Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояния проблемы обеспечения экологической безопасности полигонов захоронения ТБО 11
1.1 Характеристика ТБО как источника формирования эмиссий загрязняющих веществ 11
1.2 Характеристика процессов обезвреживания ТБО в условиях захоронения 13
1.3 Характеристика воздействия полигонов ТБО на окружающую среду... 23
1.4 Анализ подходов к обеспечению экологической безопасности полигонов ТБО 26
1.5 Анализ существующих методов оценки экологической безопасности полигонов ТБО 32
1.6 Основные выводы по анализу состояния проблемы обеспечения экологической безопасности полигонов ТБО 42
2 Обеспечение экологической безопасности полигонов ТБО на протяжении жизненного цикла 44
2.1 Разработка принципа многобарьерной экологической защиты полигонов ТБО 44
2.2 Оценка качества отходов 45
2.3 Анализ естественных условий площадки размещения полигона 48
2.4 Разработка технических решений по строительству, эксплуатации и рекультивации полигонов 51
2.5 Научно-методическая основа оценки долговременной экологической безопасности полигонов ТБО 57
3 Исследование закономерностей формирования эмиссий загрязняющих веществ на примере опытно-экспериментального полигона 61
3.1 Цели и задачи исследований 61
3.2 Методы исследований 62
3.3 Характеристика объекта исследований 63
3.4 Исследование эмиссий приоритетных загрязняющих веществ опытно-экспериментального полигона «Брайтенау» 68
3.5 Зависимости концентраций приоритетных загрязняющих веществ от концентрации органического углерода в составе фильтрата 77
3.6 Анализ результатов натурных исследований 80
4 Разработка комплексной динамической модели потоков органического углерода полигонов ТБО 82
4.1 Водный баланс поверхности полигонов ТБО 83
4.2 Прогноз содержания органического углерода в фильтрате 92
4.3 Прогноз содержания в фильтрате приоритетных загрязняющих веществ 93
4.4 Прогноз образования биогаза 94
4.5 Комплексная динамическая модель потоков органического углерода полигонов ТБО 94
4.6 Верификация разработанной модели на примере опытно-экспериментального полигона «Брайтенау» 97
4.7 Результаты разработки комплексной динамической модели потоков органического углерода полигонов ТБО 98
5 Повышение экологической безопасности пермской городской свалки «Софроны» с использованием анализа потоков органического углерода 99
5.1 Характеристика пермской городской свалки «Софроны» 99
5.2 Апробация модели анализа потоков органического углерода 101
5.3 Определение срока окончательной стабилизации массива отходов 116
5.4 Разработка технических решений по повышению экологической безопасности ПГС «Софроны 117
5.3.1 Управление биогазом 118
5.3.1 Управление фильтратом 125
5.4 Результаты использования метода анализа потоков органического углерода для повышения экологической безопасности ПГС «Софроны 133
Заключение 138
Список использованных источников 140
Приложения
- Характеристика ТБО как источника формирования эмиссий загрязняющих веществ
- Анализ подходов к обеспечению экологической безопасности полигонов ТБО
- Анализ естественных условий площадки размещения полигона
- Исследование эмиссий приоритетных загрязняющих веществ опытно-экспериментального полигона «Брайтенау»
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время масса потока твердых бытовых и приравненных к ним отходов (ТБО), поступающего ежегодно в биосферу, достигла почти геологического масштаба и составляет около 400 миллионов тонн в год. Захоронение в приповерхностной геологической среде на специализированных объектах, полигонах ТБО, является наиболее распространенным способом обезвреживания отходов. Полигоны ТБО являются источниками длительного негативного воздействия на окружающую среду на протяжении сотен и тысяч лет (Коротаев, 2000; Aprili, 1999; Branner, 1995, 2003; Lechner, 1994, 1997). Основным фактором этого воздействия является поступление в окружающую среду высокотоксичного фильтрата и биогаза, содержащего парниковые газы и токсичные вещества.
