Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учебное пособие

по курсовому проектированию:

для студентов, обучающихся по специальностям: 280202.65 - защита окружающей среды и 280401.65 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

Проект полигона захоронения твердых бытовых отходов

Владимир Иванович Сметанин

Игорь Александрович Соломин

Оксана Игоревна Соломина

Владимир Владимирович Сметанин



Оглавление

Введение

1. Общие положения

2. Этапы проектирования полигонов захоронения ТБО

3. Выбор участка под строительство полигона

4. Проект полигона ТБО

4.1 Состав проекта

4.2 Расчет необходимой площади отвода участка земли для строительства полигона захоронения ТБО

4.2.1 Организация сбора отходов

4.2.2 Расчет годовой нормы накопления ТБО в населенных пунктах

4.2.3 Определение проектной вместимости полигона

4.2.4 Расчет площади земельного участка для размещения полигона

4.3 Проектирование участка складирования

4.3.1 Расчет вместимости полигона

4.3.2 Проектирование кавальеров для складирования плодородного и минерального грунта

4.4 Прогноз техногенного влияния полигона ТБО на компоненты природной среды. Инженерные решения защиты окружающей среды

4.5 Защитные экраны полигонов

4.5.1 Общие положения

4.5.2 Природные геохимические барьеры

4.5.3 Противофильтрационные экраны в основании полигона, выполняемые в виде глиняного замка

4.5.4 Противофильтрационные экраны в основания полигона, выполняемые с использованием геосинтетических материалов

4.6 Проектирование котлованов

4.7 Проектирование противофильтрационных экранов на полигонах ТБО

4.7.1 Устройство нижнего глиняного противофильтрационного экрана

4.7.2 Устройство нижнего противофильтрационного экрана из рулонных геосинтетических материалов

4.8 Внутренний дренаж и система удаления фильтрата

4.8.1 Общие положения проектирования дренажа

4.8.2 Определение объема фильтрата, удаляемого из свалочного тела в период эксплуатации полигона

4.9 Проектирование нагорных каналов

5. Проектирование административно-хозяйственной зоны

6. Санитарно-защитная зона и система мониторинга

6.1 Санитарно-защитная зона

6.2 Система мониторинга

6.2.1 Программа мониторинга

7. Технология эксплуатации полигона

8. Закрытие полигона и передача участка под дальнейшее использование

8.1 Технический этап рекультивации

8.2 Проектирование системы дегазации полигона

8.3 Биологический этап рекультивации

9. Инженерно-технические мероприятия гражданской обороны. Мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций

Литература

Приложение



Введение

Рост численности городского населения и расширение производства сопряжено с увеличением количества образующихся отходов, которые при неправильном сборе, несвоевременном удалении и неудовлетворительном обезвреживании, ухудшают экологическую обстановку и наносят экологический ущерб окружающей среде в местах их образования, накопления и захоронения. Санитарная очистка городов от отходов производства и потребления является элементом обеспечения экологической безопасности городов и населенных пунктов.

Известно более 20 методов обезвреживания и утилизации отходов потребления. По каждому методу известны от 5 до 10 разновидностей приемов их обезвреживания и переработки.

Наибольшее распространение получил метод захоронения отходов на свалках и полигонах. В крупных городах с населением более 1 млн. человек применяют термические и биотермические методы обезвреживания.

Выбор оптимального метода обезвреживания и технологии переработки ТБО базируется, прежде всего, на минимизации негативного воздействия отходов на окружающую среду, здоровье человека, недопущении обострения социальных аспектов развития общества и повышении экономической эффективности процессов обезвреживания отходов и рационального использования земельных ресурсов.

Захоронение отходов производства и потребления на свалках и полигонах является наиболее широко практикуемым способом обезвреживания ТБО, но, к сожалению, оно порождает массу экологических и санитарно-гигиенических проблем. Но, несмотря на это, захоронение ТБО еще долгое время будет оставаться наиболее распространенным методом обезвреживания ТБО.

Поэтому, при изучении дисциплины “Утилизация и рециклинг отходов” уделяется большое внимание проектированию полигонов ТБО, как инженерно-экологического сооружения в системе природно-техногенного комплекса.



1. Общие положения

Полигоны захоронения ТБО - инженерно-экологические комплексы, предназначенные для централизованного приема ТБО, их обезвреживания и захоронения, предотвращающие распространение загрязняющих веществ в компоненты природной среды.

На полигоны захоронения ТБО принимают отходы потребления, отнесенные к 4 классу опасности.



2. Этапы проектирования полигонов захоронения ТБО

Создание полигона захоронения ТБО, как и любого объекта строительства, осуществляют в непрерывном инвестиционном процессе с момента возникновения замысла до сдачи объекта в эксплуатацию.

Проектная подготовка строительства с учетом действующего российского законодательства и зарубежной практики, как правило, состоит из трех основных этапов.

Первый этап - определение цели инвестирования, вид и объемы приема отходов на объекте строительства, морфологический состав и свойства отходов, срок эксплуатации, расчетный объем полигона и его требуемая площадь, перспективные участки строительства с учетом экономических и экологических требований. На основе необходимых исследований и проработок об источниках финансирования, условиях и средствах реализации поставленной цели с использованием максимально возможной информационной базы данных заказчиком проводится оценка возможностей инвестирования и достижения технико-экономических показателей.

С учетом принятых на данном этапе решений заказчик представляет, в установленном порядке, ходатайство (декларацию) о намерениях.

После получения положительного решения местного органа исполнительной власти заказчик приступает к разработке обоснований инвестиций в строительство.

