Диссертация (Технология реконструкции полигонов твердых коммунальных отходов, обеспечивающая продление сроков эксплуатации и извлечение вторичных материальных ресурсов)

Закрытое акционерное общество «Институт «Чувашгипроводхоз»На правах рукописиТИТОВ АЛЕКСЕЙ ВЛАДИСЛАВОВИЧТЕХНОЛОГИЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХКОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ ПРОДЛЕНИЕСРОКОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ИЗВЛЕЧЕНИЕ ВТОРИЧНЫХМАТЕРИАЛЬНЫХ РЕСУРСОВспециальность 06.01.02 – «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»Диссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:Кирейчева Людмила Владимировна,доктор технических наук,профессорМосква – 20192ОГЛАВЛЕНИЕСтр.ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………..……………..4ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ …………………………………………………………12ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕКОНСТРУКЦИИДЕЙСТВУЮЩИХ ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХОТХОДОВ…………………………………………………………………….121.1. Опыт обращения с твердыми коммунальными отходами в мире иРоссии…………………………………………………………………………..121.2.

Характеристика действующих полигонов твердых коммунальныхотходов в России………………………………………………………………241.3. Выводы по главе………………………………………………………….53ГЛАВА 2. ТЕХНОЛОГИЯ СОВМЕЩЕНИЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ИЭКСПЛУАТАЦИИ ПОЛИГОНОВ ТКО……………………………………552.1. Оценка возможности продления срока эксплуатации действующихполигонов твердых коммунальных отходов с применением комплекснойтехнологии…………………………………………………………………….552.2.

Технологический регламент эксплуатации полигона………………….612.3. Сепарация и детоксикация свалочного грунта с использованиемсорбентов………………………………………………………………………642.4. Выводы по главе………………………………………………………….83ГЛАВА 3. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРОДУКТАМИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯСВАЛКИ (ФИЛЬТРАТА, ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА И БИОГАЗА)…853.1. Очистки фильтрата и поверхностного стока с полигонов на биоплато853.2. Исследование очистки биогаза с полигона ТКО в сорбционномфильтре………………………………………………………………………..953.3.

Выводы по главе………………………………………………………….107Глава 4. МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ ВОЗДЕЙСТВИЯОТХОДОВ ПРИ ИХ ЗАХОРОНЕНИИ НА ПОЛИГОНАХ………………..10934.1. Формирование поверхностного защитного экрана для изоляцииполигонов ТКО………………………………………………………………..1104.2. Защита подземных вод и грунтов при захоронении отходов ТКО сиспользованием гидроизоляционных экранов…..………………………….1154.3. Выводы по главе………………………………………………………….127ГЛАВА 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЕОБОСНОВАНИЕ СОВМЕЩЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИРЕКОНСТРУКЦИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОЛИГОНОВ ТКО………….1295.1. Технико-экономические расчеты и преимущества применениятехнологии……………………………………………………………………1295.2.

Эколого-экономические преимущества реализации технологии…….1365.3. Апробация технологии совмещения реконструкции и эксплуатацииполигонов……………………………………………………………………..1445.4. Выводы по главе………………………………………………………….147ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………150СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………….153Приложение А. Ситуационные планы обследованных объектовразмещения отходовПриложение Б. Протоколы химических и микробиологических анализовПриложение В. Письма и справки о внедрении4ВВЕДЕНИЕАктуальностьтемыисследования.Постоянноувеличивающиесяпотребности человека и развитие промышленного производства ведут кежегодному образованию все больших объемов твердых коммунальных отходов(ТКО) в России. С 2000 года произошло примерно удвоение ТКО, объем отходовдостиг почти 238,7 млн.

м3 (Ткач, 2017). Пропорционально возрастало инегативное воздействие на окружающую среду, увеличивались потери вторичныхматериальных ресурсов, отчуждались дополнительные земли для обустройствамест размещения отходов. Многие существующие свалки и полигоны,построенные 25–40 лет назад, не имеют гидроизоляции, отходы занимаютбольшую площадь при высоте складирования не более 1,0–3,5 м. Послерекультивации и придания оптимальной геометрии телу полигона, полигон неможет эксплуатироваться далее, поскольку не включен в государственный реестробъектов размещения отходов.В настоящее время известно более 20 методов обезвреживания иутилизации отходов, таких как вторичное использование, сжигание, крекинг,компостирование и др., которые, к сожалению, охватывают лишь небольшойпроцент коммунальных отходов и распространены преимущественно в крупныхгородах. Основным же методом обращения с коммунальными отходами остаетсяразмещениеихнаполигонах.Землибывшихполигонов,дажепослерекультивации, не включаются в полноценный хозяйственный оборот, ихкадастровая ценность низкая и они используются преимущественно дляозеленения территории.

