Полигоны твердых бытовых отходов - природоохранные сооружения, предназначенные для складирования ТБО
Полигоны — это природоохранные сооружения, предназначенные для складирования ТБО и обеспечивающие защиту от загрязнения атмосферы, почв, подземных и поверхностных вод, препятствующие распространению патогенных микроорганизмов за пределы площадки складирования и обеспечивающие обеззараживание ТБО биологическим способом. На полигонах возможна утилизация органической составляющей ТБО путем улавливания биогаза.
Срок службы полигона должен быть не менее 15 — 20 лет. Размещать полигоны необходимо с учетом требований санитарных норм, с удалением от ближайшей жилой застройки на расстояние не менее 500 м. К полигону должна быть подведена дорога с твердым покрытием. По всему периметру площадки, отведенной для полигона, должна быть устроена защитная лесополоса шириной не менее 20 м. Уровень грунтовых вод под днищем полигона должен находиться на глубине более 2 м. На площадке полигона не должны находиться выходы родников. Категорически запрещается использовать под полигоны акватории рек, озер, стариц и болот.
Площадь участка складирования полигона разбивается на очереди эксплуатации из расчета 3 — 5 лет на каждую очередь. В составе первой очереди выделяется первый пусковой комплекс с объемом складирования в течение 1 - 2 лет.
- Защита от загрязнения почв и грунтовых вод осуществляется путем устройства специального противофильтрационного экрана, уложенного по всему днищу и бортам полигона, системы перехвата, отвода и очистки фильтрата, а также системы наблюдательных скважин для контроля качества грунтовых вод.
- Защита от загрязнения почв и воздушного бассейна осуществляется путем ежедневного перекрытия заполненных рабочих карт полигона слоями грунта, организации системы сбора, отвода и утилизации биогаза, оборудования рабочих карт переносными сетками, перехватывающими разносимые ветром легкие фракции (бумага, пленки), рекультивации поверхности заполненных участков полигона.
- Защита поверхностных водных объектов от загрязнения ливневыми и талыми водами, стекающими с территории полигона, ограниченной лесополосой, осуществляется путем очистки поверхностного стока на площадке "биоплато" и отвода транзитных поверхностных вод.
На первой стадии проектирования разрабатывается форпроект полигона, где рассматриваются несколько альтернативных вариантов размещения площадки складирования ТБО, приводятся их технико-экономические показатели, на основании которых выбирается оптимальный.
Проектом полигона определяется его потребная емкость.
В зависимости от месторасположения устанавливается тип и конструкция полигона — высотный, овражный, карьерный, траншейный (рисунок 8.2). Площадка полигона разбивается на очереди строительства и пусковые комплексы, составляется технологическая схема заполнения по сезонам года. В проекте организации работ приводится расчет потребности в машинах, механизмах и обслуживающем персонале, определяется потребность грунта для перекрытия рабочих карт и описывается технология рекультивации полигона.
Архитектурно-строительный раздел проекта включает генеральный план, вертикальную планировку, внутриквартальные дороги, все виды зданий и помещений, ограждение и другие конструкции. Гидротехнический раздел проекта включает расчет устойчивости откосов, плотин и дамб, противофильтрационных экранов, нагорных канав, быстротоков, системы очистки сбросных вод типа "биоплато" и откачки фильтрата. Санитарно-технический раздел включает зоны санитарного разрыва, водопровод, канализацию, установку мойки машин, мероприятия по поливке пылящих поверхностей рабочих карт, борьбе с крысами, очистке фильтрата, утилизации биогаза и др. Проектом предусматривается электроснабжение, освещение и средства связи.
Площадка под полигон выбирается сначала на крупномасштабной карте с учетом рельефа, расположения дорог, населенных пунктов, розы ветров и других факторов, причем намечается несколько возможных вариантов. Предпочтение отдается участкам, где в основании залегают глины и суглинки, другие водоупорные породы.
После предварительной оценки возможных мест размещения полигона площадка выбирается на местности.
Характеристика полигонов и технологии складирования. Теоретическая вместимость полигона на расчетный срок определяется по формуле:
где к, — коэффициент, учитывающий уплотнение ТБО за весь срок службы полигона; к2 — коэффициент, учитывающий объем промежуточных и наружных изолирующих слоев грунта; Т — срок службы полигона, годы; и Н2 — численность населения на первый и последний годы эксплуатации; У,иУ2- удельные годовые нормы накопления на 1 -й (фактические данные) и последний годы эксплуатации, м3/чел. в год.
Схема полигона зависит от рельефа местности. На плоских участках устраиваются полигоны высотного или траншейного типа. Полигон высотного типа образуется путем обвалования плоского участка. Высота дамбы обвалования определяется из условия заложения откосов 1:4 и более при ширине верхней площадки дамбы, обеспечивающей безопасный проезд мусоровозов и работу уплотнительной техники — катков, бульдозеров.
