Природоохранные технологии на полигонах ТБО

Статья подготовлена сотрудниками компания «Чистый город»

Антипиной М. А., Малышевым М. С., Счастной И. И., и др.
 

Одна из современных проблем градостроительства - задача рационального, эффективного использования территориальных ресурсов. Увеличение численности населения, развитие экономики и повышение жизненного уровня сопровождаются ростом потребления земельных ресурсов и значительным увеличением объемов образования отходов производства и потребления. Основная часть отходов аккумулируется на полигонах - специализированных предприятиях, предназначенных для обезвреживания и захоронения отходов, или попадает на свалки - места стихийного неконтролируемого размещения мусора. Полигонное захоронение ТБО широко практикуется во всем мире. Основное достоинство технологии захоронения - простота, малые капитальные и эксплуатационные затраты и относительная безопасность для окружающей среды.

Постоянное расширение городских территорий приводит к тому, что закрытые свалки и полигоны оказываются расположенными в городской черте. Полезное использование техногенных территорий полигонов ТБО и свалок становится возможным только после их рекультивации. Под рекультивацией полигонов хранения отходов понимается в основном комплекс работ по устройству системы поверхностной изоляции, созданию плодородного корне-обитаемого почвенного слоя и восстановлению живых компонентов биоты (микроорганизмы, грибы, высшие растения), так называемая биологическая рекультивация.

На полигонах хранения ТБО размещаются отходы из жилых домов, общественных зданий и учреждений, предприятий торговли, общественного питания, уличный, садово-парковый смет, строительный мусор и некоторые виды твердых промышленных отходов III - IV класса опасности.

Обычно полигон сооружают там, где основанием могут служить глины и тяжелые суглинки. Если это невозможно, устраивается водонепроницаемое основание, что приводит к значительным дополнительным затратам. Площадь земельного участка выбирается с условием его срока эксплуатации (15-20 лет) и в зависимости от объема захораниваемых отходов может достигать 40-200 га. Высота складирования отходов составляет 12-60 м.

Полигоны бывают малонагружаемыми (2-6 т/м² ) и высоконагружаемыми (10-20 т/м² ). Годовой объем принимаемых отходов может составлять от 10 тыс. до 3 млн м³ . Технологический процесс захоронения отходов проводится, как правило, картовым методом, что позволяет поэтапно вводить в действие природоохранные мероприятия, не дожидаясь завершения эксплуатации полигона в целом. Технология складирования ТБО на полигонах предусматривает установку водоупорных экранов для защиты грунтовых вод и ежесуточную наружную изоляцию для защиты атмосферы, почвы, а также прилегающих территорий. Все работы по складированию, уплотнению и изоляции ТБО на полигонах выполняются механизированно.

Пострекультивационное использование территорий полигонов ТБО возможно по различным направлениям - лесохозяйственным, рекреационным (лыжные горки, стадионы, спортивные площадки), гражданского строительства, создания коммерческих или промышленных зон (склады, автостоянки, легкие конструкции). Характер такого использования и расходы на рекультивацию должны учитываться еще на стадии проектирования полигона.

В процессе эксплуатации полигона ТБО, а также в течение продолжительного времени после его рекультивации происходит выделение свалочных газов в атмосферный воздух, образуются фильтрационные воды (фильтрат), а также меняются геопоказатели грунтов под телом полигона, что приводит к увеличению фильтрационной способности грунтов и, как следствие, к загрязнению грунтовых вод.

Большинство функционирующих и закрытых полигонов в России недостаточно оборудованы инженерными сооружениями, позволяющими обеспечить максимальное снижение загрязнения окружающей среды. Принятая система унитарного сбора ТБО (без разделения на органические, неорганические, опасные и т.п. компоненты) также усиливает недостатки технологии хранения отходов на полигонах.

Первоочередным этапом разработки природоохранных мероприятий на полигонах ТБО должна стать оценка данных по следующим характеристикам:
месторасположение полигона ТБО или свалки;
тип полигона (свалки);
период эксплуатации;
виды, характеристики и количество размещенных отходов;
метод складирования;
толщина слоев складирования;
наличие экранов, дренажных и газосборных систем;
химико-биологические характеристики свалочной массы;
гидрогеологические условия прилегающих территорий.

В реальных условиях получение большинства из вышеперечисленных данных затруднено из-за полного или частичного отсутствия информации. Информация по несанкционированным свалкам на сегодняшний день может включать только данные о их размере и местонахождении.

В такой ситуации потребуется проведение инженерно-геологических изысканий и исследование свалочных масс в лабораторных условиях для получения информации по следующим вопросам:
каковы состояние свалки или полигона ТБО (активность, степень биодеградации) на текущий момент времени и прогноз на ближайшие 20-40 лет;

 есть ли опасность выбросов биогаза и возникновения пожара на свалке существует ли опасность загрязнения прилегающих территорий полигона за счет эмиссий фильтрата;

приведут ли процессы биодеградации свалок к просадкам грунта;

насколько эффективна изоляция полигона, примененная при его строительстве и закрытии?

