книги / Управление отходами. Сточные воды и биогаз полигонов захоронения твёрдых бытовых отходов

Влияние фильтрационных вод на подземные воды. Оценка влияния фильтрата на состояние подземных вод территории, непосредственно прилегающей к свалке, проводилась на основе исследований химического состава, токсичности и санитарно-эпидемиологической опасности проб воды, отобранных из гидрогеологических скважин выше и ниже по потоку грунтовых вод. Результаты анализов проб подземных вод приведены в табл. 1.15. Установлено техногенное загрязнение подземных вод по ХПК (34 ПДК) и БПК5 (90 ПДК), аммонийному азоту (7,5 ПДК), по сухому остатку и хлоридам– (до 6 ПДК), фенолам (5 ПДК), ионам марганца (66 ПДК). Результаты биотестирования показали высокую токсичность подземных вод.

Таблица 1.15 Состав подземных вод в зоне влияния полигона ТБО «Софроны»

Влияние фильтрационных вод на поверхностные воды. Поверхностные воды в районе расположения полигона ТБО представлены р. Соломинка, Бродовая, Татарка и их притоками. В табл. 1.16 отражены результаты химического анализа проб поверхностных вод, отобранных из пяти створов.

Наибольшее загрязнение воды наблюдалось в пробах, отобранных из гидроствора 4, расположенного на ручье, стекающем с территории свалки.

41

42

Таблица 1.16

Химический состав поверхностных вод

1.5. Управление качеством фильтрационных вод полигона ТБО

Решение проблемы управления качеством фильтрационных вод и снижение их воздействия на объекты гидросферы подразумевает разработку системы противофильтрационной защиты основания тела полигона, технологий сбора, отведения и очистки фильтрационных вод.

1.5.1. Противофильтрационная защита полигона ТБО, сбор и отведение фильтрационных вод

Конструкции противофильтрационных экранов и завес. Современный полигон захоронения ТБО представляет собой сложное инженерное сооружение, обеспечивающее защиту объектов биосферы от загрязнений.

Для снижения гидростатического напора фильтрата на основание и откосы полигона, а также минимизации объемов его просачивания в грунтовые воды и предотвращения растекания фильтрата за пределы ограждающей дамбы предусматривается устройство гидротехнических сооружений – системы противофильтрационной защиты основания, состоящей из следующих элементов:

–противофильтрационного экрана;

–системы сбора и отвода фильтрата.

Типовая схема конструкции системы противофильтрационной защиты основания полигона представлена на рис. 1.4.

Противофильтрационный экран предназначается для покрытия всей площади основания полигона с целью предотвращения поступления фильтрата в подземные горизонты.

Необходимо отметить, что проектирование системы противофильтрационной защиты основания необязательно в тех случаях, когда фильтрата на полигоне не образуется: при складировании ТБО влажностью менее 52 %

вклиматических зонах, где годовое количество атмосферных осадков превышает не более чем на 100 мм количество влаги, испаряющейся с поверхности, согласно нормативным требованиям [10]. Во всех остальных случаях

всвязи с возможностью образования фильтрата важнейшей задачей проектирования полигонов ТБО является обеспечение противофильтрационной защиты основания полигона для предотвращения загрязнения подземных вод фильтратом [10, 11].

Нормативно-методическими требованиями [9, 12], предъявляемыми к полигонам ТБО, регламентируется, что основание полигона должно иметь слой связанного грунта, к таким относятся глины в естественном состоянии с коэффициентом фильтрации воды не более 0,000 01 см/с (0,0086 м/сут) и толщиной не ме-

43

нее 0,5 м. Для грунтов, характеризующихся коэффициентом фильтрации более 0,000 01 см/с, необходимо предусматривать устройство искусственных водонепроницаемых экранов для защиты грунтовых вод от воздействия фильтрата.

Рис. 1.4. Система противофильтрационной защиты основания полигона: а – профиль; б – план

Согласно ТСН «Проектирование, строительство и рекультивация полигонов твердых бытовых отходов в Московской области» [37] естественное грунтовое основание полигона (геологический барьер), расположенное ниже планировочной отметки карты, обладающее свойствами и размерами достаточными для препятствия распространению вредных веществ в грунтовой среде, должно обладать коэффициентом фильтрации не более 10–5 см/с (10–7 м/с). Минимальная мощность геологического барьера должна составлять не менее 1 м. Если это условие невыполнимо, необходима укладка однослойного глинистого экрана толщиной не менее 0,5 м, с коэффициентом фильтрации не более 10–7 м/с.

Искусственные защитные экраны должны обладать:

– механической прочностью к нагрузкам, которые могут возникнуть при строительстве и эксплуатации полигона;

44

–химической стойкостью к ингредиентам фильтрата, образующегося из отходов;

–физической стойкостью к перепадам температур, которые могут быть при строительстве и эксплуатации полигона;

–достаточной водонепроницаемостью для удержания фильтрата на поли-

гоне [10].