Для снижения негативного экологического воздействия полигонов разработаны и широко практикуются методы, направленные на минимизацию формирования и миграции эмиссий загрязняющих веществ в окружающую среду (Разнощик, 1981; Проскуряков, 1993; Быков, 2000; Bagchi, 1989, и т.д.). Однако отсутствует единая научно-методическая основа оценки экологической безопасности полигонов, позволяющая принимать научно-обоснованные решения по обеспечению их длительной экологической безопасности. Вопросы образования биогаза на полигонах подробно изучены (Вайсман, 2003; Лифшиц, 1989, 1992, 1995; Marticorena, 1993; Ehrig, 1985; Feliubadalo, 1999; и др.) и находят широкое применение. В то же время существующие методы прогнозной оценки образования фильтрата (Разнощик, 1981; Blakey, 1992; Canziani, 1992; Fenn, 1975; Kmet, 1982; Shroeder, 1994; и др.) и его химического состава (Qasim, 1970, 1994; Phelps, 1992; Straub, 1982; Andreotolla, 1990; Revah, 1979; Belevi, 1992, 1989) не позволяют использовать их на практике ввиду значительной погрешности получаемых результатов, необходимости сбора значительных массивов исходных данных, сложности использования, отсутствия взаимной связи и пр. Кроме того, получение исходных данных для разработки и верификации методов прогнозирования объемов образования и состава фильтрата проблематично в связи с практическим отсутствием в РФ объектов захоронения ТБО, оборудованных системами полного сбора и отвода фильтрата.
Результаты исследований процессов трансформации ТБО в условиях полигона (Barber, 1979; Barlas, 1992; Christensen, 1989) показывают, что формирование эмиссий органических и неорганических загрязняющих веществ полигонов тесно связано с процессами разложения органической составляющей ТБО. Общепринятым индикаторным параметром разложения органической составляющей ТБО является органический углерод. Таким образом, анализ параметров потока органического углерода из массива отходов с фильтратом и биогазом может быть использован для комплексной оценки и повышения экологической безопасности полигонов. Это определяет актуальность научно-практической задачи.
Целью работы является разработка метода анализа потоков органического углерода для повышения экологической безопасности полигонов ТБО на протяжении их жизненного цикла. Поставленная в работе цель достигалась решением следующих основных задач.
Разработать принцип многобарьерной экологической защиты полигонов ТБО, основанный на учете качества отходов, естественных условий площадки, конструкционных параметров полигона.
Изучить трансформацию приоритетных загрязняющих веществ опытно-экспериментального полигона ТБО «Брайтенау» (Австрия), определить зависимость их содержания в составе фильтрата от концентрации органического углерода.
Разработать комплексную динамическую модель потоков органического углерода, учитывающую климатические, технологические и проектные параметры полигонов для оценки их негативного экологического воздействия, провести верификацию модели.
С использованием результатов апробации комплексной динамической модели потоков органического углерода разработать рекомендации по обеспечению экологической безопасности типичного для Западного Урала объекта захоронения ТБО - пермской городской свалки «Софроны».
Методы исследований. При выполнении исследований использовались методы синтеза, анализа и обобщения информации, системного анализа, анализа жизненного цикла, анализа материальных потоков, материального баланса, математического моделирования, статистики, корреляционно-регрессионного анализа, физико-химического анализа (газохроматографический для определения массовых концентраций органических веществ в воде, фотометрический - азота, фос-
фора, железа, гравиметрический - серы, атомно-абсорбционной спектроскопии - меди; количество измерений составило 327 по каждому веществу), натурных исследований в опытно-промышленных и промышленных масштабах.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Разработан принцип многобарьерной экологической защиты полигонов ТБО, основанный на учете естественных условий площадки, химического состава отходов, конструкционных параметров полигона.
Установлены логарифмические регрессионные зависимости содержания приоритетных загрязняющих веществ фильтрата полигонов ТБО от концентрации органического углерода в его составе.
Разработана математическая модель водного баланса поверхности полигона ТБО, учитывающая физические параметры слоя грунта и климатические условия районов размещения полигонов.
Разработана комплексная динамическая модель потоков органического углерода полигонов ТБО, учитывающая климатические, технологические и проектные параметры объекта, которая позволяет оценить срок окончательной стабилизации массива отходов полигона и эмиссии приоритетных загрязняющих веществ в окружающую среду на протяжении их жизненного цикла.
