Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦИОНАЛЬНИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра природоохранной деятельности

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине "Утилизация и рекуперация отходов"

на тему:"Проектирование полигона захоронения твёрдых бытовых отходов"

Выполнила:

Остапенко Н. И.

Проверила:

Луньова

Донецк - 2013

Реферат

Пояснительная записка курсового проекта содержит 51 страницу, таблиц 2, рисунков 20, 1 чертеж, 10 источников.

Цель работы: проектирование полигона захоронения твердых бытовых отходов.

Методы исследования: метод прогнозирования, метод инженерного анализа.

В ходе выполнения курсового проекта были исследованы утилизация и рекуперация отходов, в частности, проектирование захоронения полигона и дана его характеристика.

Были произведены все необходимые расчеты для проектирования полигона.

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:

· бытовые отходы и отходы потребления из жилых зданий, учреждений и предприятий общественного назначения, объектов оптово-розничной торговли промышленными и продовольственными товарами;

· строительные отходы, образованные при сносе, ремонте, реконструкции, новом строительстве зданий и сооружений, отходы стройиндустрии, промышленные отходы, приравненные к ТБО, древесно-растительные отходы от планового ухода за зелеными насаждениями городов;

· твердые промышленные отходы IV класса опасности по согласованию с органами природных ресурсов и охраны окружающей среды, санитарно-эпидемиологическими службами и учреждениями коммунальной сферы, в количестве, не превышающем 30% от массы принимаемых ТБО,

· отходы лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ) в соответствии с «Правилами сбора, хранения и удаления отходов лечебно-профилактических учреждений».

Запрещен прием на полигоны следующих видов отходов:

· строительных, содержащих асбестовый шифер в виде боя, шлаки, золы, отработанный асбест, отходов мягкой кровли, имеющих 4-й класс опасности;

· промышленных 1, 2 и 3 классов опасности;

· радиоактивных, независимо от уровня их радиации;

· ртутных ламп и продуктов демеркуризации.

Современный полигон ТБО - это комплекс природоохранных сооружений, предназначенный для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения ТБО, предотвращения попадания вредных веществ в окружающую среду, загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых вод, распространения грызунов, насекомых и болезнетворных организмов.

Полигоны ТБО по видам принимаемых отходов подразделяют на два класса:

· полигоны ТБО 1-го класса - полигоны, на которых разрешено размещать отходы, содержащие ?25% органические примеси, при разложении которых образуются вредные вещества в количествах, не превышающих значения ПДК;

· полигоны ТБО 2-го класса - полигоны, на которых размещают отходы, содержащие >25% органические примеси, а также другие виды отходов, при разложении которых образуются вредные вещества в количествах превышающих значения ПДК.

Организации, эксплуатирующие полигоны, разрабатывают регламент (режим) работы полигона и инструкцию по приему ТБО. В соответствии c разработанной инструкцией, осуществляют учет поступающих отходов, обеспечивают их контроль, распределяют в пределах эксплуатируемой части полигона, выполняют послойную изоляцию отходов, обеспечивают выполнение требований, предъявляемые к безопасности жизнедеятельности предприятий в чрезвычайных ситуациях.

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.

Предпроектные и проектные работы ведут согласно нормативным документам:

1. «Порядок разработки, согласования, утверждения и состав обоснований инвестиций в строительство предприятий, зданий и сооружений» (СНиП 11-101-95);

2. «Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений» (СНиП 11-01-95).

В инвестиционном процессе 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

Выбор перспективных участков для строительства полигонов производят на стадии составления схем районных планировок и генеральных планов городов и их зеленых зон, схем санитарной очистки населенных пунктов от твердых бытовых отходов (ТБО). Число и площадь полигонов зависит от численности жителей населяемых мест, обслуживаемых полигонами, площади и конфигурации населенных пунктов, дальности транспортировки отходов.