Основную сложность проектирования системы противофильтрационной защиты основания полигона представляет подбор материала и конструкции противофильтрационного экрана полигона ТБО, так как после укладки экрана, начала и завершения приема на полигон отходов он, находясь в основании полигона, не подлежит ремонту и тем более замене. В то же время потенциальная опасность загрязнения окружающей среды при захоронении ТБО на полигонах существует более 50 лет. Поэтому противофильтрационный экран должен обладать необходимыми постоянными во времени свойствами, чтобы обеспечить долговременную защиту от поступления вредных веществ в окружающую среду [37].

Обычно защитные экраны выполняют из глин и суглинков. Толщина экрана составляет не менее 0,5 м. Исходная глина ненарушенной структуры должна иметь коэффициент фильтрации не выше 0,001 м/сут. Поверх экрана укладывается защитный слой из местного грунта, толщиной 0,2–0,3 м [9, 12].

Согласно требованиям минимальный изоляционный слой устанавливается из природных глин или равноценных минеральных материалов, укладываемых

суплотнением в два слоя, обеспечивающих коэффициент фильтрации не более 10–7 м/с при градиенте напора i = 30 (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Структура глиняногоэкрана: 1 – дренажный слой; 2 – дренажная труба; 3 – минеральный изоляционный слой; 4 – геологическийбарьер; 5 – планировочная отметка основания карты

45

Двуслойные глиняные экраны могут включать промежуточный дренажный слой между слоями, состоящий из крупнозернистого песка, толщиной 40–60 см.

Для изоляции основания полигона могут применяться грунтобитумные экраны, обработанные органическими вяжущими веществами или отходами нефтеперерабатывающей промышленности, толщиной от 0,2 до 0,4 м или двойной пропиткой битума, в зависимости от состава отходов и климатических условий [9, 12]. В целях получения такого экрана минеральный глинистый грунт обрабатывается на глубину 10–15 см жидким битумом или нефтью с добавлением цемента и уплотняется гладкими катками [46].

Обычно для защиты от инфильтрации отжимных вод в подземные водоносные горизонты устраивают экран из водоупорных материалов – естественных (глины, суглинки) и искусственных (пленочные покрытия из пластмассы, продуктов и отходов нефтехимической промышленности – битумов, смолистых материалов и т.д.) [1].

Такие комбинированные экраны состоят из трех слоев глины, уложенных с уплотнением. Коэффициент фильтрации 5 · 10–7 м/с при градиенте напора i = 30. Синтетическая гидроизоляция должна быть выполнена из рулонных гидроизоляционных материалов толщиной не менее 2,0 мм. Для защиты синтетической гидроизоляции на ее поверхности располагается слой мелкого песка с частицами не крупнее 0,5 мм, толщиной не менее 0,15 м или равноценные материалы – геотекстили с поверхностной плотностью не менее 700 г/м3 (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Конструкция комбинированного глиняного экрана: 1 – мелкий песок; 2 – защитно-дренажный слой песка или гравия; 3 – дренажная труба; 4 – геомембрана; 5, 6, 8 – глиняный экран;

7 – коренные породы

46

Также применяются полимерные искусственные экраны.

–Экран двухслойный из латекса. Экран состоит из планировочного подстилающего слоя толщиной 0,3 м, слоя латекса, промежуточного слоя из песчаного грунта 0,4 м, второго слоя латекса и защитного слоя из мелкозернистого грунта толщиной 0,5 м.

–Экран из полиэтиленовой пленки, стабилизированной сажей, двухслойный. Двухслойный экран состоит из подстилающего слоя – глинистого грунта толщиной не менее 0,2 м, двух слоев полиэтиленовой пленки, стабилизированной сажей, толщиной 0,2 мм. Между слоями пленки устраивается дренажный слой из крупнозернистого песка, толщиной 0,4 м. На верхний слой пленки укладывается защитный слой (h = 0,5 м) песчаного грунта с частицами максимальной крупности до 5 мм.

Допускается применение однослойных искусственных экранов без дренажа фильтрата при благоприятных гидрогеологических условиях участка складирования: уровень грунтовых вод не менее 6 м от поверхности основания рабочих карт; наличие в основании карт суглинков с коэффициентом фильтрации не более 10–3 см/с и мощностью не менее 6 м. Дренажный слой предусматривается для аварийных ситуаций и контроля выхода фильтрата.

–Пленочный экран изполиэтилена высокого давления толщиной1,5–2,5 мм. При экономическом обосновании возможно создание искусственного

противофильтрационного экрана из слоя глины с коэффициентом фильтрации

10–8 –10 –7 см/с, толщиной 0,3–0,4 м.

При устройстве пленочных экранов один из защитных слоев (подстилающий или покрывающий) должен быть выполнен из глинистого грунта (глина, суглинок), что позволяет локализовать дефекты, возникающие при производстве или укладке пленки [9, 12].

Обычно завод-изготовитель поставляет материал в виде рулонов шириной 4–6 м. Поставляемый материал имеет сопроводительный документ – сертификат, в котором указываются обязательные характеристики (табл. 1.17) [43, 46].

Окончание табл. 1.17

Перед укладкой материал должен быть свернут в рулон, защищен от повреждений при транспортировке и разрушений при укладке, уложен на поверхность подложки после контроля качества.