Установлено, что срок окончательной стабилизации массива отходов полигонов ТБО прямо пропорционален высоте массива отходов и обратно пропорционален среднегодовому слою образования фильтрата. Получено численное значение коэффициента окончательной стабилизации массива отходов пермской городской свалки «Софроны».
Достоверность научных положений и результатов проведенных исследований подтверждается применением современных методов теоретических и экспериментальных исследований, сравнением полученных результатов с результатами работ других авторов в близких областях исследований, достаточной сходимостью модельных и экспериментальных данных (при проведении верификации относительная погрешность расчетных данных составила 0,6-7%), положительным опытом практической реализации результатов исследований.
Практическое значение и внедрение результатов работы. Практическая ценность работы заключается в возможности применения комплексной динамической модели потоков органического углерода при проведении оценки воздействия на окружающую среду су-
ществующих и проектируемых объектов, использования результатов расчетов при разработке технических и технологических решений для обеспечения экологической безопасности полигонов ТБО на протяжении их жизненного цикла.
С использованием результатов диссертационной работы разработаны: «Методика расчета водного баланса полигонов захоронения твердых бытовых отходов» (Пермь, 2002 г.); «Проект рекультивации и оценка воздействия на окружающую среду Пермской городской свалки «Софроны»« (Пермь, 2001 г.). Результаты исследований используются при разработке проектов полигонов ТБО, проведении оценки воздействия существующих и проектируемых полигонов на окружающую среду, разработке проектов мониторинга полигонов в городах Санкт-Петербурге, Перми, Краснокамске, Березниках, Кунгуре и др., при чтении курсов «Управление отходами», «Компьютерные и информационные системы в экологии», «Проектирование полигонов захоронения твердых бытовых отходов», при дипломном и курсовом проектировании студентов специальности 656600 «Защита окружающей среды» Пермского государственного технического университета.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на 7 конгрессах, конференциях и научно-практических семинарах, в том числе на научно-практическом семинаре «Экологические проблемы и современные технологии водоснабжения и водоотведения» (г. Челябинск) в 2000 г.; второй всероссийской конференции «Отходы-2000» (г. Уфа) в 2000 г.; международной студенческой конференции (г. Пермь) в 2000 г.; международном конгрессе «ЭКВАТЭК» (г. Москва) в 2002 г.; II, III, IV международных конгрессах по управлению отходами «ВЭЙСТЭК-2001,2003, 2005» (г. Москва).
Личный вклад автора в изучаемую проблему заключался в сборе, анализе, обобщении данных для формулировки принципов многобарьерной экологической защиты полигонов ТБО; в проведении лабораторных исследований по определению прочностных и фильтрационных свойств гидроизоляционной смеси на основе АСПО, проведении патентного поиска и составлении заявки на получение патента; постановке и проведении экспериментальных исследований в лабораторных, натурных и опытно-промышленных условиях, обработке массива статистических данных, анализе и обобщении результатов теоретических и практических исследований, проведенных на опытно-экспериментальном полигоне «Брайтенау»; разработке алгоритма расчета водного баланса
поверхности полигонов ТБО, комплексной математической модели потоков органического углерода полигонов ТБО; отборе проб фильтрата на ПГС «Софроны», проведении апробации модели на примере ПГС «Софроны», разработке рекомендаций по обеспечению экологической безопасности ПГС «Софроны», участии в разработке проектных решений по ее рекультивации.
Публикация результатов. Основные положения диссертации изложены в 16 публикациях, в том числе в 7 статьях, 9 материалах и тезисах докладов конгрессов, научно-практических семинаров и конференций различных уровней, 1 патенте.
Положения, выносимые на защиту:
Логарифмические регрессионные зависимости содержания приоритетных загрязняющих веществ в составе фильтрата от концентрации органического углерода, полученные на основе анализа потоков приоритетных загрязняющих веществ в окружающую среду опытно-экспериментального полигона «Брайтенау».