Полигоны размещают за пределами населенных пунктов с соблюдением размера санитарно-защитной зоны, устанавливаемой, в соответствии со СанПиН 2.1.7.722-98, не менее 500 м до жилой застройки.

Для выбора участка под строительство заказчик с регламентирующими организациями (архитектурно-планировочным управлением, санитарно-эпидемиологической, гидрогеологической службами и др.) определяют районы, в которых намечается подбор участков. Перспективные участки для размещения полигонов определяют на основании анализа карт специального типологического зонирования анализируемых территорий в масштабе М 1:200000, которые включают фондовые геологические и гидрогеологические условия. При необходимости проводят рекогносцировочные полевые исследования.

При выборе перспективных участков для размещения полигона руководствуются следующими принципами:

а) участки, на которых природные условия исключают размещение полигонов;

б) участки, на которых природные условия не способствуют существенному негативному воздействию полигонов на компоненты природной среды.

Благоприятными земельными участками с точки зрения размещения полигонов считаются:

· открытые, хорошо продуваемые (проветриваемые), незатопляемые и неподтопляемые, допускающие проведение природоохранных мероприятий и выполнение инженерных решений, обеспечивающих предотвращение загрязнения окружающей среды;

· расположенные с подветренной стороны относительно нахождения населенных пунктов и рекреационных зон, в соответствии с розой ветров;

· расположенные ниже мест водозаборов хозяйственно-питьевого водоснабжения, рыбоводных хозяйств, мест нереста, массового нагула и зимовальных ям рыбы;

· 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;

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

· с преобладающими уклонами в сторону населенных пунктов, промышленных предприятий, сельскохозяйственных угодий и лесных массивов не более 1,5%,

· с залеганием грунтовых вод при наибольшем подъеме их уровня не менее 1 м от нижнего уровня складируемых отходов;

· с преобладанием в геологическом разрезе четвертичных отложении, экранирующих пород (в том числе маренных суглинков), характеризующихся коэффициентом фильтрации 10-7 м/с и менее;

· с развитым региональным водоупорным горизонтом (юрские глины), характеризующимся отсутствием «гидрогеологических окон» и значительных по площади трещиноватых зон;

· с отсутствием опасных геологических процессов (оползневых, карстово-суффозионных, овражно-эрозионных и т.д.).

Оценку гидрогеологической обстановки выполняют при проведении полевых исследований.

Критерии по оценке гидрогеологических условий носят, в основном, рекомендательный характер и их несоблюдение может быть компенсировано использованием технологических решений, получивших положительное заключение Государственной экологической экспертизы.

При размещении полигонов учитывают опыт функционирования объектов-аналогов в подобных условиях размещения, исходя из природных условий (геологических, гидрогеологических, водно-физических свойств горных пород, развития опасных геологических процессов) и технологических особенностей складирования ТБО (площадь полигона, мощность складированных ТБО, схема складирования).

Размер участка размещения полигона устанавливают, исходя из условия продолжительности эксплуатации полигона в течение 15…20 лет.

По форме в плане наиболее благоприятны земельные участки близкие к квадрату, и позволяющие устраивать полигоны с наибольшей высотой складирования отходов.

Необходимую площадь для отвода земельного участка определяют исходя из проектной вместимости полигона и проектной высоты складирования отходов.

4. Проект полигона ТБО

4.1 Состав проекта

В состав проекта строительства полигона ТБО входят следующие разделы:

Общая пояснительная записка с описанием гидрогеологических условий и обоснованием выбора площадки участка строительства;

Генеральный план и транспорт;

Технологические решения (расчет вместимости полигона, технологическая схема заполнения полигона с учетом очередности его строительства, конструкция противофильтрационных экранов, продольный и поперечный разрезы участка складирования, рекомендации по рекультивации участка после закрытия полигона для приема ТБО);

Организация и условия труда работников (охрана труда);

Управление производством и предприятием (режим эксплуатации, расчет потребности в эксплуатационном персонале, машинах и механизмах);

Архитектурно-строительная часть (организационно-хозяйственная зона полигона);

Инженерное оборудование, сети и системы (системы сбора и удаления фильтрата и биогаза);

Организация строительства;

Охрана окружающей среды (санитарно-защитная зона и организация экологического мониторинга);

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

Сметная документация.

