Складирование твёрдых коммунальных отходов является мероприятием ответственным и не заканчивается только на сваливании мусора в кучу с последующим её разравниванием. Если обобщить весь накопленный опыт, то можно увидеть, что этот довольно многоступенчатый процесс должен быть продуман заранее и сопровождаться проведением конкретных технологических мероприятий. При этом, даже в таком на первый взгляд понятном деле, остаётся несколько нерешённых вопросов.
Начнём по порядку, от простого к сложному.
1. Карты складирования.
Отходы на полигоне ТКО складируются не стихийно, а упорядоченно на так называемых рабочих картах. Площадь такой карты рассчитывается с учётом максимального объёма отходов, которые доставляются с мусоросортировочного комплекса для складирования в течение одного рабочего дня (Qрд) и плотностей разрыхлённых и укатанных отходов (Р1 и P2, соответственно):
Fрк=Qрд*P1/(2*P2)
То есть, если за рабочий день у вас на рабочую карту доставляется объём отходов 1400 м3/сут, то при уплотнении бульдозером верхнего слоя с 200 кг/м3 до 700 кг/м3 можно определить, что её потребная площадь составит 1400*200/(2*700)=200 м2.
Длина и ширина рабочей карты при установленной площади принимаются по условию одновременной разгрузки не менее 12% мусоровозов, прибывающих в течение рабочего дня. При этом, площадь зоны разгрузки перед рабочей картой определяют исходя из вместимости одного мусоровоза (Ем) и требуемой для его разгрузки площади:
2*Fрг*0,125*Qрд/Eм
Если на полигоне работают рамные бункеровозы с вместимостью 24 м3, а для разгрузки одной машины требуется площадь 50 м2, то общая площадь разгрузки составит 2*50*0,125*1400/24=730 м2.
Укладка слоёв отходов на картах осуществляется двумя способами: надвигом и сталкиванием. Второй способ выбирают для заполнения краевых карт, когда перед ними не получается выделить зону разгрузки.
Летом уплотнённые слои отходов поливают водой из расчёта 10 л на 1 м3 для того, чтобы предупредить возникновение возгораний и пожаров.
При проведении разгрузочных и разравнивающих работ территорию карты и зоны разгрузки огораживают временным переносным сетчатым ограждением для того, чтобы мусор не разлетался по округе.
2. Изоляция слоёв отходов
В Инструкции по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твёрдых бытовых отходов (1996 г.) сказано, что каждый уплотнённый слой отходов высотой 2 метра изолируется слоем грунта толщиной 0,25 метра. В случае, если получается достичь уплотнения отходов более чем в 3,5 раза, то изолирующий слой достаточно делать толщиной 0,15 метров.
Целей изоляции отходов несколько:
- защита отходов от прямого попадания источников их возгорания;
- профилактика раздувания ветром легких фракций по округе;
- защита от грызунов и птиц, растаскивающих отходы за границы специально обустроенного участка их складирования.
Изолирующие слои выполняются из инертного (не меняющего своих ключевых физико-механических свойств) материала, которым является, как правило, минеральный грунт. В последние годы в качестве такого материала активно стал применяться техногрунт, получаемый при аэробном компостировании органической быстроразлагаемой части отходов (по большей части пищевых) с фракцией до 80 мм. В процессе биотермических реакций органика преобразуется в перегной, который экспертиза и Росприроднадзор негласно разрешают использовать в качестве изолирующих отходы слоёв.
В действующем своде правил указано, что в качестве изолирующих слоёв разрешается использовать инертный техногенный грунт, который не должен обладать такими свойствами, как слеживаемость, спекаемость, омоноличивание, летучесть, пыление и негорючесть. При этом нигде не указано, что такой грунт может быть произведён в процессе компостирования органической части отходов. Более того полученный компостный материал отнюдь не характеризуется инертностью, так как за месяц, а именно такая средняя длительность цикла компостирования, невозможно завершить биоразложение, которое продолжится внутри тела отходов и приведёт к уменьшению объёма, что в свою очередь, из-за увеличения дисперсности частиц и, соответственно, уменьшения порового пространства, может привести к существенному снижению проницаемости грунта.