Комплексная динамическая модель потоков органического углерода, учитывающая климатические, технологические и проектные параметры полигона ТБО, позволяющая оценить негативное воздействие полигона на окружающую среду на протяжении его жизненного цикла.
Комплекс организационно-технических мероприятий по повышению экологической безопасности типичного для Западного Урала примера объектов захоронения ТБО - пермской городской свалки «Софроны» на протяжении ее жизненного цикла.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит список литературы из 159 наименований (в том числе 74 - отечественных, 85 - зарубежных авторов). Объем диссертации составляет 153 страницы машинописного текста, включающих 50 рисунков и 26 таблиц.
Благодарности. Автор выражает глубокую признательность коллегам из Венского технического университета (Австрия): проф. П. Брунне-ру - за консультации и предоставленную возможность проведения исследований на опытно-экспериментальном полигоне «Брайтенау»; д-ру Г. Дёберлу - за помощь в сборе и обработке материалов, Е. Риттер - за проведение аналитических исследований. Проф. Я.И. Вайсману (ПГТУ) - за помощь в формулировке целей и задач исследований.
Характеристика ТБО как источника формирования эмиссий загрязняющих веществ
К твердым бытовым отходам (ТБО) относятся отходы хозяйственной деятельности человека (приготовления пищи, уборки и текущего ремонта квартир и др.), включая отходы отопительных устройств местного отопления, амортизированные предметы быта, упаковку, смет с дворовых территорий (площадей и улиц), отходы ухода за зелеными насаждениями, также отходы культурно-бытовых, лечебных предприятий, предприятий общественного питания и бытовых помещений предприятий [4,7,24,31,52].
Наиболее важными физическими свойствами ТБО считаются: размер отдельных частиц (кусков, предметов) компонентов отходов; форма отходов; объем; масса; плотность; площадь поверхности; компактность; сжимаемость; температура; цвет; запах; возраст; радиоактивность. Кроме того, важно учитывать взрыво-опасность, пожароопасность, биологическую стабильность, привлекательность для насекомых, грызунов, птиц, влажность ТБО [4,7,53].
Морфологический состав ТБО определяется как содержание отдельных составляющих частей ТБО в процентном отношении к их общей массе. Морфологический состав ТБО индивидуален для каждого населенного пункта и зависит от физико-климатических факторов, развития определенного вида производства, уровня благоустройства жилья [8]. Основными компонентами ТБО являются: бумага, пищевые отходы, древесина, металлы, текстиль, стекло, резина, пластмасса.
Анализ данных об ориентировочном морфологическом составе ТБО различных стран показывает [52,73,88,94,116,129], что составы ТБО схожи. Большую часть (до 39 % масс, в США, 38,6 % масс, в Швеции, 36 % масс, в РФ, 33,6 % масс, в Австрии) составляет бумага, значительную часть - пищевые отходы (до 37 % масс, в РФ, 23,3 % масс. В Австрии, 17 % масс, в США, 10,2 % масс, в Шве ции). Содержание остальных компонентов морфологического состава в общей массе ТБО не превышает 10 % масс. Общность морфологических составов ТБО различных стран указывает на общность проявляющихся свойств, которые должны учитываться при выборе методов их обезвреживания.
Химический состав ТБО определяет их химические свойства и формирующиеся при обезвреживании в условиях полигона эмиссии загрязняющих веществ. При оценке химических свойств ТБО рассматриваются следующие показатели: рН; биологическая потребность в кислороде (БПК); химическая потребность в кислороде (ХПК); содержание общего азота; общего фосфора; органического вещества; токсичность; коррозионная активность [95,119]. Содержание общего азота, фосфора, органического вещества определяет интенсивность протекания процессов биохимического разложения ТБО [132,133,151]. Соли тяжелых металлов, токсиканты, канцерогенные вещества, ядохимикаты обусловливают потенциальную токсичность ТБО [75]. Наличие в отходах драгоценных металлов в значащих количествах ставит под сомнение целесообразность их размещения на полигонах ТБО [45].