Второй этап - разработка обоснований инвестиций в строительство на основании полученной информации, требований государственных органов и заинтересованных организаций в объеме достаточном для принятия заказчиком решения о целесообразности дальнейшего инвестирования, получения от соответствующего органа исполнительной власти предварительного согласования места размещения объекта (акта выбора участка) и разрешения на разработку проектной документации.

Третий этап - разработка, согласование, экспертиза и утверждение проектной документации, получение на ее основе решения об изъятии земельного участка под строительство.



3. Выбор участка под строительство полигона

Благоприятными земельными участками с точки зрения размещения полигонов считаются:

1) удаленные от аэропортов на 15 км и более, от сельскохозяйственных угодий и транзитных магистральных дорог на 200 м, от лесных массивов и лесопосадок, не предназначенных для рекреации, на 50 м;

2) на которых обеспечивается соблюдение 500 м санитарно-защитной зоны от жилой застройки до границ полигона;

3) с преобладанием в геологическом разрезе четвертичных отложений, экранирующих пород (в том числе моренных суглинков), характеризующихся коэффициентом фильтрации 10^-7м/с и менее;



4. Проект полигона ТБО

4.1. Расчет необходимой площади отвода участка земли для строительства полигона захоронения ТБО

Для обоснования требуемой площади для отвода земельного участка под складирование ТБО, в первую очередь, необходимо определить проектируемую вместимость полигона (Е_т).

Расчет ведут с учетом удельной обобщенной годовой нормы накопления ТБО на одного жителя, (включая ТБО из учреждений и организаций), количества обслуживаемого полигоном населения, расчетного срока эксплуатации полигона, степени уплотнения ТБО на полигоне.

4.1.1. Организация сбора отходов

В соответствии с исходными данными на проектирование полигона для захоронения ТБО предполагается организация сбора образующихся отходов в 4-х населенных пунктах (исходные данные - табл.1 в задании на курсовое проектирование). Участок, предназначенный для размещения полигона, расположен от самого дальнего пункта (пункт №3) на расстоянии 22,5 км и от самого близкого - на расстоянии 11,2 км (рис. 3 - в задании на курсовое проектирование). Сбор ТБО в населенных пунктах предполагается вести в устанавливаемые мусоросборные ёмкости (бункеры) вместимостью 0,75 м³. Транспортирование от мест накопления ТБО до полигона предполагается мусоровозами КО-415А с объемом кузова 23 м³. Расчет общей численности населения, обслуживаемого полигоном, выполнен в форме таблицы 4.1.

Таблица 4.1

Численность населенных пунктов, обслуживаемых полигоном

Номер населенных пунктов	Численность населения, тыс. чел.
2 3 4 5	Н2 = 107 Н3 = 74 Н4 = 73 Н5 = 89
?Н = 343

4.1.2 Расчет годовой нормы накопления ТБО в населенных пунктах

Таблица 4.2

Определение объема накопления ТБО

Объект образования отходов	Расчетная единица	Норма накопления ТБО, кг/год	Количество единиц	Всего, кг/год (гр.3)(гр.4)
1	2	3	4	5
Жилые дома благоустроенного типа	1 чел.	200	0,6 - 343000	41160000
Жилые дома неблагоустроенного типа	1 чел.	400	0,4 - 343000	54880000
Гостиницы	1 место	120	0,07 - 343000	2881200
Детсады, ясли	1 место	95	0,05 - 343000	1629250
Учебные заведения	1 ученик	24	0,03 - 343000	246960
Театры, кинотеатры	1 место	30	1000 мест	30000
Учреждения, офисы	1 сотр.	40	0,3 - 343000	4116000
Продовольственные магазины	1 кв.м	200	5000	1000000
Промтоварные магазины	1 кв.м	100	5000	500000
Рынок	1 кв.м	100	10000	1000000
Автовокзалы	1 кв.м	125	800	100000
Больница	1 койка	230	0,05 - 343000	3944500
Поликлиники	1 посещ.	30	0,9 - 343000	9261000
Всего:			Р = 120748910

Таким образом, суммарный объем накопления ТБО составит ?P = 120748910 кг/год

Суточная величина накопления ТБО составит:

,

где Т_год - количество дней в году, 365 дней.

Удельную норму накопления ТБО по массе определяют по формуле:

. .

При плотности отходов = 210 кг/м³, удельная норма накопления по объёму составит:

4.2.3 Определение проектной вместимости полигона

Проектную вместимость полигона (Е_т) определяют на расчетный период эксплуатации полигона

,

где Т - принимаемый срок эксплуатации полигона (определяется по табл. 1 исходных данных), Т = 20 лет;

У^* и У^** - удельные годовые нормы накопления ТБО на 1-й и последний годы эксплуатации полигона, м³/чел год;

У^* - удельная норма накопления ТБО по объему на 1-й год эксплуатации полигона определяется как удельная обобщенная годовая норма накопления ТБО на одного жителя, (включая ТБО из учреждений и организаций), табл. 4.2;

У^** - удельная норма накопления ТБО по объему на последний год эксплуатации полигона, определяется из условия ежегодного прироста ее по объему на 3%,

У^** = У^* (1,03)^Т-1 = 1,7 (1,03)¹⁹ = 3,1 м³/чел год;

Н^* и Н^** - соответственно количество обслуживаемого полигоном населения на 1-й и последний годы эксплуатации полигона, чел.;

к₁ - коэффициент, учитывающий уплотнение ТБО в процессе эксплуатации полигона за срок Т, определяемый по табл. 4.3.