Рисунок. 8.2. Схема полигона карьерного и овражного типов
Уплотненный слой ТБО высотой 2 — 3 м изолируют грунтом или другими инертными материалами, например, промышленными отходами. Толщина слоя промежуточной изоляции — 0,25 м, после уплотнения — 0,15 м. Для обеспечения гидроизоляции дно котлована покрывают уплотненным слоем глины. Возможно также в качестве гидроизоляции использовать компостированные отходы, которые пролежали в буртах не менее года.
Полигоны траншейного типа создаются на плоских участках путем прокладки траншей глубиной 3 — 6 м и шириной поверху 10 - 12 м. Грунт, полученный от разработки траншеи, используется для обратной засыпки после их заполнения ТБО. Длину одной траншеи проектируют с учетом приема ТБО в течение 1 — 2 месяцев, если температура выше 0°С, а при более низких температурах — на весь период промерзания грунтов.
Овражные участки заполняют по схеме выравнивания. При этом углубление дна оврага и срезку грунта с откосов с целью придать им необходимый наклон проектируют с учетом обеспечения полигона изолирующим материалом. На дно оврага (основание полигона) укладывают глинистый грунт с послойным уплотнением для создания водонепроницаемого противофильтрационного экрана. Участки складирования в овраге разбивают, начиная с верховья, на очереди, сооружая в конце каждого участка земляные плотины. Вместимость полигона, расположенного в овражном участке, рассчитывается в два этапа. На первом этапе определяют вместимость при заполнении до бровки оврага, на втором — с учетом создания дамб обвалования по схеме высотного полигона.
Складирование ТБО в карьерах осуществляется по схеме выравнивания (до уровня бровки карьера) или по высотной схеме с превышением уровня бровки карьера за счет создания дамб обвалования. Предусматривается съезд мусоровозов на дно карьера и послойная укладка отходов. Послойная укладка достигается надвигом снизу вверх или сталкиванием с откоса, образованного ТБО. Уплотнение ТБО производится четырехкратным и более проходом катка или бульдозера. Объемный вес ТБО при этом повышается до 0,8 — 0,9 т/м3. Толщина уплотняемого слоя не должна превышать 0,5 м.
После окончания эксплуатации полигонов их покрывают изолирующим слоем фунта толщиной не менее 1 м в соответствии с проектом рекультивации.
Полевое компостирование является наиболее простым способом обезвреживания и переработки ТБО.
Если на полигонах обезвреживание протекает в течение 50 — 100 лет, то при полевом компостировании этот процесс происходит за 6 — 18 месяцев в зависимости от климатических условий.
Компостирование — сложный аэробный биологический процесс, сопровождающийся интенсивным выделением тепла. Легкогниющие органические вещества разлагаются с образованием подвижных форм гуминовых кислот, хорошо усваиваемых растениями. В результате компостирования синтезируется гумус, который является основным компонентом почвы. В основе получения компоста лежит процесс аммонификации под воздействием аэробных бактерий. В свою очередь аммонификация является процессом разложения органических соединений ТБО с выделением аммиака. Поэтому при компостировании ТБО теряют до 20% (по весу) органических веществ.
Разложение органического вещества ТБО, инициируемое аэробной микрофлорой, требует постоянного притока кислорода и отвода газообразных продуктов окисления, в том числе углекислого газа. Накопление углекислого газа, снижая окислительный потенциал, может тормозить процесс. Поэтому в ТБО должно поддерживаться определенное соотношение углерода и азота (С : N = 25 — 30).
В процессе компостирования можно выделить две основные фазы:
- I — получение биотоплива; при этом снижение содержания органического вещества составляет 5 — 8% вес;
- II — получение компоста, при котором снижение веса органического вещества составляет 20% вес.
Компостирование ТБО производится на площадках, расположенных рядом с полигонами.
Наиболее простая технология компостирования заключается в складировании в штабеля, расположенные параллельными рядами с проездом между ними 3 м. Ширина основания и высота варьируются в зависимости от климатических условий. Для предотвращения выплода мух, устранения запахов и уменьшения теплообмена между штабелями и воздушной средой их покрывают слоем земли или торфа высотой 15 — 20 см.
В штабелях весенне-летней закладки в результате протекания аэробного компостирования в течение первых 15 — 20 дней происходит саморазогрев штабеля до 60 — 70° С; затем в течение 2 — 4 месяцев температура держится на уровне 40 — 45° С, а в дальнейшем снижается до 30 — 35° С. Через 10 месяцев "горения" температура устанавливается на уровне 14 — 18° С и держится до следующей весны. Рекомендуемая продолжительность компостирования ТБО в штабелях — от 12 до 18 месяцев. При регулярном перелопачивании и увлажнении штабелей срок может быть существенно уменьшен.
