Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ФОРМИРОВАНИЯ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ ПРИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЛИГОНОВ ТБО 8
1.1. Анализ состояния проблемы рекультивации старых полигонов ТБО на территории Пермского края 8
1.2. Требования к материалам, используемым для рекультивации полигонов ТБО 13
1.3. Получение альтернативных рекультивационных материалов путем механо-биологической переработки отходов производства и потребления 17
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА И СВОЙСТВ ТБО ДЛЯ ОЦЕНКИ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОДУКТОВ ИХ МЕХАНО-БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ В КАЧЕСТВЕ РЕКУЛЬТИВАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 41
2.1. title2 Анализ процессов формирования биологического потенциала отходов 41 2.2. Усовершенствование методики исследования состава и свойств ТБО. 43 2.3. Исследования состава и свойств ТБО на примере городов Москва, Пермь, Екатеринбург 48 2.4. Анализ закономерностей изменения биологического потенциала ТБО 66 ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЙ И КРИТЕРИЕВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОДУКТОВ МЕХАНО-БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ 80 3.1. Обоснование направлений использования продуктов механо-биологической переработки отходов в хозяйственной деятельности title3 81
3.2. Определение показателей, регламентирующих использование продуктов механо-биологической переработки отходов в народном хозяйстве 84
3.3. Разработка критериев использования продуктов механо-биологической переработки отходов в народном хозяйстве 87
3.4. Организационно-правовые требования к применению продуктов механо-биологической переработки отходов в народном хозяйстве 100
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЛИГОНОВ ТБО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОДУКТОВ МЕХАНО-БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ 102
4.1. Выбор метода рекультивации объекта размещения отходов 102
4.2. Разработка технологической схемы рекультивации полигонов ТБО с использованием продуктов механо-биологической переработки отходов 108
4.3. Оценка экологической безопасности продуктов механо-биологической переработки ТНСО 116
4.4. Эколого-экономическая оценка реализации разработанной технологии рекультивации полигонов ТБО с использованием продуктов механо-биологической переработки отходов 122
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 125
- Анализ состояния проблемы рекультивации старых полигонов ТБО на территории Пермского края
- 41 2.2. Усовершенствование методики исследования состава и свойств ТБО. 43 2.3. Исследования состава и свойств ТБО на примере городов Москва, Пермь, Екатеринбург 48 2.4. Анализ закономерностей изменения биологического потенциала ТБО 66 ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЙ И КРИТЕРИЕВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОДУКТОВ МЕХАНО-БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ 80 3.1.
Введение к работе
Развитие системы обращения с отходами требует рекультивации объектов размещения отходов, прекративших прием или не отвечающих современным экологическим и технологическим требованиям, и оказывающих негативное воздействие на окружающую среду.
Основной экологической и экономической проблемой при рекультивации является дефицит почвогрунтовых ресурсов для создания рекультивационных покрытий, а использование значительных объемов этих ресурсов создает высокую антропогенную нагрузку. Для рекультивации 1 га полигона требуется до 10 тыс. м3 почвенно-растительного грунта, что соответствует нарушению 5 га природных земель, т.е. до 5 раз может превышать площадь рекультивируемого объекта.
С целью экономии природных ресурсов при проведении рекультивационных работ, почва может быть заменена продуктами механо-биологической переработки (МБП) отходов производства и потребления. Возможность замены первичных ресурсов вторичными, полученными путем переработки отходов, определяется биологическим потенциалом отходов, подвергающихся МБП. Типичными отходами производства и потребления, обладающими ресурсным (в частности, биологическим) потенциалом, являются твердые нефтесодержащие отходы (ТНСО) и ТБО, ежегодные объемы образования которых в РФ составляют до 700 тыс. тонн и до 30 млн. тонн соответственно. На территории Пермского края ежегодное образование отходов составляет 1,2 млн. тонн ТБО (в т.ч. 400 тыс. тонн биоразлагаемой фракции) и ориентировочно 30 тыс. тонн ТНСО (в т.ч. порядка 20 тыс. тонн нефтезагрязненного грунта).
Нефтяная промышленность играет значительную роль в создании социально-экономического потенциала Пермского края и, в частности, нефтедобывающих административных районов. На территории края эксплуатируется 117 нефтяных месторождений в 15 административных районах. В то же время именно с данной отраслью промышленности связано возникновение многих экологических проблем [44].
Практическое использование технологии МБП в РФ ограничено низким ресурсным потенциалом продуктов переработки. Отсутствие спроса на продукты МБП практически формирует поток вторичных отходов, обращение с которыми создает высокую антропогенную нагрузку. Использование продуктов МБП рассмотрено в трудах П. Лехнера, А. Мирного, Л. Рудаковой, В. Басова, однако в них отсутствует научное обоснование санитарных и экологических критериев использования продуктов МБП в народном хозяйстве и, в частности, для рекультивации нарушенных земель. Таким образом, обоснование научных подходов к снижению антропогенной нагрузки при использовании ресурсного потенциала продуктов МБП для рекультивации нарушенных земель и полигонов ТБО, является актуальной экологической проблемой.