Количество обслуживаемого полигоном населения в 1-й год (Н^*) определяется согласно исходным данным в таблице 4.1, (раздел 4.2.1), как Н^* = Н_i. Количество обслуживаемого полигоном населения на последний год эксплуатации полигона (Н^**) определяется согласно генеральному плану развития района застройки. Исходя из этого, ожидаемый ежегодный рост населения на равен 2%, тогда:

Н^** = Н^* (1,02)^Т-1 = 343000 (1,02)²³ = 499686 чел;

Проектная высота полигона определяется по графику, рис.1 в задании на проектирование, на последний год его эксплуатации. При численности населения 499686 человек высота полигона составит Н_пл = 30,0 м.

Согласно табл. 4.3 при Н_пл = 30,0 м > к₁ = 4;

к₂ - коэффициент, учитывающий объем изолирующих слоев грунта (промежуточных и окончательного), к₂ = 1,2.

Проектная вместимость полигона Е_Т составит:

4.2.4 Расчет требуемой площади земельного участка для размещения полигона

В состав полигона включают: подъездную дорогу, участок складирования ТБО, административно- хозяйственную зону.

Подъездная дорога соединяет существующую транспортную магистраль с полигоном и рассчитывается на двухстороннее движение шириной не менее 6,5 м.

На пересечении дороги с участком полигона размещают пост контроля въезда и выезда мусоровозов и административно- хозяйственную зону.

Таблица 4.3

Зависимость коэффициента уплотнения ТБО (к₁) от высоты полигона (Н_пл)

Полная проектная высота полигона (Нпл), м	к1
до 10 от 11 до 20 от 21 до 50 от 51 и более	3 3,7 4 4,5

Участок складирования - основное сооружение полигона. Он занимает около 85…95% площади полигона. Участок складирования обычно разбивают на очереди эксплуатации с учетом обеспечения производства работ по приему ТБО в течение 3…5 лет на каждой очереди.

Территория полигона должна быть защищена от затопления ливневыми и паводковыми водами, поступающими с водосбора. Для их перехвата по верхней границе участка проектируют нагорные каналы.

На расстоянии 1…2 м от нагорных каналов по периметру полигона размещают ограждение. На расстоянии 2 м от ограждения полигона производят посадку деревьев и кустарников.

На расстоянии 2…3 м от верхней кромки откоса котлована устраивают кольцевую дорогу с односторонним движением шириной не менее 3,5 м.

Между кольцевой дорогой и лесопосадками располагают кавальеры с плодородным и минеральным грунтом, которые в процессе эксплуатации полигона используют для изоляции отходов (рис. 4.1).

Требуемая площадь полигона (Ф) определяется по формуле

Ф = k_ЗФ_ус + Ф_доп,

где k₃ - коэффициент, учитывающий полосу вокруг участка складирования, к₃ = 1,1;

Ф_ус - площадь участка складирования, га;

Ф_доп - площадь участка административно-хозяйственной зоны.

Площадь участка складирования находят из формулы определения объема пирамиды (рис. 4.2):

,

где к₄ - коэффициент, учитывающий снижение высоты пирамиды до заданной Н_пл (рис.4.2); к₄ = 0,5.

Тогда

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.1 Горизонтальная планировка полигона

(I-IY) - очереди эксплуатации полигона:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1 - подъездная дорога; 2 - въезд на полигон с пунктом радиометрического контроля; 3 - административно- хозяйственная зона; 4 - нагорный канал; 5 - ограждение полигона; 6 - древесно-кустарниковая растительность; 7 - кольцевая внутрихозяйственная дорога; 8, 9 - временные отвалы соответственно плодородного и минерального грунта

Принимая размер участка административно-хозяйственной зоны

Ф_доп = 1 га, Ф = (1,1 х 39,97)+1 = 44,97 га.

Полигон размещают на плоском рельефе. Фактическая отведенная площадь участка составит:

Ф_отв = Ф+Д,

где Д - отвод земли для размещения подъездной дороги от автомагистрали до полигона, для дороги длиной L_дор = 4000 м и шириной В_дор = 6,5 м.

Д = (L_дор х В_дор) = (4000 х 6,5) = 26000 м² = 2,6 га.

Ф_отв = 44,97+ 2,6 = 47,57 га.



4.3 Проектирование участка складирования

4.3.1 Расчет вместимости полигона

Согласно заданию на проектирование, грунт в основании полигона представлен суглинком легким. Грунтовые воды расположены на глубине 6,0 м.

Принимаем решение - полностью удовлетворить потребность в минеральном грунте для промежуточной и окончательной изоляции за счет сооружения котлована в основании полигона.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.2 Расчетная схема для определения размеров полигона ТБО

Проектированный участок складирования ТБО площадью Фус = 204545,5 м² в плане имеет форму квадрата, тогда:

L_ус = B_ус = = = 632 м,

где L_ус = B_ус - соответственно, длина и ширина участка складирования, м (рис. 4.3).

После заполнения полигона отходами до проектных отметок участок складирования будет иметь форму усеченной пирамиды, а в поперечном сечении - трапеции (рис. 4.4).

Определяем размеры верхней площадки полигона захоронения отходов, (рис.4.5):

В_п = L_п = В_ус-2mН_пл = 632 -2?3?30 = 452 м,

где В_п и L_п - соответственно, ширина и длина верхней площадки участка складирования, м.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.3 Участок складирования ТБО в плане. Разрез А-А

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.4. Поперечное сечение участка складирования (без котлована)

Площадь верхней площадки участка складирования:

Ф_п = В²_п = 425² = 204304 м² = 20,4 га.

Максимальная допустимая высота полигона Н_пл^max определяется из условия заложения внешних откосов не менее чем m = 3 и необходимости создания верхней площадки размером обеспечивающей безаварийную работу мусоровозов и бульдозера.

