АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОЛИГОНОВ ТБО

Тагилов М. А., ОАО «Галургия», Пермь, Россия

В массиве отходов полигона ТБО происходит комплекс самопроизвольных химических, физических, технических, геологических и смешанных процессов, которые в конечном итоге приводят к естественной экологической стабилизации (ассимиляции) массива отходов. Неблагоприятным фактором естественной экологической стабилизации полигонов ТБО является неконтролируемое выделение в окружающую среду продуктов этого процесса — фильтрата и биогаза, содержащих загрязняющие вещества.

В качестве критерия полной экологической стабилизации полигона ТБО на данном этапе предлагается соответствие массы загрязняющего вещества, поступающего в окружающую среду с фильтратом или биогазом в единицу времени, ассимиляционной емкости района расположения полигона. В дальнейшем возможно ужесточение критериев экологической стабилизации полигонов ТБО до соответствия концентраций загрязняющих веществ, содержащихся в эмиссионных потоках полигона, нормативным требованиям (ПДК) либо фоновым значениям.

Оценку экологической стабилизации полигонов ТБО предлагается проводить методом прогнозирования потоков 6-ти приоритетных загрязняющих примесей (ПЗП): С, N, P, S, Cu, Fe. Основной критерий отнесения химических элементов к группе ПЗП — высокое начальное удельное содержание элементов в массе ТБО (более 1 г/кг ТБО), а также высокие концентрации этих элементов в фильтрате и биогазе.

Для прогнозирования потоков ПЗП полигонов ТБО нами разработана комплексная динамическая модель, основанная на моделировании потоков загрязняющих веществ с использованием комплекса из трех моделей, учитывающих: 1) образование биогаза; 2) образование фильтрата; 3) содержание загрязняющих веществ в фильтрате.

Для прогнозирования образования биогаза использована известная методика учета органического углерода, содержащегося в трех основных углеродсодержащих фракциях ТБО, классифицируемых по времени полуразложения (трехкомпонентная модель образования биогаза).

Прогноз образования фильтрата выполнен с использованием разработанной нами методики, основанной на прогнозировании среднемесячных элементов водного баланса полигона, учитывающей количество атмосферных осадков, среднемесячные значения температуры, продолжительность солнечного освещения, проектные параметры массива отходов, влагоемкость различных грунтовых материалов и глубину проникновения корневой системы растений.

Для прогноза содержания загрязняющих веществ в составе фильтрата использована известная регрессионная модель, учитывающая начальную концентрацию ПЗП в фильтрате в момент наступления стабильной стадии метаногенеза, количество размещенных отходов, исходную концентрацию данного элемента в отходах и среднегодовой объем образования фильтрата.

Анализ экологической стабилизации полигона ТБО позволяет определить сроки окончательной стабилизации полигона при заданных условиях, а также среднемесячные, годовые и суммарные потоки загрязняющих веществ в фильтрат, биогаз и их остаточное содержание в свалочном субстрате на разных стадиях жизненного цикла.

Разработанная комплексная динамическая модель верифицирована с использованием данных, полученных на опытном полигоне «Брайтенау» (Австрия), и показала результаты, сопоставимые с реальными данными, полученными при оценке потоков ПЗП за 10-летний период.

Апробация разработанной модели проведена на примере действующей пермской городской свалки ТБО «Софроны» (ПГС «Софроны») — типичного представителя объектов захоронения ТБО, расположенных на Западном Урале. Начало прогноза — момент закрытия и рекультивации свалки, окончание — момент наступления полной экологической безопасности.

Согласно полученным результатам, эмиссия биогаза за первые 15 лет после закрытия свалки составит 140 м³/т ТБО (50 % от общего расчетного потенциала образования биогаза). При достижении полигоном ТБО возраста 50 лет (после закрытия) суммарное выделение биогаза составит 201,6 м³/т ТБО (72 % от общего потенциала образования биогаза), дальнейшая эмиссия биогаза незначительна. Дополнительный расчет рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе показал отсутствие превышения предельно допустимых концентраций по основным составляющим биогаза на всем протяжении жизненного цикла полигона. В связи с образованием значительного количества биогаза в течение 50 лет после закрытия свалки необходимы меры по его сбору и утилизации. Проведенные расчеты показали высокую экологическую и экономическую эффективность утилизации в этот период за счет сокращения экологических платежей за загрязнение атмосферного воздуха и реализации механизмов Киотского протокола.

Среднегодовой многолетний слой образования фильтрата для ПГС «Софроны» с учетом нормативной конструкции окончательного покрытия (0,3 м суглинка и 0,2 м растительного грунта) составил 85,3 мм (28 тыс. м³/год), основной объем образования фильтрата приходится на период весеннего снеготаяния. Скорость снижения концентраций ПЗП в фильтрате незначительна, срок окончательной экологической стабилизации массива отходов при среднемноголетнем годовом образовании фильтрата объемом 28 тыс. м³составит 6,5 тыс. лет. Потоки приоритетных загрязняющих примесей за весь жизненный цикл объекта в пропорциональном отношении представлены на рисунке в графическом виде.

Потоки приоритетных загрязняющих примесей ПГС «Софроны» за весь жизненный цикл

Оценка ассимиляционной емкости района размещения ПГС «Софроны» показала, что образование (и миграция) фильтрата с наиболее высоким исходным содержанием ПЗП и среднегодовым слоем до 15 мм/год не окажет сверхнормативного экологического воздействия на состояние объектов гидросферы. Для снижения образования фильтрата до нормативного уровня предложена специальная конструкция окончательного покрытия с использованием грунтовых материалов влагоемкостью не менее 300 мм при наличии глубокоразвитой (не менее 1,5 м) корневой системы высших растений. Реализация этих решений предотвратит сверхнормативное воздействие на состояние подземных и поверхностных вод, в то же время потенциал загрязнения свалки будет постепенно снижаться за счет вымывания загрязняющих веществ из массива отходов (в отличие от полной изоляции).

С учетом результатов апробации комплексной динамической модели потоков органического углерода разработаны технические решения по управлению биогазом и фильтратом ПГС «Софроны», направленные на повышение ее экологической безопасности на протяжении жизненного цикла. Эти разработки положены в основу проекта рекультивации свалки.

ANALYSIS OF ECOLOGICAL STABILIZATION PROCESS AT THE MSW LANDFILLS

Tagilov M. A., OJSC «Hallurgy», Perm, Russia

The paper describes a proposed approach to the assessment of ecological stabilization process at the MSW landfill. A complex and dynamic MSW landfill model has been developed to enable the assessment of generation and composition of pollution flows that are received by landfill gas, leachate and landfill bottom substrate at any instant of time. The flow simulation results are presented for the Sofrony municipal dump in Perm.

Главная страница

Сведения об авторах

Тагилов Михаил Алексеевич, канд. техн. наук, гл. специалист, отдел гидротехнических сооружений, ОАО «Галургия», ул. Сибирская, 94, Пермь, 614002, Россия. Тел. (342) 210-41-78, факс (342) 216-53-35. E-mail₁, e-mail₂

Последние изменения внесены 24.08.08