Обозначенный круг проблем определил цель настоящей работы и задачи исследования.
Целью работы являлось научное обоснование снижения антропогенной нагрузки при рекультивации полигонов- ТБО за счет использования продуктов механо-биологической переработки отходов производства и потребления.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:
Исследовать формирование антропогенной нагрузки при рекультивации полигоновТБО.
Усовершенствовать методику исследования морфологического состава ТБО и исследовать состав и свойства ТБО для оценки ресурсного потенциала отходов.
Обосновать направления и разработать критерии использования продуктов МБП отходов в народном хозяйстве, исследовать физико- химические и санитарно-гигиенические свойства продуктов МБП отходов. 4. Разработать технологию рекультивации полигонов ТБО с использованием продуктов МБП отходов и провести эколого- экономическую оценку реализации разработанной технологии. Объектом исследования являлись продукты механо-биологической переработки ТБО иТНСО.
Научная новизна выполненных исследований:
Усовершенствована методика определения морфологического состава ТБО, позволяющая учесть дополнительные компоненты отходов с целью оценки их ресурсного потенциала.
Определены закономерности изменения биологического потенциала ТБО в зависимости от фракционного состава для смешанных ТБО и для ТБО, из которых извлечены компоненты вторсырья, построена, математическая модель полученных зависимостей:
Обоснованы экологические и технологические критерии, безопасного использования продуктов' МБП ТБО' и THGO в следующих направлениях: строительное, сельскохозяйственное, техническая и биологическая рекультивация. Проведены физико-химические исследования продуктов МБП ТНСО и доказана экологическая безопасность их применения.
Результаты научных исследований использованы при разработке технических условий на компост, вырабатываемый из отходов производства и потребления,. технических условий: наг органо-минеральный композиционный строительный! материал, технических условий на материал рекультивационный с использованием продуктов переработки; буровых шламов и нефтезагрязненных: грунтов; технологического- регламента проведения работ по переработке- бурового шлама и твердых нефтесодержащих отходов^ с. использованием . микробиологической ремедиации, и применению > полученных материалов, «Концепции, развития
ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» в области обращения с твердыми нефтесодержащими отходами», «Концепции обращения с отходами производства и потребления на территории Пермского края на 2008-2012 годы», проектно-сметной документации для строительства и рекультивации объектов обезвреживания отходов производства и потребления. Результаты исследований используются в учебном процессе подготовки специалистов по направлению 280200.62 «Защита окружающей среды» в курсах лекций по дисциплинам «Экология», «Техника защиты окружающей среды», «Проектирование полигонов захоронения отходов».
Анализ состояния проблемы рекультивации старых полигонов ТБО на территории Пермского края
В настоящее время для многих регионов России особую актуальность приобретает проблема необходимости рекультивации старых свалок захоронения ТБО. Созданные десятки лет назад, такие объекты не могут соответствовать современным технологическим, экологическим и санитарным требованиям. Тем не менее, очень часто продолжается их эксплуатация, что практически не снижает негативного воздействия на окружающую среду даже с течением времени.
Согласно результатам анализа проведенной инвентаризации- в рамках разработки «Концепции обращения с отходами производства и потребления на территории Пермского края на 2008-2012 годы. Перспективы до 2017 года», на территории Пермского края расположено около 1010 объектов захоронения ТБО (Приложение 1). Общая площадь объектов размещения отходов составляет 1 400 га, объем накопившихся отходов - около 40 млн. тонн.
Из всех объектов только 33 объекта оборудовано противофильтрационными экранами, один объект имеет систему сбора биогаза, 4 объекта оборудованы системой сбора и очистки фильтрата, таким образом, только 3,75 % объектов оборудованы техническими системами минимизации негативного воздействия на объекты окружающей среды.
На 273 объекта есть проект и на 266 объектов - паспорт, полным комплектом согласовательной документации обладают только 7 объектов захоронения ТБО: свалка бытового мусора городского округа г. Пермь, полигон ТБО Красновишерского района, полигон ТБО ГОУП «Птицефабрики Комсомольская» (Кунгурский район), полигон захоронения ТБО пгт Полазна, полигон ТБО Чернушинского района, полигон ТБО ООО «Экорециклинг» (ЗАТО п. Звездный), полигон ТБО Горнозаводского городского поселения. Остальные объекты размещения отходов являются несанкционированными.