Минимальная ширина верхней площадки определяется возможностью разворота мусоровоза (R_раз) и соблюдением условия движения мусоровоза не ближе в = 10 м от края откоса.

Тогда В_п^min = 2R_раз+2в,

а ее минимальная площадь равна:

Ф_п^min = (В_п^min)² = (2R_раз+2в)² = (2х9+2х10)² = 1444 м² = 0,14 га,

что значительно меньше принятой в проекте Ф_п = 10,2 га.

Максимально возможную высоту полигона определяют по зависимости:

Н_пл^mах = ,

где В_ус - ширина участка складирования, м.

Н_пл^mах = = 99 м.

С целью получения грунта для послойной и окончательной изоляции ТБО в основании полигона проектируют котлован. Среднюю глубину котлована рассчитывают из условия баланса земляных работ и учета положения уровня грунтовых вод. Дно котлована размещают выше уровня грунтовых вод не менее чем на 2 м.

Участок складирования разбивают на очереди эксплуатации из условия приема ТБО на каждой очереди в течение 3…5 лет

Фактическую вместимость полигона с учетом уплотнения ТБО рассчитывают по формуле для определения объема усеченной пирамиды:

Е_ф = ,

где Ф_ус и Ф_п - площади нижнего и верхнего оснований свалочного тела, м².

Вместимость котлована в основании полигона не учитывается, так как грунт, вынимаемый из него, расходуется на изоляцию ТБО.

В этом случае фактическая вместимость Е_ф равна объему ТБО в уплотненном состоянии, которая составит:

Е_ф = [399686 +102400+(399686+102400)^0,5] = 4022357 м³

Потребность в минеральном грунте (V_г) определяется по формуле

V_г = ,

где к₂ = 1,2.

Для изоляции 4022357 м³ ТБО после их уплотнения потребуется грунт в объеме:

V_г = 4022357 (1-) = 670393 м³,

Так как грунт, вынимаемый из котлована, расходуется на изоляцию ТБО, то потребность в изолирующем материале равна вместимости котлована.

Средняя проектная глубина котлована в основании полигона определяется по формуле:

Н_к =

где 1,1 - коэффициент, учитывающий откосы и картовую схему заполнения котлована,

Н_к = м, принимаем Н_к = 2,0 м.

При этом должно удовлетворятся условие:

Н_угв-Н_к-Н_эк?1м,

где: Н_угв - глубина залегания грунтовых вод, Н_угв = 6,0 м;

Н_эк - толщина защитного экрана в основании полигона (п. 4.5).

Таким образом: 6,0-2,0-1,0 = 3,0 м > 1 м, что подтверждает правильность принятых решений.

Обычно полигон ТБО разбивают на ярусы и очереди строительства и эксплуатации, (рис. 4.6). В курсовом проекте принята разбивка на пять очередей: четыре -- на первом ярусе, и одну -- на втором.

Каждую очередь эксплуатации полигона рассчитывают из условия обеспечения приема ТБО в течение времени

Т_оч = = = 5 лет

Площадь участка складирования каждой из четырех очередей эксплуатации в пределах первого яруса составит

ф_оч = = 51136 м²

А-А

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а б

Рис. 4.6 План и разрез высоконагруженного полигона захоронения ТБО: а - схема план полигона; б - разрез А-А; (I-Y) - очереди строительства и эксплуатации полигона



Объем отходов, складируемых в каждой очереди эксплуатации полигона, составит

V_оч = = = 659439 м³.

Высота первого яруса (с I-IY очереди) определяется по зависимости:

Н _{оч (I-IY)} = = = 14,2 м,

Учитывая послойное заполнение полигона отходами: 1,8…2,0 м - отходы и 0,2 м - минеральный грунт, количество укладываемых слоев с I по IY очереди 1-го яруса составит n_сл(I-IY) = = ?7 слоев. Принимаем - по 7 слоев укладки ТБО в каждую очередь 1-го яруса. Тогда высота 1-го яруса над уровнем поверхности земли составит Н^I = 2,0х7 = 14 м.

Объем котлована одной очереди составит

v_г^оч = = = 131887,5 м³_.

Наращивание высоты полигона 2-го яруса с отметки 14 м до проектной - 22 м будет производиться заполнением V-й очереди строительства и эксплуатации полигона.

После заполнения 2-го яруса будет выполнено окончательное его перекрытие. Количество слоев V-й очереди полигона составит

n_слY = = ? 6 слоев



Тогда общее количество слоев ТБО, укладываемых в тело полигона, составит:

N = n_слI-IY+ n_слY = 7+6 = 13 слоев.

Перед производством работ снимают плодородный слой почвы со всей площади участка складирования ТБО, который отсыпают во временные кавальеры, размещаемые в стороне от участка складирования. В последствии этот грунт используют для рекультивации полигона (рис. 4.7). Грунт вынимаемый, из котлована 1 очереди, складируют во внешний кавальер для последующего использования при устройстве промежуточной изоляции при заполнении 4 и 5 очередей формирования полигона.

4.3.2 Проектирование кавальеров для складирования плодородного и минерального грунта

а) Определение параметров кавальеров плодородного грунта

Плодородный слой снимают со всей площади участка складирования.

Объём растительного грунта составит:

V_p = (Ф_ус х1,1)хh_рхk_p = 204304х0,25х1,23 = 69105 м³,

где 1,1 - коэффициент, учитывающий площадь, отводимую для размещения водоприемных колодцев дренажной системы, кольцевой автодороги и временного кавальера минерального грунта, h_р - толщина растительного слоя, м, (h_р = 0,25 м по заданию, табл. 1); k_p - коэффициент разрыхления, k_p = 1,22…1,24, (принимается по ЕниР).

