кишинев). Однако их строительство так и не начиналось по следующим причинам:

...