Известно, что закрытие действующих полигонов и свалок ТБО может быть обусловлено либо исчерпанием их проектной мощности, либо антисанитарным состоянием при отсутствии возможности их реконструкции с увеличением мощности [97]. Основным условием при ликвидации (консервации) действующего полигона ТБО является возможность его дальнейшего существования в течение неограниченного долгого времени в качестве элемента ландшафта или объекта рекреации, без нанесения какого-либо ущерба окружающей среде и человеку [21].
Согласно исследованиям российских и зарубежных ученых, комплекс рекультивационных мероприятий и пострекультивационного обслуживания объекта захоронения ТБО являются одними из основных этапов его жизненного цикла [2, 3]. В работах В. Коротаева [24], Г. Армишевой [1] под жизненным циклом полигонов захоронения ТБО понимается временной период от начала процедуры выбора площадки под его строительство до полной ассимиляции отходов окружающей средой.
Рекультивация закрытых полигонов включает комплекс мероприятий, направленных на восстановление территории и на улучшение качества окружающей среды. Для этого выбирается одно из направлений рекультивации (сельскохозяйственное, лесохозяйственное, рекреационное, строительное), в соответствии с которым и проводятся дальнейшие работы [21,48,84,102,117,118].
Необходимо отметить, что в теле полигона продолжают протекать процессы разложения отходов [24, 108, 109]. Установлено, что эмиссия загрязняющих веществ с полигона ТБО в окружающую среду в этот период находится на постоянном уровне. В пострекультивационный период эмиссия загрязняющих веществ с полигона ТБО в окружающую среду постепенно снижается. Когда интегральная эмиссия загрязняющих веществ с полигона ТБО в окружающую среду станет ниже нормативных показателей, то наступит период вечного захоронения [83].
Направления рекультивации определяют дальнейшее целевое использование рекультивируемой территории в народном хозяйстве. Наиболее приемлемы для закрытых полигонов сельскохозяйственное, лесохозяйственное, рекреационное и строительное направление рекультивации [81, 84]. Вне зависимости от вида последующего использования участка выполняются следующие обязательные работы: нанесение изолирующего слоя; озеленение; дегазация; организация контроля за осадкой рабочего тела полигона и просадками; организация контроля за качеством почвы, атмосферного воздуха, подземных и поверхностных водных объектов в зоне влияния полигона; уничтожение грызунов (при необходимости) [35, 83].
Рекультивацию полигонов ТБО проводят в два последовательных этапа: технический, и биологический [15, 21]. Технический этап рекультивации включает подготовку территории к последующему целевому использованию: планировку территории, формирование откосов, разработку, транспортировку и нанесение технологических слоев и потенциально плодородных почв, строительство дорог, гидротехнических и других сооружений. Биологический этап рекультивации включает мероприятия по восстановлению нарушенных территорий для их дальнейшего целевого использования в народном хозяйстве. К нему относится комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на восстановление нарушенных земель (подбор ассортимента многолетних трав и древесно-кустарниковой растительности, подготовка почвы, посев и уход за посевами) [15, 21, 84].
Анализ процессов формирования биологического потенциала отходов
Анализ опыта переработки отходов показал, что отсутствует научно-методическое обоснование и критерии оценки реализации биологического потенциала отходов, которым обладают многие виды первичных и вторичных отходов, и получения продуктов, используемых в народном хозяйстве.
Для того, чтобы оценить возможность использования материала для рекультивации нужно оценить его способность формировать гумусоподобные вещества.
Образование гумусоподобных веществ происходит в результате биохимических превращений органических веществ. В общем виде процесс компостирования биоразлагаемой фракции ТБО, которая, как правило, включает в себя пищевые отходы, бумагу, древесные и садово-парковые отходы [1, 30, 98], можно представить следующим образом [74, 46, 49, 105, 111, 119, 123]: Биоразлагаемые — биомасса бактерий — гумусоподобные вещества (ГПВ) отходы (C5H702N) (C48H34O22N3) Известно, что доля углерода в составе биоразлагаемых компонентов ТБО, способная трансформироваться в гумусоподобные соединения, варьирует от 60 до 70 %. Таким образом, для прогнозирования количества гумусоподобных веществ, способных образовываться в результате биохимических процессов разложения ТБО, определены стехиометрические коэффициенты перед молекулами гумусоподобных веществ (для пищевых отходов - 5, для бумаги - 7, для древесных отходов - 14) и составлены уравнения вероятных химических реакций: Информация, касающаяся состава и свойств ТБО, представленная в отечественных справочных пособиях [6, 32, 55, 56, 62, 83, 84, 96], полученная на основе результатов исследования ТБО городов РФ по «Методике ...» [33] на сегодня является устаревшей, не отражающей изменение структуры потребления населения в РФ. Тем не менее, очевидно, что за последние несколько лет произошло увеличение потребления населением новых товаров; в составе отходов появились новые компоненты. Состав привычных компонентов ТБО изменился за счет применения новых материалов при изготовлении товаров народного потребления, что привело к тому, что вторичное сырье стало делиться на большее количество видов.