Длина кавальера принимается из условия размещения растительного грунта с двух сторон участка складирования ТБО (рис. 4.7):

L^p_кв = 2 х L_ус = 2 х 452 = 904 м.

Площадь поперечного сечения кавальеров растительного грунта составит:

F^p_кв = = 69105/904 = 76,4 м².

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.7 Схема расположения кавальеров плодородного и минерального грунтов (начало эксплуатации 1 очереди полигона): I-IV - очереди заполнения полигона на первом ярусе; 1 - участок складирования ТБО; 2 - кавальеры плодородного грунта; 3 - кавальер минерального грунта, извлекаемого из котлована первой очереди строительства полигона

Принимаем поперечное сечение кавальера в виде трапеции высотой Н^p_кв до 5 м и коэффициент заложения откосов - m = 3 (рис. 4.8). Используя формулу площади трапеции

F^p_кв = = ,

пределяем ширину кавальера по низу,

где F^p_кв - площадь поперечного сечения кавальера растительного грунта, м²;

Н^p_кв - высота кавальера растительного грунта (принята равной Н^p_кв = 4 м);

В^р_кв - ширина кавальера по низу, м;

b^p_кв - ширина кавальера по верху, (определена как b^p_кв = В^p_кв-2m Н_кв), м.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.8 Поперечное сечение кавальеров плодородного и минерального грунтов

Из условия баланса грунтовых масс

2F^р_кв = (В^p_кв+ В^p_кв-2m Н^p_кв) Н^p_кв,

определяем ширину нижнего основания кавальера плодородного грунта:

В^p_кв = = = 31,1 м.

Далее рассчитываем ширину верхнего основания кавальера:

b^p_кв = В^p_кв-(2 m Н^p_кв) = 31,1-(2 х 3 х 4) = 7,1 м.

Для размещения двух кавальеров плодородного грунта необходимо зарезервировать два участка общей площадью 26577 м², располагаемые с двух внешних сторон участка складирования ТБО (рис. 4.7).

б) Определение размеров кавальеров минерального грунта

По технологии заполнения полигонов ТБО в конце каждой рабочей смены производят изоляцию уложенных за смену отходов. Как отмечалось раньше, для этих целей используют минеральный грунт, извлекаемый из котлована. С целью уменьшения площадей, отводимых для временного размещения кавальеров, минеральный грунт, вынимаемый из котлована первой очереди строительства полигона, резервируют для изоляции ТБО, укладываемых в период эксплуатации четвертой и пятой очередей заполнения полигона. Изоляцию отходов, укладываемых в первую, вторую и третью очереди заполнения полигона, осуществляют минеральным грунтом, поочередно разрабатываемым в котлованах, предназначенных для возведения второй, третьей и четвертой очередей строительства полигона.

Геометрический объём минерального грунта, разрабатываемого в котловане первой очереди строительства полигона, составляет 131887,5 м³_.

Объем грунта укладываемого во временный кавальер с учетом его разрыхления, составит

V^м_1оч^. = V_г^оч?k_p = 131887,5х1,23 = 162221 м³

Кавальер минерального грунта желательно разместить со стороны котлована первой и четвертой очередей строительства полигона. Тогда длину кавальера минерального грунта можно принят равной L^м_кв = В_ус = 452 м.

Площадь поперечного сечения кавальера минерального грунта составит:

F^м_кв = = = 358,9 м²

Принимаем поперечное сечение кавальера в виде трапеции высотой H^мин_кв до 6 м, и заложением откосов m = 3 (рис. 4.8.).

Размеры кавальера для минерального грунта определяем по тем же зависимостям, что и для кавальера растительного грунта.

В^м_кв = = = 77,8 м.

b^м_кв = В^м_кв-(2 х m х Н^м_кв) = 77,8-(2 х 3 х 6) = 41,8 м.

Для размещения кавальера минерального грунта длиной 452 м потребуется зарезервировать площадку, располагаемую вдоль внешних сторон участков складирования первой и четвертой очередей складирования ТБО, общей площадью 17427 м² (рис.4,7).

4.4 Прогноз техногенного влияния полигона ТБО на компоненты природной среды. Инженерные решения защиты окружающей среды

Места захоронения твердых бытовых отходов (ТБО) являются источником распространения загрязняющих веществ в компоненты природной среды, оказывая вредное воздействие на них в течение длительного периода времени, тем самым создавая проблему экологического риска.

Основные мероприятия по минимизации экологического риска и предотвращению необратимых последствий для окружающей среды основаны на следующих принципах: правильного выбора места для размещения полигонов; создания технологического и технического оформления полигонов, предотвращающих проникновение загрязняющих веществ в компоненты природной среды (элементов искусственной защиты); проведения контроля качества складируемых отходов и экомониторинга.

Возможный ущерб окружающей среде от функционирования полигонов ТБО обусловлен образованием фильтрата и биогаза в толще свалочного тела. Фильтрат, проникая в породы зоны аэрации и грунтовые воды, загрязняет их. Стекающие поверхностные воды с полигона на рельеф местности загрязняют почвы. С поверхностным и грунтовым стоком фильтрат поступает в водные объекты, загрязняя и их. В результате биохимических процессов в свалочных грунтах образуется биогаз, который при выходе на поверхность загрязняет атмосферный воздух, и что нередко приводит к возгоранию отходов на свалках и полигонах. Пожары на свалках и полигонах отравляют атмосферный воздух.