Немаловажной характеристикой состава ТБО является содержание в их составе биоразалагемых углеродсодержащих компонентов, к которым относятся пищевые, садово-парковые отходы, бумага, древесина, текстиль, составляющие в сумме 60-80 % от массы ТБО. В работе [3] отмечено, что скорость разложения биоразлагаемых компонентов ТБО оказывает значительное влияние на формирование эмиссий при размещении ТБО на полигонах.
По скорости разложения биоразлагаемые компоненты можно разделить на 3 группы: быстроразлагаемые, средне- и медленноразлагаемые (табл.1.1) [3,43,95]. Скорость биоразложения компонентов ТБО определяется их химическим составом. По результатам проведенных исследований [47,50,58].
Важной характеристикой состава ТБО является элементарный состав ТБО. Проведенный анализ элементарных составов различных ТБО показал, что до 20 % масс, состава ТБО составляет органический углерод, участвующий в процессах биохимического разложения ТБО, в результате которых формируются эмиссии загрязняющих веществ в окружающую среду. По данным [3] масса углерода, поступающего в окружающую среду с отходами, составляет примерно 85 млн. тон в год, в то время как общий естественный приток углерода в почвенный покров планеты составляет лишь 41,4 млн. тонн в год. По данным [133] удельное содержание органического углерода составляет, г/кг сухих ТБО: 146 - в пищевых отходах; 321- в бумаге; 365 - в резине и коже; 370 - в дереве; 401 - в текстиле; 584 - в пластике и полиэтилене.
Анализ подходов к обеспечению экологической безопасности полигонов ТБО
Размещение ТБО сначала на свалках, а затем на полигонах ТБО имеет многовековую историю. По мере развития цивилизации совершенствовалась система захоронения ТБО, изменялись требования к обеспечению санитарной и экологической безопасности мест захоронения ТБО. Не смотря на то, что термин «экологическая безопасность» появился только в XX веке, забота о санитарной безопас ности существовала еще в древних Афинах, где жители были обязаны вывозить отбросы хозяйствования и фекалии за пределы крепостных стен на расстояния не менее двух километров [7]. В столице Крита, г. Кноссе, в 3000 - 1000 г.г. до н. э. отходы закапывались в глубокие ямы и послойно засыпались землей через определенные промежутки времени [20].
Первые юридически узаконенные места свалок появились в Лондоне в XIV веке. На этих свалках перегнившие отходы продавались крестьянам и зеленщикам как удобрение. В XV веке в Англии были установлены правила по сбору и удалению мусора, устройству свалок и мест их размещения. Узаконенные свалки появляются во Франции (XIV в.), и в Германии (XVII в.). В этот период на специально отведенные места вблизи населенных мест без надлежащего контроля за уровнем загрязнения и эстетическим состоянием участка выбрасывались отходы. Отходы землей не пересыпались, периодически поджигались для уменьшения объемов отходов. В России первые законодательные акты, регулирующие вопросы организации свалок ТБО, относятся к времени царствования Петра I, который запрещал размещение отходов на льду рек, сброс их в озера. Вплоть до начала XX века в России преобладала система неусовершенствованных свалок вокруг больших городов и неузаконенных свалок в малых населенных пунктах.
До XIX века свалки практически не контролировались. Они были источниками загрязнения атмосферного воздуха, почвы, подземных вод и водных объектов, постоянно горели, издавали зловоние и были местом размножения грызунов, птиц и насекомых. Такая практика сохранялась до начала XIX века, когда она стала вызывать возмущение населения. Это побудило Европейские правительства к разработке законодательных актов, регулирующих обращение с отходами. В Европе и США к концу XIX века была создана необходимая законодательная база, разработаны основные технологии и методы захоронения ТБО. Анализ ситуации с организацией санитарной очистки населенных мест в Европейских странах и США до конца XIX века позволяет сделать вывод о том, что на этом этапе основным методом обезвреживания ТБО была неконтролируемая свалка без земляной пересыпки отходов. Экологическая безопасность свалок не обеспечивалась, т.к. не реша лись вопросы очистки загрязненных ливневых и отжимных вод, охраны атмосферного воздуха и почвы, отсутствовала система мониторинга свалок.