Актуальной проблемой является снижение негативноговоздействия ранее размещенных отходов на окружающую среду и возможностьувеличения срока эксплуатации объекта без дополнительного отвода земли. Этопозволит сократить площади, выделяемые под новые полигоны, и использоватьсложившуюся схему обращения с отходами в регионе (в т.ч.

транспортныепотоки), объекты инфраструктуры, привычки населения и т.д. В этой связи5диссертационноеисследование,направленноенаразработкутехнологиисовмещения реконструкции и дальнейшей эксплуатации полигонов ТКО бездополнительногоотводаземли,сводящеекминимумувоздействиенаокружающую среду и позволяющее не прекращать эксплуатацию полигона,является актуальной задачей.Степень разработанности темы.

Размещение коммунальных отходов наполигонах в настоящее время остается ведущим методом обращения с ними. Вработах T.M. Allen, R.J. Bathurst (2006), C.C. Huang (2006), О.И. Гладштейн(2009), А.С. Овчарова, Д.Г. Золотозубова (2011), Д.А. Гаева, В.В. Гавриша (2013),Hong Yung-Shan (2014), Р.А.

Полегуева, Н.С. Глебова, О.Н. Столярова (2017) идругих показаны пути снижения негативного влияния полигонов в частииспользования гидроизоляционных экранов. В работах Л.О. Эйнора (1992), R.L.Knight (2000), С.Ю. Третьякова, С.Е. Завалко (2003), Hua Tao, Zhou Qixing (2003),G. Gunther (2003), В.Ф. Стольберга (2000), Н.Р.

Ахмедовой (2009), Л.В.Рудаковой, Я.С. Шишкина (2000) исследована очистка фильтрата с полигонов, а вработах W. Koechner (1999), М.В. Кабанова (2000), Takuya Nayuki (2000), V.S.Ayrapetyan (2005), Д.Ю. Сорокина (2011), В.Г. Кривошеина (2009), Я.И. Вайсмана(2004) показано уменьшения эмиссии и пути очистки биогаза. Санациязагрязненных земель при помощи сорбентов исследовалась А.В. Михайлюком,Е.Н. Левченко, М.Л. Левченко (2019), Ю.А.

Канцельсоном (1981), Ю.И.Тарасевичем, Ф.Д. Овчаренко (1975), Ю.И. Сухаревым (2005).МетодыреконструкциисвалокиполигоновТКОсдальнейшимиспользованием их для размещения отходов в литературе не описаны. В двухсубъектах РФ предприняты попытки реконструкции полигонов: в Краснодарскомкрае у хутора Красный под Анапой (2010) и в г.

Курган Курганской области(2018). Эти случаи единичны и реконструкция указанных объектов не решаетвопросы предотвращения загрязнения почвы и грунтов, поверхностных иподземных вод от ранее депонированных отходов.6Объектисследования–способыреконструкциииэксплуатацииполигонов ТКО, позволяющие снизить нагрузку на окружающую среду.Цель исследований: разработка и апробация методологии и технологииреконструкции полигонов с продлением сроков их эксплуатации и извлечениемвторичных материальных ресурсов.Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:- выполнить обзор и анализ методов обращения с твердыми коммунальнымиотходами в мире и России;- охарактеризовать состояние действующих полигонов твердых коммунальныхотходов и выявить основные негативные последствия на окружающую среду;- оценить возможность продления срока эксплуатации действующих полигоновТКО за счет извлечения вточиных материальных ресурсов;-разработатьметодологиюикомплекснуютехнологиюсовмещенияреконструкции и эксплуатации полигонов, рассчитать объемы отходов ивторичных материальных ресурсов;- обосновать возможность и дозу применения сорбента для депонированияосновных тяжелых металлов из свалочного грунта в зависимости от температуры,влажности и времени экспозиции;- усовершенствовать способ очистки биогаза;-исследовать эффективность геомембраны в качестве гидроизоляционногоматериала и разработать конструкцию поверхностной изоляции полигонов ТКО сиспользованием синтетических материалов;- выполнить расчет экономического эффекта и предотвращенного экологическогоущерба от внедрения технологии совмещения реконструкции и эксплуатацииполигонов.Научная новизна.