Для исключения возможного загрязнения горных пород зоны аэрации и подземных вод существуют два подхода:

- недопущение попадания излишнего количества влаги в тело полигона;

- защита грунтовых вод посредством правильного гидрогеологического обоснования выбора места для размещения полигона, устройство водонепроницаемого основания полигона, сбор и очистка удаляемых дренажных вод.

Под первым подходом имеется в виду: перехват поверхностного стока со стороны водосбора с помощью строительства нагорных каналов; понижение грунтовых вод с применением ловчих каналов; перекрытие заполненных участков или очередей полигона водонепроницаемым слоем.

Второй подход подразумевает создание условий для исключения проникновения дренажных вод (фильтрата) в грунтовые воды подразумевает: создание противофильтрационного экрана в основании полигона; устройство дренажной системы для отвода фильтра из толщи свалочного тела; создание системы очистки фильтрата на локальных очистных сооружениях или вывоз его на централизованные очистные сооружения.

Газ, образующийся в толще свалочного тела при складировании ТБО на полигонах, в своем составе содержит множество загрязнений. На 98% он состоит из метана и диоксида углерода. Биогаз обладает выраженным токсичным действием и неприятным раздражающим запахом.

Для минимизации отрицательного воздействия его на окружающую среду и на здоровье человека проводят дегазацию свалочного тела полигона. Чаще дегазацию полигонов осуществляют методом откачки биогаза через систему горизонтально проложенных перфорированных труб в теле полигона, соединенных с вертикальными колодцами (коллекторами). Газ, собранный системой таких колодцев, сжигают через факел.

На полигонах возникают стихийно пожары за счет саморазогрева мусорной массы и протекающих в ней процессов биохимического разложения органического вещества, причем часто горят как сам мусор, так и выделяющийся из отходов полигона биогаз.

Для тушения пожаров на полигонах используют огнетушители и другие предусмотренные нормативами средства противопожарной безопасности.

Для предотвращения выноса легких фракций складируемого мусора (бумага, полимерная пленка и др.) за пределы участка складирования его территорию огораживают защитной сеткой из тонкой проволоки. Раз в неделю работники полигона собирают мусор, вынесенный сильными порывами ветра через заграждение.

Для борьбы с крысами на территории полигона устанавливают «кормушки» в виде отрезка трубы, в которые закладывают приманку, отравленную ядом замедленного действия. Отравляющий эффект воздействует на крыс в течение нескольких суток с целью исключения возможности передачи информации отравившимися особями другим, чем именно они отравились. В результате такой операции наблюдается практически полное истребление крыс на территории полигонов.

Для предотвращения размножения болезнетворных микробов и простейших микроорганизмов в массе захороненных отходов на полигонах запрещено производить захоронение больничных, ветеринарных и биологических отходов - для них предусматривается термические методы их обезвреживания.

4.5 Защитные экраны полигонов

4.5.1 Общие положения

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

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

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

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

Для устройства защитных экранов применяют сертифицированные материалы. Противофильтрационный экран в основании полигона совместно с защитным экраном, устраиваемым при перекрытии верха полигона после окончания его эксплуатации, образуют замкнутую систему типа «саркофаг». В роли противофильтрационного экрана могут выступать природные (естественные) геохимические барьеры и искусственные барьеры, выполняемые в виде глиняного замка или экрана, выполняемого из геосинтетических материалов.

4.5.2 Природные геохимические барьеры

Природными геохимическими барьерами называют естественное грунтовое основание, которое обладает достаточными противофильтрационными свойствами, мощность слоя которого обеспечивает нераспространение загрязняющих веществ в горные породы зоны аэрации и грунтовые воды. Подобными свойствами обладают глины с коэффициентом фильтрации k_ф10^-7 м/с. Минимальная мощность природного геохимического барьера должна быть не менее 1…3 м.

В случае отсутствия подобных пород в основании проектируемого полигона то устраивают глиняный замок или противофильтрационный экран из полимерных материалов.

4.5.3 Противофильтрационные экраны в основании полигона, выполняемые в виде глиняного замка

Основное функциональное назначение противофильтрационной защиты основания полигона - создание искусственного барьера, препятствующего проникновению фильтрата в породы зоны аэрации и грунтовые воды. В целях обеспечения экологической безопасности барьер должен включать противофильтрационные и дренажные элементы, позволяющие собрать и отвести фильтрат. На рис. 4.9 приведена конструкция глиняного замка, устраиваемого в основании полигона.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.9 Конструкция глиняного замка, устраиваемого в основании полигона: 1 - горные породы основания полигона; 2 - глиняный замок (два или три слоя уплотненной глины по 0,25 м каждый с k_ф ?1Ч10^-9 м/с); 3 - дренажная труба Ш 0,1 м; 4 - укрывающий слой из крупнозернистого песка, 0,3 м; 5 - переходный слой, выполняемый отсыпкой минерального несвязного грунта 0,2 м; 6 - первый слой ТБО.

Для устройства глиняного замка используют глины с коэффициентом фильтрации k_ф?1Ч10^-9 м/с при градиенте напора I = 30.

Глиняный замок (экран) должен быть построен с уклоном, в увязке с последующим строительством дренажных систем, обеспечивающих отвод фильтрата из свалочного тела. Дренажные системы устраивают из полимерных перфорированных труб, укладываемых по верху глиняного экрана.

Укрывающий слой, выполненный из крупнозернистого песка с диаметром частиц 0,15…0,5 мм, одновременно выполняет функцию дренажного слоя. Впоследствии в слое крупнозернистого песка укладывают дренажные трубы, обсыпанные гравийной смесью, для удаления фильтрата.

Для обсыпки дренажных труб применяют гравий (гальку) изверженных горных пород с размером фракций 16…32 мм с коэффициент фильтрации k_ф ? 10^-3 м/с. Толщина противофильтрационного глиняного экрана обычно составляет 1, 25 м.