В первых десятилетиях XX века на смену неконтролируемым неорганизованным свалкам приходят новые усовершенствованные свалки - полигоны для захоронения ТБО. На этих полигонах был реализован принцип послойного уплотнения и земляной пересыпки (временной изоляции ТБО), устройства слабо проницаемых экранов под массивом отходов, систем сбора, отвода и очистки фильтрата, сбора и утилизации биогаза. Такие усовершенствованные контролируемые «санитарные» свалки получили большое развитие в шестидесятых-семидесятых годах в США, Великобритании, Франции, ФРГ. К этому же периоду относятся широкомасштабные работы по созданию технологий и установок по сбору и очистке ливневых и дренажных вод, утилизации биогаза, создания системы технологического и экологического мониторинга. К концу 70-х в развитых Европейских странах и США в основном была сформирована идеология современных полигонов по захоронению ТБО. Обычные свалки в европейских странах и США постепенно были закрыты к концу 80-х годов и в настоящее время ведется работа по их санации и рекультивации [113,128,130].
В СССР первые усовершенствованные свалки появились в конце 60-х годов (Ростов - на - Дону), они создавались без учета передового зарубежного опыта, и не соответствовали требованиям, предъявляемым к полигонам захоронения ТБО в развитых Европейских странах, не обеспечивали необходимую степень защиты окружающей среды от загрязнения. От обычных неконтролируемых свалок они отличались организацией входного контроля при приеме ТБО, разравниванием, уплотнением и послойной засыпкой отходов землей. Однако отсутствовали мероприятия по контролю эмиссий загрязняющих веществ с фильтратом и биогазом. Только в 80-х годах в СССР начинается разработка и проектирование нового поколения полигонов для захоронения ТБО, для обеспечения экологической безопасности которых предусматривались соответствующие природоохранные мероприятия: водонепроницаемое основание, послойное уплотнение и ежедневная засыпка грунтом, многоярусное складирование, схема управления водным балан 29 сом, так называемая бессточная, и рекультивация полигонов после прекращения приема ТБО. Идеология создания таких полигонов и их научное обоснование было разработано Н.Ф. Абрамовым и другими специалистами Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова [24,42,44,48,49]. Один из первых таких полигонов был построен в 1975 г. в г. Орле, а затем в г. Курске и других городах России. Анализ экологической и санитарно-эпидемиологической безопасности этих полигонов показал, что они также не отвечали современным требованиям: отсутствовала система дегазации массива отходов, не обеспечивалась надежная защита поземных вод [7].
Сотрудниками Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова и Пермского государственного технического университета был изучен опыт США, ФРГ, Дании, Австрии, Финляндии по созданию современных полигонов захоронения ТБО и проведена го адаптация к местным климатогеографическим условиям отдельных регионов России на примере г. Москвы, Московской области и Западного Урала (г. Пермь и Пермская область). В результате были разработаны методические нормативные материалы по выбору площадок под сооружение полигонов, их проектированию, строительству, эксплуатации и рекультивации после завершения приема ТБО [52-58,74].
Анализ естественных условий площадки размещения полигона
Анализ ТБО как источника воздействия на окружающую среду, исследование процессов, происходящих в массиве отходов и влияющих на формирование эмиссий загрязняющих веществ в окружающую среду, нормативных требований и существующих мероприятий, направленных на сокращение эмиссий и предотвращение поступления загрязняющих веществ в окружающую среду, позволили нам сформулировать принцип многобарьерной экологической защиты полигонов ТБО. Основные положения принципа, разработанного нами совместно с Востре-цовым В.П., изложены в совместных публикациях [10,11].
Принцип многобарьерной экологической защиты полигонов ТБО заключается в анализе качества отходов, поступающих на полигон, естественных условий площадки размещения полигона и разработке решений по строительству, эксплуатации и рекультивации полигонов с учетом качества отходов и естественных условий площадки размещения полигона. Проектирование, строительство, эксплуатация и рекультивация полигонов в соответствии с предлагаемым принципом направлено на обеспечение экологической безопасности полигонов ТБО на протяжении всего его жизненного цикла.