Сварка листов и испытания швов ведутся согласно инструкциям, обязательным для каждого конкретного материала.

После укладки на поверхность подложки материал должен быть защищен от разрушения сверху пластмассовым или гравийным дренажным слоем.

При сооружении дренажной системы над экраном обеспечивается защита полимерного экрана от недопустимых нагрузок.

При приемке экрана обязательны сертификаты качества сварного шва (1 образец на 100 м шва). Все образцы проверяются на проникновение фильтрата, толщину и прочность.

Из каждых 5000 м2 экрана отбирается один образец (1× 1 м) материала, включая шов, для лабораторного анализанапрочность ипроникновение фильтрата [1].

В настоящее время в качестве гидроизоляционных экранов широко применяются геосинтетические материалы. В начале 1970-х годов в Германии вышел закон «Об ответственности региональных и местных властей за управление отходами», определяющий начало перехода от «диких» свалок к централизованным полигонам по захоронению отходов. Административные предписания к Закону по обращению с отходами (ТАА) и Технические руководства по переработке и захоронению отходов (ТАSi) на сегодняшний день в Германии предусматривают жесткие требования к системе строительства полигонов. Именно тогда и зародилась идея использовать геосинтетические материалы.

48

Карбофол – это изолирующее покрытие, изготовляется из полиэтилена высокой плотности низкого давления (HDPE). Карбофол может производиться различной толщины (от 1 до 3 мм) с гладкой или структурированной поверхностью шириной 5,1 и 9,4 м. Карбофол в качестве геомембраны обеспечивает полную изоляцию от различных жидкостей, в том числе токсичных. Применение карбофола в качестве составной части гидроизоляции основания защищает грунтовые воды от загрязнения.

Секутекс – представляет собой иглопробивной штапельно-волокнистый нетканый геотекстильный материал, используемый в качестве разделительного, фильтрующего, защитного и дренажного слоев. Он изготовлен из 100 % синтетического волокна, обеспечивающего его долговечность. Секутекс применяется в качестве защитного слоя. Он защищает геомембрану от механических повреждений.

Секудрен – представляет собой трехмерную дренажную систему, состоящую из дренажной сердцевины и как минимум одного фильтровального слоя из нетканого текстильного материала [43].

Фирма CETCOEurope (Великобритания) выпускает рулонные геотекстильные материалы «Бентомат» на основе природного натриевого бентонита, которые используются для создания противофильтрационных экранов при строительстве различных сооружений (полигонов промышленных и бытовых отходов, резервуаров хранения нефти и ГСМ, шламовых амбаров, промышленных и декоративных водоемов и др.) для защиты от проникновения в почву и грунтовые воды загрязняющих веществ.

Материал «Бентомат» представляет собой каркас из полипропиленовых волокон, заполненный гранулами натриевого бентонита. Тканое полотно соединено с нетканым поперечными волокнами иглопробивным способом, что обеспечивает равномерное распределение и фиксацию гранул бентонита внутри каркаса. Структура материала «Бентомат» представлена на рис. 1.7 [47].

Рис. 1.7. Структура материала «Бентомат»

49

Фирмой GSE разработаны геосинтетические материалы для создания системы изоляции основания полигонов ТБО. Ниже представлено описание некоторых материалов.

Бентонитовые маты GSEGrundSeal (GCL) состоят из натриевого бентонита, прочно сцепленного клеем с геомембраной из полиэтилена высокой плотности. Материал GSEGrundSeal (GCL) сочетает высокое набухание и герметичность бентонита с низкой проницаемостью геомембраны из высокоплотного полиэтилена (коэффициент фильтрации менее 10–14 м/с.

Защитный слой нетканого фильерного геотекстиля плотностью 25 г/м2 наклеивают на поверхность бентонита, чтобы защитить бентонит на время монтажа. Гладкая подложка геомембрана и ПЭВП имеет толщину до 2,0 мм.

GSEHD – черная гидроизоляционная геомембрана, производимая из высококачественного и гибкого полиэтилена высокой плотности. GSEHD содержит около 97,5 % полиэтилена, 2,5 % газовой сажи и малых количеств антиоксидантов. Геомембранаобладает хорошимимеханическимисвойствами, высокойхемостойкостью кагрессивнымсредам, сопротивлениемрастрескиваниюитепловомустарению.

GSEColortex состоит из гладкого черного гидроизоляционного материала и цветного напыления. Материал стабилизируется 2 % сажи. Для того чтобы оптимизировать процесс заделки швов, на одну сторону материала наносятся специальные полосы. Эти полосы удаляются на строительной площадке, в результате чего создается гладкая и ровная поверхность (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Основание полигона ТБО, изолированное материалом GSEColortex

В некоторых случаях (при высоком стоянии грунтовых вод, высокой токсичности отходов, невозможности выполнения работ по разработке грунта, в сложных инженерно-геологических условиях и т.д.) при проектировании полигонов для захоронения отходов вместо защитных экранов или совместно с ними могут применятьсяразличные виды противофильтрационных завес.

50