Содержание к диссертации
Введение 6
Актуальность проблемы 6
Состояние разработки проблемы 8
Цели и задачи исследования 8
Научная новизна работы 9
Практическая значимость 9
Глава 1. Аналитический обзор 11
1 Образование и накопление отходов 11
Образование ТКО 11
Морфологический состав ТКО 13
Факторы, влияющие на морфологию ТКО 13
Отходы упаковочных материалов 18
Медицинские отходы 21
Токсичные отходы 22 2. Захоронение отходов на полигонах 24
Технология депонирования ТКО 24
Высоконагружаемые полигоны 25
Входной учет и контроль ТКО 26
Способы складирования ТКО 27
Прием промышленных отходов IV класса опасности 32
Технология рекультивации территории закрытых полигонов 33 .2.6.1 Технический этап рекультивации 36 .2.6.2 Биологический этап рекультивации 37
Глава 2. "Объекты и методы исследований" 43
Глава 3. Изучение воздействия ПТО на окружающую среду 44
3.1 Оценка загрязнения атмосферы 45
Загрязнения атмосферного воздуха 45
Оценка техногенной нагрузки на атмосферу 46
Расчет максимальных приземных концентраций загрязняющих веществ, формируемых выбросами предприятия 47
Загрязнение атмосферы в период завершения
эксплуатации полигона ТКО 51
3.2 Оценка загрязнения гидросферы 53
Система сбора и очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод 59
Поверхностный и инфильтрационный сток с
территории полигона ТКО 60
Расчет поверхностного и инфильтрационного стока 61
Расчет водопотребления на увлажнение свалочных
масс и противопожарные нужды полигона 64
Система сбора поверхностных вод и фильтрата и его использование на увлажнение свалочных масс 65
Паводковые (талые воды) и предупреждение
аварийных сбросов загрязненных сточных вод в водные объекты 66
3.2.7 Гидрохимические исследования 66
Поверхностные водотоки 66
Донные отложения 68
Уровни загрязнения донных отложений 70
Грунтовые воды 71
3.3 Оценка загрязнения почв 75
Общая характеристика почв и почвообразующих пород 75
Эколого-радиометрическое состояние территории 76
Эколого-геохимическое загрязнение территории 76
Бактериологическое загрязнение территории 78
Глава 4. Разработка комплексной системы минимизации
воздействия полигонов ПТО на окружающую среду 81
4.1 Инженерные мероприятия по защите атмосферы 81
4.1.1 Разработка способа управления метаногенезом в
свалочном теле полигона ТКО 81
Проверка корректности методики исследования 81
Изучение влияния электрофизических полей
на метановое брожение 82
4.1.2 Технология ускоренного получения изолирующего
материала для полигонов ТКО 85
Микробиологическая характеристика ТКО 86
Биотермическая санация ТКО в реакторах барабанного
типа и последующее компостирование 88
Ускорение компостирования внесением дополнительных источников питания и активаторов роста 93
Влияние активаторов на скорость
дозревания компостов в буртах 99
4.2 Инженерные мероприятия по защите гидросферы 102
Система очистки сточных вод полигона ТКО с применением адсорбционных фильтров 102
Композиционная шихта для гальванокоагуляции 105
Результаты испытаний фильтра адсорбера 109
Получение компонентов шихты сорбционного фильтра из некомпостируемых отходов 112 4.1.4.1 Термоокислителный пиролиз бывших в
употреблении автомобильных шин 113
Изучение возможности управления процессом активации с помощью переменного электрического потенциала 120
Опытно-промышленная апробация метода окислительного пиролиза 123 4.1.4.2 Переработка кашированной фольги в сорбенты __ 124
Технология получения сорбентов из отходов кашированной фольги 124
Свойства сорбентов на основе кашированной фольги 127
Выводы 133
Литература 135
Приложения 149
Введение к работе
Несмотря на огромные успехи в области совершенствования технологий переработки коммунальных отходов их большая часть захоранивается на полигонах. Проблемы, связанные с отходами были актуальны на протяжении всей истории человечества /1,2/
Под полигоны по захоронению твердых бытовых отходов в России ежегодно отчуждается около 0,1 тыс. кв. км пригодных для использования земель, не считая площади земель, загрязняемых многочисленными несанкционированными свалками и накопителями промышленных отходов, которые сопоставимы по площади с самими предприятиями, а зачастую гораздо обширнее. И это не только наша беда - так происходит во всем мире. Безусловно, площадь России огромна и составляет 17 075,4 тыс. кв. км, тогда как суммарная площадь стран Евросоюза - 3 249,5 тыс. кв. км, что приблизительно в 5 раз меньше. Ежегодное отчуждение земель составляет вполне реальный процент - 0,0006% площади России 111.
Под Москвой насчитывается около пятидесяти полигонов общей площадью несколько сот гектаров дефицитных (а сегодня - баснословно дорогих) земель. В Истринском районе под полигон был отдан глиняный карьер, а в Одинцовском под полигон отдан вполне пригодный для земледелия участок в 7,5 га.
Основу системы обращения отходов Петербурга составляют два мусороперерабатывающих завода в поселках Горелово и Янино, а так же три полигона - Южный, Северная Самарка и Новоселки /4,5/. Этот интегрированный комплекс принимает сегодня более 90% всех ТКО города - остальные 10% вывозится на небольшие свалки и, увы, часто на несанкционированные.
Следствием этого является загрязнение подземных и поверхностных вод, почвенного покрова тяжелыми металлами,
7 содержащимся в фильтрате и поверхностном стоке полигонов и эмиссия в атмосферу парниковых газов и паров.
