книги / Управление метаногенезом на полигонах твердых бытовых отходов

Таблица 7.1

Зависимость потока метана от типа покрытия

Таблица 7.2

Зависимость потока метана от наличия системы дегазации

шать затраты на тех полигонах, где нет дорогостоящих геомембран и требуется только обслуживание верхнего покрытия и периодический мониторинг.

7.2. Экскавация свалочного грунта и ее влияние на состояние свалочного тела

В 90-х годах муниципалитеты многих городов прояви­ ли интерес к методу экскавации свалочных тел для ре­ культивации полигонов в соответствии с современными экологическими требованиями, снижения площади закры­ тых полигонов и сокращения расходов на закрытие.

Разработка и удаление свалочных тел —это метод пла­ новой и управляемой выемки и переработки складирован­ ных отходов. Он используется как способ модернизации открытых свалок, неудачно спроектированных, или неэф­ фективно функционирующих полигонов или как способ быстрого начала нового хозяйственного использования территории [5].

Удаление свалочного тела связано также с извлечением вторичных ресурсов. В условиях экономически развиваю­ щихся стран, где отходы имеют высокое содержание мате­ риалов, подверженных гниению, вторичные ресурсы вклю­ чают биологически стабильные мелкие органические час-

тиды, которые можно использовать в качестве промежу­ точного изолирующего материала, окончательного изоли­ рующего покрытия, добавки в почву и т.п. Из отходов можно извлекать золу и другие мелкие неорганические фракции. Потенциальной сферой применения этих мате­ риалов является дорожное строительство и производство строительных материалов.

Существуют различные варианты экскавации, улучша­ ющие экологическое состояние объекта, сокращающие зат­ раты на эксплуатацию и закрытие полигона:

1)выемка или сбор отходов на внешней границе поли­ гона для снижения его площади в сочетании с немедлен­ ным размещением, уплотнением и укрытием слоем грунта собранного материала на оставшейся площади;

2)выемка всех отходов (особенно при малом размере свалки) и перевозка материалов на соответствующий по­ лигон для ТБО;

3)выемка всех материалов, временное складирование вблизи свалки при обеспечении соответствующего эколо­ гического контроля, строительство нового полигона на ис­ ходном участке в соответствии с санитарными требования­ ми современных полигонов и захоронение ТБО на новом полигоне;

4)выемка материалов, переработка и извлечение реге­ нерируемых материалов, модернизация площадки и захо­ ронение ТБО на новом полигоне.

При полном удалении свалочного тела желательно, чтобы органические отходы на полигоне были стабилизированы.

Поскольку выемка и переработка недостаточно разло­ жившихся отходов чревата риском неприятных и опасных воздействий на здоровье и безопасность людей, необходи­

мы соответствующие меры. Экскавация и вывоз свалочно­ го грунта осуществляются после устранения запаха. Про­ блему безопасности рабочих на месте позволяет решить метод метод активации окислительных процессов с помо­ щью биопустера [13].

Экскавация свалочных тел, тем не менее, не может за­ менить полноценной рекультивации и ремедиации поли­ гонов. Целесообразность ее применения зависит от конк­ ретных условий: экономических возможностей и ценности земельного участка, занятого полигоном; геометрических

параметров полигона, степени разложения отходов, имею­ щихся возможностей по перевозке отходов на другой по­ лигон. Решение об удалении свалочного тела должно при­ ниматься после соответствующих экологических, санитар­ но-эпидем иологических, газогеохим ических и инженерно-геологических исследований.

7.2.1. Экскавация в процессе эксплуатации полигонов

Свалочные грунты являются опасными в газогенериру­ ющем отношении при содержании метана более 1 об.%. Но, как показывают исследования, извлекаемые грунты не всегда опасны. При экскавации свалки в графстве Ко­ льер (Флорида) никакого вредного воздействия на рабочих или население зафиксировано не было. Степень разложе­ ния грунта была высокой. Извлеченный почвоподобный материал с низким содержанием тяжелых металлов ис­ пользовался в качестве изолирующего грунта. Аналогич­ ная картина имела место и на свалке Барре (Массачусетс), где экскавация проводилась спустя 20 лет после оконча­ ния эксплуатации [5].