4.2 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 (Ет).

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.

Требуемую для отвода площадь участка складирования ТБО, определяют делением проектируемой вместимости полигона (м3) на принимаемую в проекте высоту полигона (м).

Организация сбора отходов

В соответствии с исходными данными на проектирование полигона для захоронения ТБО предполагается организация сбора образующихся отходов в 4-х населенных пунктах. Участок, предназначенный для размещения полигона, расположен от самого дальнего пункта на расстоянии 22,5 км и от самого близкого - на расстоянии 11,2 км. 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 Определение численности населения, обслуживаемого полигоном

Номер населенных пунктов	Численность населения, тыс. чел.
2 3 4 5	Н2=57000 Н3=49000 Н4=57000 Н5=140000
Н = 303000

Расчет годовой нормы накопления ТБО населенных пунктов

Расчет накопления ТБО за один год в осуществляют в соответствии с удельными нормами их накопления на одного жителя. Их рассчитывают от двух источников образования: жилого сектора и общественных зданий, учреждений.

ТБО в городах имеют не одинаковый морфологический состав и разную плотность. Поэтому удельное накопление ТБО учитывают как по массе, так и по объему.

Нормы накопления ТБО для различных источников определяют специальными научными организациями (не реже 1 раза в 5 лет). Результаты исследований утверждают администрации населенных пунктов.

В курсовом проекте нормы накопления ТБО для заданных населенных пунктов приведены в табл. 4.2. В этой же таблице произведен расчет определения объемов накопления ТБО.

Таблица 4.2 Определение объема накопления ТБО

Объект образования отходов	Расчетная единица	Норма накопления ТБО, кг/год	Количество единиц	Всего, кг/год (гр.3)х(гр.4)
1	2	3	4	5
Жилые дома благоустроенного типа	1 чел.	200	0,6 303000=181800	36360000
Жилые дома неблагоустроенного типа	1 чел.	400	0,4 303000=121200	48480000
Гостиницы	1 место	120	0,07303000= 21210	2545200
Детсады, ясли	1 место	95	0,05303000= 15150	1439250
Учебные заведения	1 ученик	24	0,03303000= 9090	218160
Театры, кинотеатры	1 место	30	1000 мест	30000
Учреждения, офисы	1 сотр.	40	0,3303000= 90900	3636000
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	0,05303000= 15150	3484500
Поликлиники	1 посещ.	30	0,9303000= 272700	8181000
Всего:			Р= 106974110

Таким образом, суммарный объем накопления ТБО составляет:

Р = 106974110 кг/год

Суточная величина накопления ТБО составит:

Рсут =,

где Тгод - количество дней в году, 365 дней.

Рсут = = 293079,8 кг/сут =293,1 т/сут.

Удельную норму накопления ТБО по массе определяют по формуле:

У=. У== 353,1кг/чел год.

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

У* ===1,7м3/челгод.

Определение проектной вместимости полигона

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

,

где Т - принимаемый срок эксплуатации полигона (определяется по исходных данных), Т=22 года;

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

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)22-1 = 3,2 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;

Количество обслуживаемого полигоном населения на 1-й (Н*) определяется согласно исходным данным как Н*=Н.

Количество обслуживаемого полигоном населения на последний год эксплуатации полигона (Н**) определяется согласно генеральному плану развития района застройки. Исходя из этого, ожидается ежегодный рост населения на 2%, тогда:

Н**=Н*(1,04)Т-1=303000(1,04)22-1=727200 чел;

Проектная высота полигона определяется по графику, рис.1 в методических указаниях .