Существующие данные о морфологическом составе ТБО не позволяют оценить возможности использования их ресурсного потенциала в современных технологиях. В связи с этим становится очевидной необходимость обновления сведений о составе и свойствах ТБО, образующихся в современных условиях существования общества. Для этого необходимо усовершенствовать методику исследования морфологического состава ТБО в части определения дополнительных значащих компонентов в их составе.
Для определения морфологического состава ТБО традиционно используется «Методика исследования свойств твердых отбросов» (М., Стройиздат, 1970). В связи с появлением новых компонентов в составе отходов, нами усовершенствована методика оценки морфологического состава ТБО, заключающаяся в расширении перечня определяемых компонентов.
Определение перечня компонентов ТБО
Морфологический состав ТБО определяется содержанием в них отдельных компонентов в процентах по массе путем взвешивания исходных отходов и отобранных компонентов. При разработке методики был составлен список определяемых компонентов (табл. 2.1), который в ходе проведения каждого конкретного эксперимента может подвергаться пересмотру в зависимости от особенностей морфологического состава.
Фотографии основных компонентов ТБО представлены в Приложении 2.
В соответствии с общепринятой методологией определения морфологического состава твердых бытовых отходов проведение эксперимента по исследованию морфологического состава должно осуществляться раздельно по разным категориям пользователей (население, организации, рынки и т.д.) по разным сезонам года (весна, лето, осень зима).
Обоснование направлений использования продуктов механо-биологической переработки отходов в хозяйственной деятельности
В основу классификации методов использования продуктов МБП ТБО и ТНСО в хозяйственной деятельности положен анализ отраслей народного хозяйства, в ходе которого были выявлены отрасли, в которых существует потенциальная потребность в таких продуктах, а именно: сельское хозяйство, лесное хозяйство, строительство, жилищно-коммунальное хозяйство.
Возможные направления реализации ресурсного потенциала продуктов МБП ТБО в сельском и лесном хозяйстве включают использование их в качестве органического удобрения, разрыхлителя почвы, почво-компостных смесей, биотоплива для теплиц.
Реализация ресурсного потенциала продуктов МБП ТБО и ТНСО в строительстве возможна при использовании их для отсыпки и планировки промышленных объектов.
Возможные направления реализации ресурсного потенциала продуктов МБП ТБО и ТНСО в жилищно-коммунальном хозяйстве включают их использование в качестве изолирующего материала при эксплуатации и рекультивации полигонов твердых бытовых и промышленных отходов.
Биологический потенциал ТБО и ТНСО востребован, в основном, при осуществлении работ по технической и биологической рекультивации.
В результате проведенного анализа с учетом исследований состава и свойств ТБО и ТНСО были определены наиболее целесообразные направления использования продуктов их механо-биологической переработки (рис.3.1):
1. Строительное направление.
2. Сельскохозяйственное направление.
3. Техническая рекультивация.
4. Биологическая рекультивация. МБП ТБО и ТНСО включает (рис. 3.2):
- отсыпку и планировку промышленных объектов (дамбы, обвалования, дороги, основания промплощадок, отработанные карьеры);
- отсыпку откосов и поверхностей при проведении строительных работ;
- устройство оснований промышленных объектов под асфальтобетонные покрытия (дороги, промплощадки);
использование в качестве изоляционного материала для промежуточной и окончательной изоляции отходов на полигонах захоронения бытовых и промышленных отходов (ПО).
Использование продуктов переработки БШ и ТНСО в качестве потенциально плодородного материала для биологической рекультивации включает (рис.3.5):
- биологическую рекультивацию промышленных объектов (полигоны ТБО и ПО, промплощадки, отработанные карьеры, земли в зоне магистральных трубопроводов);
Перечень показателей, подлежащих контролю, по каждому направлению использования установлен с учетом нормативных требований к материалам, применяемым для данных целей, а также на основе сведений об основных токсикантах, содержащихся в исходных материалах, и способности их трансформации в результате МБП.
Необходимо отметить, что для всех продуктов МБП ТНСО обязателен контроль такого важного радиологического показателя как «удельная активность радионуклидов». Известно, что нефть, газ и пластовые воды, контактируя с породами, растворяют и включают в свой состав многие химические вещества, в том числе естественные радионуклиды. Поэтому характерной чертой нефтяных месторождений является наличие природных радионуклидов.
Кроме того, в ряде регионов России (в том числе, в Пермском крае) наблюдается загрязнение районов нефтяных месторождений искусственными радионуклидами, вызванное последствиями подземных ядерных взрывов для увеличения нефтеотдачи продуктивных пластов, производимых на нефтяных месторождениях бывшего Советского Союза с 1965 по 1988 годы в рамках программы использования ядерно-взрывной технологии в интересах народного хозяйства [44].