Почвоподобный материал с аналогичными свойствами мы обнаружили в процессе исследований свалок в Пермс­ кой области [14].

Полевые исследования грунтов на закрытой 20 лет на­ зад свалке «Голый Мыс» показали, что по гранулометри­ ческому составу техногенные образования свалки представ­ лены частицами размером от 1 до 0,005 мм и менее, что соответствует номенклатуре грунта: суглинок тугопластич­ ный тяжелый и глина тугопластичная пылеватая. Основ­ ные физические свойства грунтов характеризуются пара­ метрами, приведенными в табл. 7.3.

По величине коэффициента водонасыщения грунт соот­ ветствует категории «весьма влажные, насыщенные грун­ ты» по СНиП 2.05.02-85 и ГОСТ 25100-82. Величины мо­ дуля деформации грунтов, полученные по данным штамповых и компрессионных испытаний, показывают, что процесс консолидации грунтов в теле свалки практически закончился.

Вместе с тем по гигиеническим характеристикам эти грунты представляют определенную опасность. Так, по

Таблица 7.3

Гранулометрический состав грунтов свалки «Голый Мыс»

Таблица 7.4

Физико-механические свойства грунтов свалки «Голый Мыс»

химическому составу грунты в районе свалки характери­ зуются повышенным по сравнению с ПДК содержанием микрокомпонентов: никеля - до 70 ПДК, кобальта - до 40 ПДК (в подвижной форме), меди и хрома —до 10 ПДК. В одной точке зафиксировано повышенное содержание мар­ ганца (12 ПДК) и цинка (2 ПДК). С увеличением глубины концентрация марганца, никеля, кобальта и хрома сни­ жается до значений ПДК и ниже. При удалении от свалки идет постепенное снижение содержания указанных ком­ понентов до ПДК и ниже и на расстоянии 1500 м от свал­ ки оно соответствует фону. Эмиссия биогаза не обнаруже­ на. В связи с этим при принятии решения об экскавации и использовании этих грунтов должны быть учтены сани­ тарно-гигиенические и экологические требования.

На российских полигонах традиция удалять разложив­ шийся свалочный грунт в процессе эксплуатации храни­ лищ отходов с целью освобождения места для складирова­ ния свежих отходов сложилась стихийно. За десятки лет эксплуатации свалки «Софроны» старые отходы многократ­ но перекапывали, ими пересыпались новые. Процесс со­ провождался постоянным горением отходов. Такая прак­ тика повлияла на процесс метаногенеза, на структуру и свойства свалочных образований.

Вгрунтах, извлеченных с глубины 12 м, на свалке «Софроны» выделены фракции от 250—300 мм до 2—10 мм и менее.

Восновном разложившийся грунт состоит из смеси по­ чвы, мелкого стекла, стройматериалов и дерева с очень малым количеством бумаги и веток. Очевидно, это связано

спостоянным горением свалки, в результате которого вы­ горает часть органических отходов, прежде всего бумаги, веток, текстиля и других углеродсодержащих компонен­ тов.

Крупные фракции (100—300 мм) находятся в виде об­ ломков стройматериалов и компонентов отходов.

Фракции размером 10—100 мм представлены неразложившимися компонентами ТБО (стекло, древесина, угле­ образные частицы, пластмасса, резина, металл и т.п.).

Фракция менее 10 мм является смесью продуктов раз­ ложения ТБО и унаследованных минеральных компонен­

тов в виде сыпучего, практически бесструктурного, темно­ серого материала. При этом в свалочном грунте преобла­ дают глинистые минералы (около l /З от массы фракции <2 мм), кварц и кальцит. Содержание органических ком­ понентов отходов приведено в таблице 7.5.