При численности населения 303000 человек высота полигона составит Нпл=35,0 м.

Согласно табл. 4.3 в методических указаниях при Нпл=35,0 м > к1= 4;

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

Проектная вместимость полигона ЕТ составит:

Еm==8329167 м3.

Расчет требуемой площади земельного участка для размещения полигона. Схема полигона

Элементами полигона являются: подъездная дорога, участок складирования ТБО, административно- хозяйственная зона.

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.

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

Участки складирования должны быть защищены от вышерасположенных земельных массивов. Для перехвата ливневых и паводковых вод 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 размещают посадки деревьев.

На расстоянии 2-3 м от внешнего 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= кЗ*Фус + Фдоп,

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

Фус - площадь участка складирования, га;

Фдоп - площадь участка административно-хозяйственной зоны.

(I- IY) - очереди эксплуатации полигона.

1 - подъездная дорога; 2- въезд на полигон с пунктом радиометрического контроля; 3 - административно- хозяйственная зона; 4 - нагорный канал; 5 - ограждение полигона; 6 - лесополоса; 7 - кавальеры минерального и плодородного грунта; 8 - внутрихозяйственная дорога

Площадь участка складирования находят из формулы определения объема пирамиды:

Фус= = (3к4*ЕТ)/Нпл,

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

Тогда Фус=(0,538329167)/35 =356964,3 м2= 35,7 га.

Принимая размер участка админстративно-хозяйственной зоны

Фдоп=0,1Фус, получим требуемую площадь полигона:

Ф=1,135,7+35,7=42,8 га.

Полигон размещают на плоском рельефе. Фактическая отведенная площадь участка составит: Фотв = Ф+Д,

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

Д = (Lдор Вдор) = (4000 6,5)=26000 м2= 2,6 га.

Фотв=42,8 + 2,6=45,4 га.

4.3 Проектирование участка складирования. Пример расчета

Расчет вместимости полигона

Согласно заданию на проектирование, грунт в основании полигона представлен суглинком легким. Грунтовые воды расположены на глубине 4,8 м.

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

Реальный участок складирования ТБО площадью Фус=356964,3м2 в плане имеет форму квадрата, со стороной:

Lус= Bус= ==598 м,

где Lус= Bус - 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).

Разрез А-А

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

Вп = Lп = Вус-2mНпл=598-2335=388 м,

Где Вп и Lп- соответственно ширина и длина верхней площадки участка складирования, м.

Площадь верхней площадки участка складирования:

Фп=В2п38822= 150544 м2=15,1 га.

Максимальная допустимая высота полигона Нплmax определяется из условия заложения внешних откосов не менее чем m=3 и необходимости создания верхней площадки размером обеспечивающей безаварийную работу мусоровозов и бульдозера (рис. 4.5).

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

Тогда Впmin=2Rраз+2в=38, а ее минимальная площадь равна:

Фпmin = (Впmin)2 = (2Rраз+2в)2=(29+210)2 = 1444 м2 =0,14 га,

что значительно меньше принятой в проекте Фп =15,1 га

Максимально возможную высоту полигона определяют по зависимости:

Нплmах=,

где Вус- ширина участка складирования, м.

Нплmах= = 93,3 м.

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

Участок складирования разбивают на очереди эксплуатации с учетом 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:

Еф= ,

где Фус и Фп - 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 Еф равна объему ТБО в уплотненном состоянии, которая составит:

Еф=[356964,3+150544+(356964,3+150544)0,5]= 5946182,2 м3

Потребность в минеральном грунте (Vг) определяется по формуле:

Vг= ,

где к2= 1,2.

Для изоляции 5946182,2 м3 ТБО после их уплотнения потребуется грунт в объеме:

Vг=5946182,2 (1-)= 951389 м3,

В рассматриваемом случае весь грунт, вынимаемый из котлована, расходуется на изоляцию ТБО, поэтому потребность в изолирующем материале равна вместимости котлована.