Для реализации предлагаемого принципа нами выделены три группы мероприятий, направленных на обеспечение долговременного экологически безопасного захоронения ТБО на полигонах: оценка качества отходов, принимаемых на полигон; анализ естественных условий площадки размещения полигона; разработка технических решений по строительству, эксплуатации и рекультивации полигонов.
Мероприятия по оценке качества отходов направлены на снижение экологической опасности полигона за счет снижения количества загрязняющих веществ в отходах. В методическом аспекте эти мероприятия основаны на прогнозировании эмиссий загрязняющих веществ от полигонов, принимающих отходы различного химического состава. Реализация этого принципа заключается в предварительной подготовке отходов перед захоронением (сортировка, компостирование и пр.), разработке рекомендаций по приему отходов на полигоны.
Мероприятия по оценке качества отходов рекомендованы, исходя из того, что важно управлять потоками, поступающими на полигон, которые влияют на формирование потоков из полигона в окружающую среду. Управление потоками отходов на предшествующих захоронению стадиях их движения определяет количество и качество отходов, поступающих на захоронение, что в свою очередь влияет на характер протекания процессов в теле полигона и, следовательно, формирование его эмиссий в окружающую среду.
Снижение экологической опасности полигонов может быть достигнуто путем реализации мероприятий по оценке качества отходов, проводимых перед захоронением отходов на полигоне и при эксплуатации полигонов с целью уменьшения потенциальной опасности отходов.
Для прогнозирования эмиссий загрязняющих веществ полигонов определяют потенциальную опасность отходов путем анализа их химического состава. Критериями отнесения отходов к категории особо опасных и недопущения их на полигон для захоронения является: высокая токсичность, взрыво- и пожароопасность, коррозионная активность и санитарно-эпидемиологическая опасность. Анализ качества отходов проводится также для того, чтобы предотвратить захоронение утильных компонентов ТБО, которые могут быть отсортированы из общей массы отходов и использованы повторно. Для снижения потенциальной опасности отходов перед захоронением необходимо проводить предварительную подготовку от 46 ходов механико-биологическими, термическими методами и отверждением отходов.
При анализе качества отходов, поступающих на полигон, рекомендуется разработать систему идентификации опасных отходов; проводить контроль поступления потока отходов с целью выявления и недопущения к захоронению высокоопасных отходов; при необходимости захоронения опасных отходов на полигонах ТБО могут быть использованы методы предварительной обработки; при организации раздельного сбора отдельных компонентов ТБО их захоронение может производиться на отдельных полигонах, к которым будут предъявляться требования, соответствующие потенциальной опасности данного вида отходов.
В основу оценки качества размещаемых на полигоне отходов могут быть положены следующие утверждения: отходы, складируемые на полигоне, являются источником воздействия на окружающую среду; интенсивность воздействия, при одинаковом количестве отходов, определяется потенциальной опасностью (качеством) отходов; при захоронении нейтральных отходов в любом месте и при любых условиях, вредного воздействия на окружающую среду не происходит, поэтому такие отходы могут быть размещены без предосторожностей; любые (по свойствам) отходы могут быть размещены в окружающей среде без предосторожностей, если есть возможность изменить их качество таким образом, что они станут нейтральными и никакие их компоненты не будут выделяться в окружающую среду (в виде пыли, газа или фильтрата).
Определение потенциальной опасности отходов осуществляется для иденти-фикации и исключения складирования высокоопасных отходов на полигонах совместно с ТБО. При необходимости захоронения опасных отходов на полигонах ТБО должны использоваться методы предварительной обработки для снижения опасности. Идентификация высокоопасных отходов осуществляется по следующим критериям: токсичность; воспламеняемость; реакционная способность; санитарно-эпидемиологическая опасность.
Исследование эмиссий приоритетных загрязняющих веществ опытно-экспериментального полигона «Брайтенау»
По результатам расчетов среднегодовой уровень фильтрата для ПГС «Софроны» без учета окончательного покрытия составит 42,5 % от слоя атмосферных осадков. Определенный с учетом площади свалки среднегодовой объем образования фильтрата составил: 0,242 330000 = 80 тыс. м3. С учетом нормативной конструкции ОП среднегодовой объем образования фильтрата составил: 0,0853 330000 = 28 тыс. м3.