Впервые предложена методология, включающаятребованияипринципыорганизацииполигонов,обеспечивающиеихбезопасность для компонентов природой среды и человека, и комплекснаятехнологиясовмещенияреконструкцииполигонаТКОбезостановки7производственного процесса, включающая сепарацию депонированных отходов,извлечение утильных фракций, санацию освободившегося участка и егогидроизоляцию.ИсследованаподрешетногоэффективностьотсеваисорбентаобоснованадозаАгроионитвнесения,длясанациинеобходимаядлядепонирования основных тяжелых металлов; разработан способ очистки биогаза вугольно-агроионитовом фильтре; исследована эффективность очистки фильтратаи поверхностного стока с полигонов на биоплато, предложена конструкцияизолирующегослоясиспользованиемгеомембраны.Введентермин«депонированные отходы» для обозначения ранее захороненных отходов,которые подвергаются переработке, изъятию вторичных материальных ресурсов исанации.Теоретическая значимость работы заключается в научном обоснованиикомплексной технологии совмещения реконструкции и эксплуатации полигонов,установлениирасчетныхзависимостейсниженияконцентрациитяжелыхметаллов в зависимости от дозы внесения сорбента «Агроионит» и физическихусловий сорбции (температуры, влажности, времени, механических воздействий),на основе которых разработана технология сорбции свалочного грунта, а такжеПрактическую значимость работы составляют: подробный регламентвсехпроцессовиоперацийтехнологиисовмещенияреконструкциииэксплуатации полигонов; рекомендации по изменению конфигурации телполигонов для снижения занимаемой площади; способ очистки биогаза;конструкция биофильтра в форме трапециевидной призмы, заполненнойсорбционной смесью с системой сбора и отведения биогаза и схема расположениябиофильтров по поверхности полигона; методика смешивания активированногоугля с сорбентом Агроионит, обеспечивающая требуемую сорбционную ёмкостьбиофильтра;конструкцияповерхностнойизоляцииполигонов,дающаявозможность расширить вместимость полигона и сохранить минеральный грунт.Практическая значимость исследований подтверждена внедрением результатов8при рекультивации свалок ТКО с.

Пихтулино, Ильбеши, Альково, ЯльчикиЧувашской Республики, «Мещерино-1» Московской области, п. Красная ГорбаткаВладимирской области, п. Вахруши Кировской области, г. Усть-ЛабинскКраснодарского края, г. Нижневартовск Ханты-Мансийского административногоокруга – Югры, при строительстве новых полигонов в г. НовочебоксарскЧувашской Республики, п.г.т. Крестцы Новгородской области, г. КамбаркаУдмуртской Республики, при внедрении технологии реконструкции на полигонахг. Павлово Нижегородской области и с. Самосырово Республики Татарстан.Методология и методы исследований. Методология исследованийбазировалась на теоретических положениях мелиоративной науки, физическойхимии,микробиологии,принципахсистемногоподходаиметодахматематической статистики.. Лабораторные испытания осуществлялись настандартном сертифицированном оборудовании, прошедшем в нормативныесроки метрологическую аттестацию, по общепринятым современным методикам собработкойрезультатовстатистическимиметодамиииспользованиемпрограммного обеспечения.

Полевые исследования выполнялись на объектахзахоронения отходов Чувашской, Удмуртской Республик, Республики Татарстан,Московской,Владимирской,Кировской,НижегородскойиНовгородскойобластей, Краснодарского края и Ханты-Мансийского административного округа– Югры.Положения, выносимые на защиту:- методология комплексного обоснования и технология совмещенияреконструкции и эксплуатации полигонов твердых бытовых отходов сизвлечением вторичных материальных ресурсов и защитой окружающей среды;- закономерности извлечения тяжелых металлов из подрешетного грунтасорбентом Агроионит в зависимости от температуры, влажности, механическихвоздействий, времени санации;9- методика очистки межпорового воздуха полигона с использованиемсорбционного угольно-агроионитового фильтра и конструктивное решение вформе трапециевидной призмы, заполненной смесью сорбента;- способ поверхностной изоляции полигонов ТКО с использованиемгидроизоляционной мембраны, позволяющий изолировать поверхностный сток оттела полигона;Достоверностьрезультатовисследованийподтверждаетсястатистической обработкой значительного объема данных, полученных врезультатеполевыхилабораторныхэкспериментовсиспользованиемапробированных методик, приборов и установок, прошедших в нормативныесроки метрологическую аттестацию; сопоставлением полученных результатов сданными других авторов и требованиями действующих нормативных документов;применением современных методов математической статистики для обработкирезультатов экспериментов; широкой апробацией и внедрением в практикупроектирования полученных результатов.Апробация работы.