Средняя проектная глубина котлована в основании полигона определяется по формуле:

Нк=,

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

Нк=м.

Проверяем условие размещения полигона:

Нугв-Нк+Нэк ? 2м,

где: Нугв - глубина залегания грунтовых вод, Нугв=4,8 м;

Нк - толщина защитного экрана основания полигона =1.

4,8-2,9+1=2,9 м > 2 м, - принятая глубина котлована удовлетворяет требуемым условиям.

Полигон ТБО разбиваем на пять очередей эксплуатации (рис. 4.6).

При этом сам котлован для складирования ТБО, будет разбит на четыре части.

Откосы котлована из условий работы бульдозера принимают с коэффициентом заложения не менее m=2,5.

Каждую очередь эксплуатации полигона рассчитывают из условия обеспечения приема ТБО в течение времени Точ = = = 4,4 года.

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

фоч==89241 м2.

Объем отходов, складируемых в каждой очереди эксплуатации полигона, составит:

Vоч = == 1189236м3.

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

Н оч (I-IY) = ==14,7 м,

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

nсл(I-IY)==? 7слоев.

Принимаем - по 5 слоев укладки ТБО в каждую очередь 1-го яруса. Тогда высота 1-го яруса над уровнем поверхности земли составит:

НI=2 7=14 м.

vгоч == = 237847,3 м3.

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

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

nслY==? 11 слоев.

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

N= nслI-IY+ nслY=7+11=18 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.

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 определяют:

Vp=Фусhрkp=356964,30,21,23= 87813 м3,

где hр - толщина растительного слоя, м (hр=0,25 м из методических указаний); kp - коэффициент разрыхления, kp=1,22…1,24, (принимается по ЕниР).

Длина кавальера:

Lквp=2 Lус =2598=1196 м.

Площадь поперечного сечения кавальеров растительного грунта составит:

Fквp= Vp/Lквp=87813/1196=73,4 м2.

Принимаем поперечное сечение кавальера в виде трапеции высотой Нpкв до 4 м и коэффициент заложения откосов - m=3 (рис. 4.8).

Из условия баланса грунтовых масс 2Fркв= (Вpкв+ Вpкв-2mНpкв)Нpкв, определяют ширину нижнего основания кавальера плодородного грунта:

Вpкв = [(Fpкв+m(Нp кв)2]/Нpкв=(73,4+332)/3=34 м.

Далее рассчитывают ширину верхнего основания кавальера:

bpкв= Вpкв-(2 mНpкв)= 34-(233)=16м.

Размеры кавальеров плодородного грунта позволяют их разместить с дух сторон участка складирования ТБО, (рис. 4.7).

б) Определение параметров кавальеров минерального грунта

Грунт из котлована 1-й очереди используют для изоляции ТБО, укладываемых в период эксплуатации IV и V очередей заполнения полигона. Для этих же целей складируют избыточный минеральный грунт из котлованов II, III и IV очередей строительства полигона.

Объём минерального грунта разрабатываемого в котловане 1 очереди строительства полигона составит:

vгоч == 237847,3м3.

Объем грунта, укладываемого во временные кавальеры с учетом его разрыхления, составит:

Vмин 1 оч.= vгочkp= 237847,31,23= 292552 м3.

Тогда длина кавальеров минерального грунта:

Lминкв = Lус/2+Bус/2=598/2+598/2 = 299+299=598 м.

Площадь поперечного сечения кавальера минерального грунта:

Fминкв= Vмин 1 оч/Lминкв =292552/598=489,2 м2

Принимаем поперечное сечение кавальера в виде трапеции высотой Hминкв = 3 м, с заложением откосов m=3 (рис. 4.8).

Параметры кавальера для минерального грунта определяют по тем же зависимостям, что и для кавальера для плодородного грунта.