Потоки приоритетных загрязняющих веществ с фильтратом Вариант 1. Исходное состояние (без окончательного покрытия) Основные исходные данные, использованные для расчета: - количество ТБО (общая масса) - 7973,6 тыс.т; - годовой объем образования фильтрата - 80 тыс. м , - начальная концентрация органического углерода - 756,7 мг/л (получена путем усреднения данных анализа ХПК фильтрата ПГС «Софроны», отобранного из разных точек, и рассчитана как ХПК/2,15 [108]); - значение «подвижной» концентрации органического углерода - 4600 мг/кг ТБО (получено путем усреднения максимального и минимального значения по данным [86]).
Результаты расчетов среднегодовых концентраций приоритетных загрязняющих веществ в составе фильтрата свалки «Софроны» представлены в Приложении 13. Результаты расчетов потоков приоритетных загрязняющих веществ с фильтратом ПГС «Софроны» представлены в Приложении 14.
Суммарные потоки приоритетных загрязняющих веществ в фильтрат для ре-культивационного и ассимиляционного периодов жизненного цикла свалки представлены в таблице 5.8.
Анализ полученных результатов показал, что срок окончательной стабилизации массива отходов определяется эмиссией органического углерода и составляет 2838 тыс. лет.
Суммарный поток рассмотренных нами ПЗВ с фильтратом за весь период жизненного цикла составил 106,0 тыс. тонн и определяется на 55% эмиссией азота, на 34,2 % эмиссией органического углерода и на 9,2% серой. На протяжении рекультивационного периода жизненного цикла суммарный поток миграции ПЗВ с фильтратом составил 7,77 тыс. тонн (7,3 % от суммарного за весь жизненный цикл). Индивидуальный процент миграции ПЗВ для рекультивационного периода от суммарной миграции за весь период жизненного цикла составил: для органического углерода - 8,0%, для азота - 6,8 %, фосфор - 3,7%, сера - 7,1 %, медь - 5,8 %, железо -18%.
Вариант 2 Рекультивированная поверхность (нормативная конструкция окончательного покрытия).
Основные исходные данные, использованные для расчета как по варианту 1, годовой объем образования фильтрата - 28 тыс. м3. Результаты расчета представлены в таблице 5.9. Анализ данных таблицы 5.9 показал, что срок окончательной стабилизации массива отходов при среднемноголетнем годовом образовании фильтрата объемом 28 тыс. м3 составит 6676 лет, что в 2,3 раза превышает срок окончательной стабилизации, полученный в варианте с исходным состоянием ПГС «Софроны».
Потоки приоритетных загрязняющих веществ в окружающую среду Результаты моделирования потоков приоритетных загрязняющих веществ пермской городской свалки ТБО «Софроны» для рекультивационного и ассимиляционного периодов жизненного цикла представлены в виде их удельных количеств, приведенных к общей массе ТБО, представлены в таблице 5.10. Графическое представление результатов моделирования потоков приоритетных загрязняющих веществ свалки ТБО «Софроны» на протяжении жизненного цикла представлено нарис. 5.9.
Анализ полученных при моделировании результатов позволил установить, что срок окончательной стабилизации массива отходов прямопропорционален общей массе размещенных отходов, которая может быть выражена в единицах высоты массива отходов и обратнопропорционален среднегодовому слою инфильтрации влаги в массив отходов (слою образования фильтрата): где t0c - срок окончательной стабилизации массива отходов, лет; кос - коэффициент окончательной стабилизации, учитывающий исходную концентрацию вещества в фильтрате и концентрацию окончательного захоронения; ЬТБО - высота слоя ТБО, м; ЬфШ - слой фильтрата, м
Для определения коэффициента стабилизации нами получены значения срока окончательной стабилизации для ПГС «Софроны», при различных значениях величины слоя инфильтрации влаги в массив отходов и высоты массива, которые представлены в таблице 5.11. На основании анализа этих данных было определено эмпирически значение коэффициента окончательной стабилизации как отношение скорости окончательной стабилизации к среднемноголетнему слою образования фильтрата, которое составило 5,63 10"5.