Физические свойства грунтов представлены в табл. 7.6. Свалочные грунты характеризуются высокой пористостью — 65-70% , причиной которой являются процессы выгора­ ния отходов. Высокое водонасыщение нижнего горизонта типично для свалочных тел и свидетельствует о наличии в теле полигона фильтрационных вод. Коэффициент фильт­ рации значительно снижается с глубиной. Средние значе­ ния коэффициента фильтрации лежат в пределах значе­ ний, характерных для песков и супесей. Это согласуется со сведениями, которые приводятся в литературе: коэффи­

циент фильтрации отвалов 15-летнего возраста, определен­ ный в натурных условиях, составляет от 10 2 до Ю ^-Ю 6 см/с [15].

По величине коэффициента фильтрации грунт соответ­ ствует категории водопроницаемых грунтов (кф<0,3) по ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация».

Дисперсионный анализ результатов показал, что досто­ верно характерными для каждой глубины являются зна­ чения коэффициента фильтрации, водонасьпцения и объем­ ного веса скелета грунта (Р < 0,001). Изменения осталь­ ных физических свойств по глубине свалочного тела не являются статистически значимыми.

Химический состав техногенных грунтов характеризу­ ется повышенным, в сравнении с ПДК, содержанием неко­ торых микрокомпонентов (Сг, Ni, Va, Zn, Sr и др.). По результатам анализа отмечены повышенные концентрации никеля и хрома —в 1,5—2 раза, ванадия —в 1,5 раза, цинка - в 1,5—2,5 раза, стронция —в 19 раз. В ряде проб отмечено повышенное содержание марганца, меди. Содержание мик­ роэлементов в грунтах с глубиной уменьшается.

Проведенные исследования показали, что свалочные грунты захоронений ТБО, сформировавшиеся в после­ дние десятилетия в результате периодической экскава­ ции старых разложившихся отходов, по морфометричес-

Таблица 7.5

Основные характеристики свалочного грунта

Таблица 7.6

Свойства техногенных грунтов свалки «Софроны»

кому строению имеют характерные особенности. Уста­ новившиеся процессы метаногенеза периодически нару­ шаются вскрытием отходов и укладкой новых с возвра­ щением к аэробной стадии разложения. Вкупе с горени­ ем это приводит к значительному снижению органики, к преобладанию мелких фракций смеси продуктов раз­ ложения и минеральных компонентов. Часть органичес­ ких отходов разлагается в аэробных условиях или сго­ рает. Следствием этого является сокращение периода выделения биогаза.

Существенное влияние на ускорение процессов разло­ жения оказывают процессы выгорания таких фракций ТБО, как бумага, садово-парковые отходы, текстиль, являющих­ ся основными источниками биогаза.

Высокая зольность, низкое содержание органической составляющей свидетельствуют о сравнительно быстром (в течение 20—30 лет) завершении процессов разложения орга­ нических компонентов отходов.

Таким образом, экскавация свалочного грунта может использоваться не только как способ сокращения жизнен­ ного цикла полигона за счет секвестирования рекультивационного периода, но и как способ управления метаногенезом на действующем полигоне.

7.3. Использование и развитие территорий свалок и полигонов

Свалки бытовых отходов, закрытые для приема ТБО, относятся к наиболее типичным нарушенным территори­ ям. Эти территории, по терминологии US ЕРА называе­ мые «brownfields», часто не восстанавливаются из-за сто­ имости очистки. В России на рекультивацию и локализа­ цию , например, одной только Приморской свалки Санкт-Петербурга в 1996 году было выделено 600 млн руб­ лей, которые не покрыли необходимых затрат [16].

Во многих случаях существование «brownfields» вызва­ но упадком деловой активности и потерями доходов. Зако­ нодательства многих стран, в частности CERLA и RCRA США, снижают интерес к таким территориям. Тем не ме­ нее местные органы власти начинают осознавать ценность городской территории и стремятся к восстановлению и использованию таких земель. В 1980-х годах проявились две объективные тенденции, возродившие интерес к раз­ работке старых свалочных тел. Первая — это дефицит площадей, выделяемых под полигоны, и вторая — извле­ чение и использование вторичных ресурсов [17].

US ЁРА провозгласило в 1995 году стратегию на стиму­ лирование развития задолженных территорий. Эта страте­ гия поддерживается государственными и региональными программами, федеральными грантами [18].