В процессе компостирования интенсивно снижается влажность отходов. Для обеспечения активизации процесса наряду с перелопачиванием и принудительной аэрацией материал следует увлажнять.
Полученный компост очищается от балластных фракций — стекла, камней, металла с использованием установки для механизированной сортировки. Установка для механизированной сортировки содержит магнитный сепаратор, виброгрохот и транспортеры.
Другим вариантом технологии полевого компостирования является предварительное дробление ТБО перед укладкой в штабеля, осуществляемое при помощи молотковых дробилок. В этом случае выход компоста увеличивается, а количество отходов снижается.
Более совершенная технология полевого компостирования осуществляется на специальных секционных площадках с водонепроницаемым основанием (бетонные плиты), оборудованных грейферным краном, осуществляющим создание и перелопачивание штабелей. На площадках имеется дробильно-сортировочное отделение, оборудованное приемным бункером с пластинчатым питателем, магнитным сепаратором для отбора металлолома, системой ленточных транспортеров, цилиндрическим грохотом, дробилкой для компоста. Для аэрации ТБО в штабелях прокладывают перфорированные воздуховоды, соединенные с вентилятором.
Площадки содержат также систему полива и пожаротушения. Для ликвидации крупного отсева балластных фракций площадки могут содержать мусоросжигательные или пиролизные установки небольшой производительности; при их отсутствии балласт вывозится на полигон. Для небольших городов (до 200 тыс. жителей) такие площадки компостирования являются реальной альтернативой полигонам ТБО.
Компостирование в максимальной степени соответствует природному кругообороту веществ, обеспечивая обезвреживание и утилизацию ТБО.
Санитарное обезвреживание ТБО при компостировании происходит в результате их нагрева, который обеспечивается жизнедеятельностью различных микроорганизмов. В процессе жизнедеятельности микроорганизмов при компостировании ТБО на первой стадии происходит развитие неспороносных мезофильных микроорганизмов. Температурный оптимум их развития составляет 25 — 30° С с повышением температуры за счет выделения энергии окисления органических кислот и белков под воздействием мезофильных микроорганизмов до 42 — 50° С. При этом создаются условия для развития теплолюбивых споровых микроорганизмов — термофилов, а мезофилы начинают отмирать. Далее происходит развитие термофильных микроорганизмов.
Температурный оптимум их развития — 55 — 60° С, однако температура компостируемого материала продолжает повышаться и достигает 65 — 70° С, что является губительным для патогенных микроорганизмов. В результате обеспечивается обезвреживание биотоплива и компоста. Затем происходит медленное падение температуры при сокращении количества термофилов, которые переходят в спорообразное состояние; вновь развиваются мезофильные микроорганизмы. Падение температуры указывает на то, что подвижные соединения органической массы в основном усвоены. В этой фазе работают аммонифицирующие микроорганизмы. На завершающем этапе процесса компостирования развиваются целлюлозоразлагающие микроорганизмы.
Для успешного течения процесса компостирования необходимо соблюдение следующих условий:
- влажность ТБО должна быть не менее 50 — 60% вес.;
- содержание пищевых отходов — не менее 25 — 30% вес.;
- отношение С : N в ТБО, равное порядка 25 — 30.
Органическое вещество содержится в основном в бумаге и пищевых отходах, причем последние состоят из легко усваиваемых соединений.
Значительное же содержание бумаги (до 70%) не позволяет в ряде случаев успешно осуществлять компостирование ТБО. Поэтому весьма перспективно совместное компостирование ТБО и осадка сточных вод (ОСВ). Осадки сточных вод являются крупнотоннажным отходом, образующимся при биологической очистке сточных вод. Утилизация и обезвреживание ОСВ является сложной экологической проблемой. Удобрительные свойства высушенных и прокомпостированных осадков выше, чем компоста из ТБО.
С другой стороны, применение осадков лимитируется содержанием в них соединений тяжелых металлов (кадмий, свинец, ртуть и др.), особенно для ОСВ крупных промышленных городов.
Компосты из ОСВ успешно применяются в качестве удобрений.
При совместном компостировании ТБО и ОСВ удается улучшить структуру и товарный вид компоста, повысить содержание в нем питательных веществ. Для совместной переработки целесообразно использовать механически обезвоженные осадки влажностью 70 — 80%. Смесь ТБО и ОСВ должна иметь влажность не более 60%. Учитывая, что необезвоженные ОСВ имеют высокую влажность (~97%), целесообразно использовать их для полива штабелей ТБО в условиях полевого компостирования, компенсируя потерю влажности в поверхностных объемах материала.
Важным условием совместного компостирования ОСВ и ТБО является правильная дозировка ОСВ, контроль содержания соединений тяжелых металлов в компосте в соответствии с установленными нормативами, контроль за правильной дозировкой при внесении компостов в почву.