Вминкв = [(Fминкв- m(Нминкв )2/Нминкв=(489,2-342)]/4=110,3 м,

bминкв= Вминкв-(2 mНминкв)=110,3 -(234)=86,3 м.

Размещаем 2 кавальера минимального грунта длиной по 177 м с двух сторон участка складирования ТБО 1-ой очереди эксплуатации полигона, рис.

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

Места захоронения твердых бытовых отходов (ТБО) является источником распространения загрязняющих веществ в компоненты природной среды, оказывая вредное воздействие на них в течение длительного периода времени. С существованием опасности бесконтрольного загрязнения окружающей среды связано понятие 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 окружающей среды (элементов искусственной защиты); проведения контроля качества складируемых отходов и мониторинга за окружающей средой.

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, загрязняют 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 ценрализованные 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 из-за саморазогрева мусорной массы в результате процессов биохимического разложения органического вещества, причем 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

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.

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 kф10-7 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.

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.

Для устройства глиняного замка используют глины и коэффициент фильтрации kф?1х10-9 м/с при градиенте напора I = 30.

Глиняный замок (экран) должен быть построен с уклоном, обеспечивающим отвод фильтрата в систему дрен, расположенных по верху глиняного экрана.

Коэффициент фильтрации определяется на основе лабораторных испытаний проб взятых непосредственно из конструкции защитного экрана.

Для предохранения глиняного экрана от растрескивания или размягчения, его возводят небольшими участками, которые надежно защищают дренажным слоем. Дренажный слой должен быть уложен сразу по окончании строительства части экрана.

Назначение дренажной системы - отвод фильтрата с поверхности глиняного экрана, что должно сводить к минимуму возможность просачивания фильтрата через глиняный замок.

Дренажная система для сбора и отвода фильтрата состоит из следующих элементов:

- дренирующий слой по верху глиняного экрана;

- система дрен для отвода фильтрата.

Для дренирующего слоя применяют гравий (гальку) изверженных горных пород с размером фракций 16…32 мм, обеспечивающих коэффициент фильтрации kф ? 10-3 м/с.

Система дрен для сбора и отвода фильтрата выполняется в виде системы первичных и пластовых дрен.

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; cлой секутекса. По их верху отсыпают укрывающий слой из крупнозернистого песка, 0,30 м, (рис. 4.10).

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/сек.

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 в последствии 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. бытовой отход кавальер противофильтрационный

4.6 Устройство противофильтрационных экранов полигона ТБО

Пример устройства нижнего глиняного противофильтрационного экрана (в котловане)

Исходя из гидрогеологических условий (задания на проектирование - табл.2.), основание полигона составляют грунты представленные легким суглинком с kф=0,2 м/сут=2,4х10-6 м/с, грунтовые воды расположены на глубине hгв= 4,8 м. Гидрогеологические условия участка строительства не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к естественным геохимическим барьерам.

Поэтому принимается решение строительства нижнего противо-фильтрационного экрана, имеющего конструкцию, приведенную на рис. 4.9б.

При разработке грунта в основании полигона дну котлована придают уклон i=0,02 в сторону общего понижения рельефа местности. На спланированной поверхности дна котлована возводят нижний противофильтрационный экран - глиняный замок, состоит из 3х слоев глины по 0,25 м каждый, с коэффициентом фильтрации kф ?1х10-9 м/с, уложенных послойно с уплотнением каждого слоя.

Поверх глиняного противофильтрационного экрана укладывают дренирующий слой, покрывающий весь участок противофильтрационного экрана, толщиной 0,3 мм, отсыпкой дренажной гальки. Дренирующий слой направляет фильтрат к системе дрен, а также защищает глиняный экран от неблагоприятных погодных условий.

Поверх дренирующего слоя укладывают переходный слой отсыпкой песка толщиной до 0,2 м. По верху переходного слоя начинают отсыпать отходы.