Российское законодательство хотя и декларирует необ­ ходимость рекультивационных работ после закрытия по­ лигонов, активное коммерческое освоение территорий ста­ рых свалок и полигонов ТБО и интерес к ним не стимули­ рует [1]. Для этого существуют объективные причины. Главная из них заключается в самой природе свалочного тела, являющегося источником повышенной опасности изза образования биогаза, фильтрата. Такая проблема, как дифференцированная просадка, способна вызвать структур­ ные нарушения построек на полигоне.

Оседание свалочного тела продолжается вплоть до за­ вершения процесса биологического разложения отходов и вызывает проблемы инженерно-технического характера, такие как низкая несущая способность основания, измене­ ние величины просадки во времени.

Кроме того, ТБО представляют большую опасность в эпидемиологическом отношении, так как содержат возбу­ дителей различных болезней и являются подходящей сре­ дой для их размножения.

В настоящее время опыт застройки таких земель суще­ ствует. Многие закрытые полигоны с большим или мень­ шим успехом используются в различных целях.

Использование ведется в следующих градостроительных направлениях: пассивные рекреационные районы или от­ крытые пространства — парки, зеленые зоны; активное рекреационное использование — спортивные площадки, поля для игры в гольф; коммерческое использование — склады, автостоянки, легкие металлические конструкции, дороги с твердым покрытием; гражданское строительство — здания без подвалов и технических подполий.

7.3.1. Пассивное рекреационное использование

Пассивное рекреационное использование закрытых сва­ лок и полигонов достаточно подробно описано в литерату­ ре, в том числе нормативной [1, 5, 24]. Необходимым ус­ ловием является достаточная толщина верхнего слоя за­ сыпки — не менее 60 см под пастбищные культуры с короткой корневой системой, больший слой земли —под люцерну и клевер.

Сельскохозяйственное использование целесообразно при расположении полигона в зоне землепользования того или иного сельскохозяйственного предприятия. Выращивание овощей и садоводство допускается через 10-15 лет, созда­ ние сенокосно-пастбищных угодий —через 1—3 года после закрытия полигона.

Лесохозяйственное использование, как правило, имеет мелиоративное, противоэрозионное или полезащитное на­ значение.

Исследования в области лесохозяйственного освоения были проведены в Италии на шести свалках общей площа­ дью 120 га [17].

Наблюдения показали следующее: территории, засажен­ ные с большим биоразнообразием, восстанавливались го­ раздо быстрее, чем территории, засаженные малым коли­ чеством видов растений; зеленый слой образуется в тече­ ние первого года; в целом вся система развивается в сторону

преобладания лесной растительности; при плотной посад­ ке ветви деревьев сцепляются между собой уже через 4 года. Время и затраты, которые потребовались для рекуль­ тивации, показаны в табл. 7.7.

Таблица 7.7

Затраты на рекультивацию свалок различной мощности в Италии [17]

Восстановленный участок Bosco delle Querce в Seveso и территория площадки Cavenado предназначались под зоны отдыха приблизительно через 10 лет после начала работ по рекультивации свалки. Территории свалок в Goria Maggiore и Modena предполагалось использовать в каче­ стве природного ландшафта уже через 1—2 года после по­ садки растений.

В настоящее время эти территории используются как большие естественные и ландшафтные парки (Bosco delle Querce в Seveso; Carate Brianza, Firenzuola, Modena, Goria Maggiore) и сельскохозяйственные зоны (Cavenado Brianza).

7.3.2. Активное рекреационное использование

Это направление использования рекультивированных свалок является в мире наиболее распространенным.

Свалка Шун Ван в Гонконге, на которой хранилось при­ мерно 15 млн тонн отходов, занимала территорию в 50 га. После завершения процесса рекультивации свалка исполь­ зуется в качестве площадок для игры в гольф, примыкаю­ щих к набережной для прогулок [18].

На территории, расположенной в 24 км от Лос-Андже­ леса, с 1951-го по 1969 год существовала свалка площадью