4.5.4 Противофильтрационные экраны в основания полигона, выполняемые с использованием геосинтетических материалов

Конструкция противофильтрационного экрана, устраиваемого по основанию и внутренним откосам котлована, выполняется из геосинтетических материалов и конструктивно выглядит следующим образом: спланированное основание дна и внутренних откосов котлована; слой бентофикса, 7 мм; слой карбофола, 2,5 мм; слой секутекса. По их верху отсыпают укрывающий слой из крупнозернистого песка, 0,30 м (рис. 4.10).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.10 Конструкция противофильтрационного защитного экрана, выполняемого из геосинтетического материала в основании полигона: 1 - слой ТБО; 2 - переходный слой из песчаного грунта, 0,2 м; 3 - укрывающий слой из крупнозернистого песка, 0,30 м; 4 - дренажная труба Ш 0,1 м; 5 - геосинтетики (бентофикс+карбофол+секутекс); 6 - выравнивающий слой песка, 0,15 м; 7 - грунты основания полигона

Бентофикс - универсальный изолирующий материал, выполненный на минеральной основе (бентонит). Геосинтетическое покрытие на минеральной основе из армированного волокна представляет собой самоизолирующую защитную мембрану с комбинированной структурой. Натуральный натриевый бентонит абсорбирует воду внутри кристаллов и влагонасыщается, благодаря чему закрываются остаточные пространства пор минерала, после чего коэффициент фильтрации составляет 10 ^-9 м/с.

Карбофол - изолирующее полимерное покрытие, изготовленное из полиэтилена высокой плотности низкого давления. Геомембраны из карбофола обеспечивают полную изоляцию от просачивания различных жидкостей, в т.ч. токсичных.

Секутекс - иглопробивной штапельно-волокнистый нетканый геотекстильный материал, используемый в качестве защитного слоя.

Укрывающий слой из крупнозернистого песка с максимальным диаметром частиц не более 0,5 мм одновременно выполняет функцию дренажного слоя. В слое крупнозернистого песка впоследствии устраивается дренажная система для удаления фильтрата, состоящая из дренажных труб, обсыпанных гравийной смесью.

По верху дренажного слоя отсыпают переходный слой из песка толщиной не менее 0,15 м.

Используемые при устройстве противофильтрационных экранов геопластики должны быть устойчивыми к химической и биологической агрессии, обладать достаточной прочностью на растяжение, пластичностью и долговечностью, а также устойчивостью относительно воздействия грызунов.

Толщина противофильтрационного экрана, выполняемого из геосинтетических материалов, обычно составляет около 0,7 м.



4.6 Проектирование котлованов

Проектирование котлована полигона желательно начинать с вертикальной планировки территории отведенной для складирования отходов, на которой размещают участок складирования отходов, кольцевую автодорогу, водоприемные колодцы дренажных систем и овал минерального грунта, извлекаемого из котлована первой очереди строительства полигона.

Планировочные работы обычно выполняют после снятия плодородного слоя почвы с территории, отведенной для участка будущего складирования отходов с учетом прилегающей территории, отводимой для размещения водоприемных колодцев дренажной системы, кольцевой автодороги и временных кавальеров минерального грунта. Учитывая ширину по низу временного кавалера минерального грунта В^м_кв = 78,0 м, ширину кольцевой автодороги b = 3,5 м и диаметр железобетонного кольца водоприемных колодцев D = 1,5м, ширину прилегающей полосы, отводимой вокруг участка складирования ТБО, в зоне котлована первой очереди принимаем равной В = 78,0+3,5+1,5+С = 86 м, а в зоне второй, третьей и четвертой очередей - В₁ = 3,5+1,5+С = 8 м, где С = 3. Временные отвалы плодородного слоя почвы размещают за пределами прилегающей территории.

После снятия плодородного слоя почвы производят планировочные работы в пределах площади, отведенной под участок складирования отходов и выделенной прилегающей территории, под «заданную» отметку, определяемую равенством объемов земляных работ по «срезке и насыпи», например 105,5 м.

После планировочных работ приступают к проектированию котлована первой очереди строительства полигона

Грунтовые условия, глубина залегания уровня грунтовых вод и глубина котлована до 5 м позволяют принять заложение откосов котлована равным m = 1. Однако, учитывая устройство противофильтрационного экрана не только по дну котлована, но и на его откосах, то для удобства выполнения работ по устройству противофильтрационного экрана особенно в виде глиняного замка, заложение откосов котлована желательно принять равным m = 2,5.

В связи с тем, что в свалочном теле будет образовываться фильтрат, то для его отвода на дне котлована сооружают дренажную сеть. Учитывая укладку дренажных труб с уклоном по верху противофильтрационного экрана, целесообразно дно котлована выполнить в виде наклонной плоскости, ориентируя линию наибольшего ската в сторону внешнего угла котлована. В курсовом проекте линия наибольшего ската наклонной плоскости дна котлована направлена с уклоном i = 0,003 в сторону внешнего угла АDF котлована (рис. 4.11 б).

Далее с целью сохранения объема минерального грунта, разрабатываемого в котлованах с первой по четвертую очереди строительства, наклонную плоскость дна котлована желательно направить таким образом, чтобы она проходила через диагональ АF, располагаемую на отметке, равной (105,5-Нк).