Пример устройства нижнего противофильтрационного экрана из рулонных геосинтетических материалов (в котловане)

На технологическая схема устройства противофильтрационного экрана, в основании полигона из геосинтетических материалов. Закрепление геосинтетической мембраны, уложенной по дну и откосам котлована, анкерным способом. Для этого по периметру котлована устраивают траншею, размеры которой зависят от длины откоса котлована и ширины бермы.

Рис. Технологическая схема устройства противофильтрационного экрана в основании полигона из геосинтетических материалов: А - длина откоса котлована; В - ширина бермы; C - глубина анкерной траншеи

Используемые рулонные материалы должны соответствовать нормативным документам (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 4,8540 м. Рулоны «Бентофикса» ® обычно поставляются на площадку в контейнерах или в грузовиках 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.

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.

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 заделываться липкой лентой.

Для укладки рулонов требуется следующее оборудование: экскаватор (на гусеничном или колесном ходу); фронтальный погрузчик; приспособление для разгрузки рулонов и транспортировки их по строительной площадке; вода (прицепная цистерна); промышленная дрель с миксерной насадкой; источник электроэнергии (генератор или кабельная линия) для привода дрели; ящик для раствора (примерно на 80 л); ручная тележка; 10-ти литровые ведра-совки; мастерки (кельмы); ножи для резки, электролобзик; маркеры или мел; рулетка; метла; роликовая гладилка.

Качество укладки является главным компонентом достижения изолирующих свойств. Персонал, занятый на производстве работ, должен до начала работ быть проинструктирован о порядке выполнения работ. Желательно присутствие на площадке представителя фирмы с целью получения консультаций.

Геосинтетические маты «Бентофикс» должны укладываться в сухую погоду. В тех местах, где используется бентонитовый раствор для заделки швов, температура воздуха должна быть положительной, укрытие должно производиться защитным слоем из не мерзлого грунта. В случае дождя уложенные рулоны с содержанием в них влаги менее 50% должны быть укрыты защитным слоем грунта.

Перед укладкой геосинтетических матов «Бентофикс» поверхность дна котлована и его откосов должна быть хорошо выровненной, а основание - хорошо утрамбованным, не должно быть мест со стоячей водой. Не должно быть острых выступов и углублений с перепадом высот более 3-х см. Качество уплотнения основания должно быть таким, чтобы после проезда грузового транспорта не образовывалась колея от колес.

На месте укладки заводская упаковка с рулонов снимается непосредственно перед укладкой. Края рулонов маркируют с нижней стороны цветной линией, отмечающей зону последующего перехлеста рулонов шириной 30см. Далее рулоны раскатывают с помощью траверсы или другого такелажного приспособления таким образом, чтобы напечатанный торговый знак «Бентофикс» был на видимой стороне поверхности. Укладка рулонов может производиться в любом направлении с устройством нахлеста на стыках по принципу укладки кровли в направлении уклона.

Рулоны отрезают по длине ножом или электролобзиком.

Разложив верхний на нижний стыкуемые рулоны, рекомендуется провести маркировочную линию на верхней стороне нижнего рулона и использовать ее как границу для нанесения бентонитовой смеси. После нанесения разметки верхний рулон откидывается, а на нижний рулон в зоне нахлеста наносят жидкую пасту для закрытия пор в верхнем геотекстильном слое нижнего полотна. Для приготовления раствора используют растворный ящик или ведро наполненный водой, в который затем добавляют бентонитовый порошок в соотношении 6 частей воды на 1 часть порошка, и тщательно перемешивают. Для перемешивания применяют дрель с миксерной насадкой. Далее приготовленную пасту наносят совком или мастерком на раскрытый стык. Пасту наносят 20-ти см полосой на геотекстильную поверхность нижнего полотна на расстоянии 15 см от края с распределением ее мастерком или совком с захватом 5-ти см зоны за границей стыка. Далее приготавливают густую бентонитовую пасту в сотношении 3…4 части воды на 1 часть бентонита, которая предназначена для заполнения пустот и зоне нахлеста верхнего покрытия, и готовится аналогично предыдущей. Густая паста наносится поверх грунтовки слоем толщиной около 1см и сразу же разравнивается аналогично грунтовке: 20-ти см полосой на расстоянии 15см от края с захватом 5 см зоны за границей стыка. После этого, завернутый край верхнего полотна возвращается па место, н утапливается в слой густой насты для обеспечения равномерного контакта. Край стыка заделывается густой бентонитовой пастой толщиной 1-2 см равномерно шириной 10 см без пропусков. После нанесения пасту заглаживают.