Поведение отходов на свалке носит сложный характер, так как происходит периодическое наслаивание нового материала через неравные промежутки времени. Процесс инертизации свалочного грунта подвержен действию градиентов температуры, концентрации газа, жидкости, рН, ферментной активности и потоков жидкости. К более сложным факторам относятся физико-химические свойства отходов, такие, как водорастворимость, летучесть, размер молекул, а также биологические: способность сорбировать микроорганизмы, межвидовое взаимодействие микроорганизмов и пр.

Различают 3 основных этапа существования полигона :
первый этап - период работы полигона, который длится 15-20 лет. За это время происходит заполнение мощностей полигона отходами;
второй этап (его условно можно назвать биореактором) - период после закрытия полигона до времени затухания биохимических процессов в свалочном теле. В этот период процессы биохимического разложения вещества в теле полигона при отсутствии специальных технологических решений протекают естественным образом;
третий этап - период адаптации полигона к окружающей среде.

В эксплуатационном периоде работа полигона финансируется за счет платежей поставщиков отходов. После полной адаптации полигона к условиям окружающей среды он будет представлять собой техногенную территорию, переходящую во владение местной администрации. Проблему представляет период биореактора. Нет четкого механизма регулирования финансовой поддержки работы полигона в этот период для защиты окружающей среды от загрязнения. Необходима разработка не только защитных мероприятий по снижению возможных загрязняющих выделений, но и организация управления (ускорения или торможения) процессов естественной биодеградации материи свалочного тела, в целях сокращения времени его естественной адаптации и затрат по эксплуатации. Общая продолжительность периодов биореактора и адаптации может достигать сотни лет. Сменится не одно поколение людей, пока полигон ТБО или свалка не адаптируются к естественному ландшафту.

В настоящее время в мировой практике наиболее совершенным методом складирования ТБО, позволяющим сократить негативное влияние на окружающую среду, является обустройство «управляемых» полигонов. При выборе участка для складирования отходов учитываются особенности района размещения полигона ТБО: климат, рельеф, геология, гидрологические процессы, водный баланс и др. Подготовка полигона включает в себя уплотнение и гидроизоляцию ложа, устройство дренажной системы для отвода фильтрационных вод, прокладку труб для сбора биогаза. Для управления таким полигоном рекомендуется ряд технологических мероприятий.

Можно выделить два подхода к управлению процессами анаэробной инертизации свалочного грунта для достижения природоохранного эффекта на долгосрочный период - через ускорение (интенсификацию) или замедление (подавление) процессов биодеградации. Первый подход характеризуется интенсивными эмиссиями, но адаптация полигона к природной среде в этом случае проходит за короткий срок. При втором подходе жизненный цикл полигона существенно удлиняется, но загрязнение природной среды токсичными эмиссиями сводится к минимуму.

К методам инертизации свалочного грунта относятся:
предподготовка ТБО перед размещением на полигоне, например механико-биологическая предподготовка, смешанное захоронение (проектирование композитных смесей), >введение комплекса ферментативныхпрепаратов перед захоронением (ускорение биоразложения), сжигание; воздействие на свалочный грунт, например увлажнение свалочного грунта, рециркуляции фильтрата поверхностных сточных вод, стоков попереработке отходов и пр., аэрация свалочного грунта принудительная и путем естественного притока воздуха (полуаэробный полигон), введение добавок в свалочный грунт - ферментов катализаторов, микроорганизмов, подача дополнительных питательных веществ.

Практические опыты использования перечисленных методов во многих случаях приводят к положительному эффекту, но некоторые проблемы еще могут потребовать своего решения. Например, остаточная эмиссия биогаза может оставаться высокой, может произойти засорение (заиливание) дренажа аэробного полигона, может оказаться затрудненной гидроциркуляция (трудности в достижении высоких скоростей потоков жидкостей сквозь массу отходов), существует возможность образования уплотненного слоя почвы и пр.

Выбору той или иной технологии должно предшествовать всестороннее исследование свалочных грунтов. Вследствие трудоемкости и высокой стоимости натурных изысканий возрастает значимость исследований, проводимых в лабораторном масштабе.

Проведение таких исследований возможно с использованием автоматизированного лабораторного комплекса «Биореактор», созданного в Центре мониторинга и реабилитации природных систем Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.

Установка воспроизводит аэробные и анаэробные условия полигона ТБО в лабораторном масштабе. На базе комплекса можно оценить активность свалочного грунта на текущий момент и спрогнозировать его состояние на долгосрочный период. Возможно проведение исследований по анализу свалочного фильтрата, оценке продуктивности биогаза, интенсификации процессов разложения и обоснование способов предобработки ТБО.

В результате исследований дается заключение о состоянии свалки или полигона ТБО с точки зрения загрязнения окружающей среды, о необходимости проведения контроля для предотвращения опасных ситуаций: взрыва биогаза, загрязнения грунтовых и поверхностных вод токсичными компонентами фильтрата, ухудшения санитарно-гигиенической обстановки.

К достоинствам установки относятся сравнительно малые технические и материальные затраты, умеренные требования по площади, небольшая длительность эксперимента (от 1 до 18 месяцев), возможность отображения всех биохимических процессов, происходящих в свалочном теле, в ускоренном временном масштабе.

Экспериментальный комплекс «Биореактор» может быть использован для исследований на всех этапах существования полигона: от его проектирования до пострекуль-тивационного использования территорий. Полученная информация может быть также востребована специалистами различных городских административных организаций, занимающихся вопросами экологической безопасности и градостроительства.