Применительно к условиям рассматриваемого примера при глубине котлована Нк = 2,6 м, принятой величине уклона плоскости дна котлована i = 0,003, заложении откосов котлована m = 2,5, строят профиль котлован по секущей плоскости А-А, проходящей через точки Е и D (рис. 4.11 а).На профиле котлована по вертикальному масштабу определяют высотные отметки в контрольных точках Е и D дна котлована как точки пересечения откосов котлована с наклонной плоскостью дна котлована (рис. 4.11 а). Таким образом, в точке D вертикальная отметка составит 102,4, а в точке Е - 103,4 м.

А-А

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а

А-А

б

Рис. 4.11 Проектирование котлована: а - сечение котлована по А-А; б - план участка складирования и котлована первой очереди строительства полигона

После завершения проектирования котлованов приступают к проектированию противофильтрационных экранов.



4.7 Проектирование противофильтрационных экранов на полигонах ТБО

Исходя из гидрогеологических условий (задания на проектирование - табл. 2.), основание полигона составляют грунты представленные легким суглинком с k_ф = 0,2 м/сут = 2,4Ч10^-6 м/с, грунтовые воды расположены на глубине h_гв = 4,8 м.

Гидрогеологические и гидрогеологические условия в зоне строительства не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к естественным геохимическим барьерам.

Поэтому принимается решение строительства нижнего противофильтрационного экрана. При наличии в районе строительства карьера глин, обладающих коэффициентом фильтрации k_ф?1Ч10^-7 м/с при градиенте напора I = 30, можно принять решение строительства противофильтрационного экрана в виде глиняного замка, в противном случае принимают решение строительства противофильтрационного экрана из рулонных геосинтетических материалов.

4.7.1 Устройство нижнего глиняного противофильтрационного экрана

В соответствии с проектными решениями дно котлована имеет уклон i = 0,003. На спланированной поверхности дна котлована проектируют нижний противофильтрационный экран - глиняный замок, состоящий из 3^х слоев глины по 0,25 м каждый (рис. 4.10). Для сооружения экрана на спланированную поверхность дна котлована, начиная с самой высокой точки (т. Е, рис. 4.11), послойно отсыпают глину. Далее ее разравнивают бульдозером, доводя толщину слоя до 0,25 м, и затем уплотняют катками до достижения стандартной максимальной плотности. После завершения уплотнения первого слоя, на уплотненный первый слой глины отсыпают вновь доставляемую глину, которую затем разравнивают бульдозером, доводя толщину слоя до 0,25 м, и уплотняют катками также до достижения стандартной максимальной плотности. В такой же последовательности отсыпают третий слой противофильтрационного экрана. После укладки каждого слоя глины проверяют соответствие созданной плоскости проектному уклону i = 0,003 в заданном проектом направлении.

После укладки трех слоев глины по верху последнего отсыпают дренирующий слой, покрывающий весь участок противофильтрационного экрана, толщиной 0,3 м, оставляя не засыпанными участки вдоль трасс укладки дренажных труб шириной не менее 0,7 м. После укладки дренажных труб и обсыпки их фильтрующим материалом досыпают дренирующий слой. Затем осыпают переходный слой толщиной 0,2 м.

Противофильтрационный экран сооружается одновременно на дне и откосах котлована.

Возведение противофильтрационного экрана в котлованах второй, третьей и четвертой очередей строительства полигона осуществляют в аналогичной последовательности.

4.7.2 Устройство нижнего противофильтрационного экрана из рулонных геосинтетических материалов

Для устройства нижнего противофильтрационного экрана из геосинтетических материалов используют рулонные материалы, которые должны соответствовать нормативным требованиям ГОСТ 30547-97 и иметь соответствующие сертификаты фирм-изготовителей.

Геосинтетические маты «БЕНТОФИКС» промаркированы торговым знаком «Бентофикс»®, нанесенным на лицевую поверхность и упакованы в водонепроницаемую запечатанную пластиковую упаковку. Для большинства видов геосинтетических матов «БЕНТОФИКС» требуется бентонитовый порошок и нетканые геотекстильные полосы шириной 20 см, используемые в последствии для заделки швов.

Материал поступает на строительную площадку в рулонах; размер материала в одном рулоне составляет 4,85Ч40 м. Рулоны «Бентофикса» ® обычно поставляются на площадку в контейнерах или бортовыми автомобилями с открытым верхом. Место разгрузки должно быть сухим, ровным и свободным от посторонних предметов.

Бентонитовый порошок, упакованный в мешки, и нетканые геотекстильные полосы должны быть защищены от дождя и снега.

О повреждениях материалов произошедших в процессе транспортировки немедленно должен составляться акт совместно с грузоперевозчиком, а также сообщено дистрибьютору или представителю фирмы поставщику, для принятия ими соответствующих решений.

Для разгрузки и хранения материалов должна быть подготовлена площадка с твердым, сухим и хорошо дренирующим основанием. Размеры площадки должны быть достаточными для хранения заказанного объема противофильтрационных материалов. Рулоны могут выгружаться с помощью: специальных строп, выполненных в виде двух ремней шириной 20 см и более, обернутых вокруг рулона на расстоянии 1/3 ширины от краев рулона, подвешенных к крюку подъемного крана или ковшу экскаватора, таким образом, чтобы исключить повреждение разгружаемых рулонов. Также можно использовать металлическую траверсу или трубу, вставляемую во внутреннюю полость рулона.

Целостность упаковки должна проверяться после доставки во время выгрузки и складирования. Незначительные повреждения должны заклеиваться липкой лентой «скотч». Снимать упаковку с материала следует непосредственно перед его укладкой.

Максимальная высота штабелирования - 5 рулонов. Уложенные на складе рулоны должны быть укрыты материалом, защищающим их от дождя, снега и солнечного света. Незначительные повреждения укрывного материала должны также заделываться липкой лентой.

...