Материал «Бентофикс», обладая противофильтрационными свойствами, выполняет роль подстилающего элемента для последующих слоев, выполняемых из «Карбофола» и «Секутекса», В связи с этим устройство слоя из «Бентофикса» должно опережать работы по укладке и сварке рулонов полотнищ, выполняемых из материала «Карбофол», на объем работ двух смен.

Укладку противофильтрационного экрана из материала «Карбофол» выполняют при температуре воздуха не ниже -5°С. «Карбофол» поставляют в рулонах 9,4200м. Рулоны «Карбофола» поставляют в трейлерах. Для хранения должна быть ровная, свободная от острых предметов площадка.

Перед укладкой пленочного материала «Карбофол» на поверхности уложенного слоя из «Бентофикса» должны отсутствовать предметы, которые могли бы повредить как слой из «Бентофикса» так и «Карбофола».

Сварку уложенных пленочных полотнищ производят при температуре воздуха не ниже 5°С. Сварочные швы ориентируют вдоль, а не поперек склона котлована. Все горизонтальные швы на дне котлована располагают не менее 0,5 м от подошвы склона.

Соединение пленочного материала в единое полотно производят контактной или экструзионной сваркой внахлест или с образованием Т-образного шва. Прочность шва должна составлять не менее 80% прочности свариваемого материала.

При выполнении контактной сварки предусматривают двойной шов с каналом для испытания герметичности шва. Процесс контактной сварки рулонных пленочных материалов включает раскатку рулонных материалов с укладкой их внахлест с перекрытием краев 10…15 см, без складок. Далее очищают сварочную полосу вдоль кромок от влаги, грязи. После этого сварочный аппарат располагают в начале свариваемого шва и его включают. Аппарат, перемещаясь вдоль кромок раскатанных рулонов, выполняет их сварку.

При экскрузионной сварке полимерный материал в расплавленном состоянии под давлением подается в зону сварного шва, приводя полимерный материал на линии шва в вязко текучее состояние, и за счёт избыточного давления происходит их соединение.

Для более качественной сварки свариваемый материал предварительно подогревают.

Перед сваркой полимерные полотнища укладывают внахлест с перекрытием кромок краев на 10…15 см. Кромки свариваемых полос должны быть очищены от влаги и грязи, их поверхность на расстоянии не менее 10 мм от края шва должна быть обработана абразивным инструментом. Обработку следует производить не более чем за 0,5 часа до начала сварочных работ. Глубина шлифа должна быть не более10% от толщины листа. Далее подготавливают сварочный аппарат к работе, освобождая рабочую поверхность от расплава, и ведут сварку полотнищ.

Для испытания шва на прочность используют образцы сварного шва шириной от 20 до 50 мм. Шов признаётся прочным, если вытягивание одного из сваренных полотнищ происходит не по шву, и сваренные материалы не расходятся.

Проверка герметичности шва производится путем подачи избыточного давления воздуха в сварочный канал. Шов считается герметичным, если через 10 мин давление упадёт не более чем на 20%.

«Секутекс» иглопробивной штапельно-волокнистый геотекстильный материал поступает в рулонах массой до 100 кг. Специальных машин и оборудования для его укладки не требуется. Достаточно рулоны развернуть на месте укладки непосредственно перед устройством укрывающего слоя.

...