Проблема эмиссии метана может быть решена путем создания систем сбора свалочного газа, но это возможно только после рекультивации определенного участка полигона. Однако до 50% свалочного газа выделяется в первые 5 лет эксплуатации полигона, то есть в тот период, когда происходит его активное заполнение отходами и прокладка газопроводов технически невозможна. Кроме того - сбор свалочного газа требует определенных инвестиций и гарантированного сбыта метана или выработанной из него электроэнергии, путем выхода в энергосистему или газораспределительную сеть. Вряд ли в ближайшем будущем естественные монополии пойдут на это.
В настоящее время крупнейшие полигоны твердых бытовых отходов (ПТО) Санкт - Петербурга ПТО - 1 «Южный» и ПТО - 3 «Новоселки» выбрасывают метан в атмосферу. Каждая тонна отходов эксплуатации и рекультивации полигона выделяет до 180 м3 биогаза, при ежегодном образовании в нашем городе более миллиона тонн отходов.
Проблема загрязнения грунтовых вод решается главным образом на стадии строительства полигона при организации гидроизолирующего слоя и прокладке дренажных труб для отвода фильтрата. В процессе эксплуатации возможна лишь сбор и очистка фильтрата с целью не допустить попадания содержащихся в нем загрязняющих веществ в объекты гидросферы и почву. В настоящее время очистка стоков производится на локальных очистных сооружениях крупных полигонов. На небольших и несанкционированных свалках очистка поверхностных стоков и фильтрата не производится.
О том, каков масштаб опасности, можно судить по количеству свалок - в Ленинградской находится 17 полигонов, 124 санкционированных и 93 несанкционированные свалки.
Всего же в городах и поселках городского типа России ежегодно образуется около 190 млн. м3 (38 млн. т), а по СНГ соответственно до 300 млн. м3 (60 млн. т) /3/.
Работа выполнена в соответствии с Координационным планом научного Совета по адсорбции и хроматографии РАН на 2004 - 2008 г.г. Состояние разработки проблемы.
Все разработанные раннее технологии защиты атмосферы и гидросферы от воздействия выбросов и сбросов ПТО сводились к организации системы дегазации (на стадии рекультивации) и сбора и очистки свалочного фильтрата. Для этой цели применяются различные типы локальных очистных сооружений: гидроботанические площадки, установки упаривания стоков, сорбционные и обратно - осмотические системы.
Цели и задачи исследования. Целью являлась комплексная оценка негативного воздействия на окружающую природную среду (ОПС) полигонов ТКО и разработка новых технологий, обеспечивающих его минимизацию. В перечень задач исследования входило: 1 .Комплексное изучение негативного воздействия полигона ТКО «Южный» на ОПС.
2.Создание экологически и экономически приемлемых способов подавления метаногенеза в свалочном теле полигона. 3.Разработка компонентов для организации изолирующих биосорбционных экранов.
4.Разработка модульных мобильных установок для сорбционной очистки сточных поверхностных и фильтрационных вод полигонов ТКО. 5.Разработка технологии производства компонентов для шихты модульных сорбционных установок.
9 Научная новизна работы.
1.Проведена комплексная оценка воздействия полигона ТКО «Южный» Ленинградской области на окружающую природную среду.
2.Предложен и научно обоснован новый способ управления процессом метаногенеза в свалочном теле полигона при помощи переменных электрических полей, который позволяет, в зависимости от способа приложения поля, как снижать на 50%, так и увеличивать на 5% образование свалочного газа. Показана, на примере спиртового брожения, его универсальность.
3.Предложен и научно обоснован новый способ ускорения процессов биотермической санации и компостирования ТКО, позволяющий сократить сроки созревания изолирующего материала (компоста) с 8 до 4 месяцев. Предложена новая методика расчета количества питательных веществ, необходимых для протекания процесса, на ее основе разработаны высокоэффективные активаторы, расход которых составляет 0,0007-0,0025% масс. против классических 5-15% масс.
4.Предложена оригинальная конструкция мобильного фильтра -адсорбера и шихта для сорбционно - коагуляционной очистки дренажных и поверхностных сточных вод полигонов ТКО.
5.Предложена и научно обоснована технология производства сорбентов из различных компонентов фракции некомпостируемых ТКО.
Практическая значимость.
1.Исследования экологической ситуации вокруг ПТО «Южный» позволили скорректировать природоохранные мероприятия, проводимые на полигонах твердых отходов.
2.Разработка и внедрение технологии подавления метаногенеза позволило улучшить показатели предприятий по выбросам в атмосферу и начать разработку инвестиционного «проекта совместного осуществления»
10 мероприятий по защите атмосферы в рамках квот на выбросы парниковых газов в рамках Киотского протокола.
3.Универсальный характер влияния переменных электрических полей на биохимические процессы открывает возможность его применения в различных областях биотехнологии, в том числе при аэробном компостировании ТКО и в процессах биологической очистки сточных вод, производстве топливного этанола.
4.Разработка технологии ускоренного получения изолирующего материала для полигонов из органической части ТКО позволило сократить потребность в нейтральных грунтах для послойной изоляции и экранирования отходов.
Сокращение сроков дозревания изолирующего материала (компоста) с 8-9 до 3-4 месяцев в 2 раза сократила потребность в производственных площадях.
5.Использование модульной установки сорбционной очистки сточных поверхностных и фильтрационных вод дало возможность локализовать загрязнение почвы, грунтовых и поверхностных вод в границах обводного канала полигона ТКО. Использование для снаряжения модуля очистки углеродных сорбентов, изготовляемых из отходов упаковочных материалов позволило: во-первых, сократить количество отходов, подлежащих захоронению, а во-вторых, снизить расходы на очистку стоков.
Результаты диссертационных исследований внедрены на ведущих предприятиях переработки и захоронения ТКО Санкт-Петербурга и ленинградской области: ЗАО «Радиус» и ЗАО «Комплексная переработка отходов».