В СП320 к изолирующим слоям предъявляется требование наличия высокой водо- и газопроницаемости. Однако, на сегодняшний день нет официально опубликованных исследований изменения (уменьшения) фильтрационно-емкостных свойств техногрунта в процессе его окончательного биоразложения и сжатия под давлением. Поэтому вопрос использования техногрунта в качестве сплошного изолирующего слоя остаётся открытым.
Максимум, что можно сегодня разрешить делать на полигонах ТКО, так это захоранивать продукты компостирования вперемешку с другими отходами, не создавая слабопроницаемых барьеров для вертикальных перемещений фильтрата и биогаза.
3. Откосы терриконов
Терриконы или как их называют в народе «пирамиды» отходов должны формироваться по определённым правилам. Таких правил не так уж и много, а принципиальных всего два:
- верхняя горизонтальная площадка террикона должна быть не менее 40 метров для обеспечения разворота техники;
- откосы террикона должны быть не круче, чем склон с соотношением длины и высоты 1 : 3.
Откосы террикона должны, как и слои отходов, пересыпаться минеральным или техническим грунтом. В дополнение к перечисленным целям такой пересыпки здесь можно добавить ещё укрепление склонов.
По умолчанию в нормативно-технической документации требования к изолирующему откосы грунту предъявляются аналогичные требованиям к грунтам, используемым для изоляции слоёв отходов на рабочих картах, в том числе и требованию к наличию высокой водо- и газопроницаемости. Однако, если для горизонтальных пересыпных слоёв это требование вполне понятно, то для изоляции внешних откосов пирамиды отходов не всё так однозначно. Прежде всего, изоляция откосов непроницаемыми грунтами может снизить объём образования фильтрата, изолировав часть открытой поверхности свалочного тела от попадания на неё атмосферных осадков. По непроницаемой наклонной поверхности дождевая и талая вода, не загрязняясь вредными химическими соединениями, будет скатываться к подножью террикона в лотки или канаву и далее транспортироваться на очистные сооружения, которые кратно дешевле по стоимости строительства и эксплуатации в сравнении с очистными сооружениями для фильтрата.
Как правило непроницаемый грунт характеризуется хорошей связанностью твёрдых частиц и небольшим углом внутреннего трения, что сделает откосы после его укладки более устойчивыми.
Что же касается блокировки выхода биогаза, то учитывая, что на поверхности откосов работы по складированию проводиться уже не будут, можно параллельно устройству изоляционного слоя, выполнить установку пассивной системы дегазации, стоимость которой будет относительно невысокой. Для этого откосы лучше формировать с террасами, что позволит не только устраивать на них газоотборные скважины, но и использовать в качестве заезда мусоровозов на верхнюю площадку террикона, обеспечив относительно небольшой продольный уклон такой «серпантинной» дороги.
Опять же, если в СП320 появится требование к дифференцированному использованию проницаемых и непроницаемых пересыпных материалов на откосах и горизонтальных слоях, то это даст более широкие возможности по утилизации грунтов со строительных площадок.
4. Водоотведение с участков складирования
На полигонах ТКО нормами регламентируется разделение стоков по принципу контактирования их с отходами. То есть, если сточная вода соприкасалась с отходами, то она уже относится к фильтрату и должна проходить очистку на отдельных локальных очистных сооружениях (ЛОС), оборудованных технологией обратного осмоса. Вся остальная вода приравнивается к поверхностным дождевым или талым стокам и отправляется на очистку на более простые ЛОС.
При формировании терриконов следует держать в уме необходимость разделения потоков, хоть это и не предусматривается никакими сводами правил. Для этого нужно понимать, как происходит движение стоков, пути которых можно разделить на несколько направлений:
Направление №1: вертикальное проваливание воды внутрь тела отходов;
Направление №2: скатывание воды по откосам к подножью террикона;
Направление №3: проваливание воды внутрь с последующим латеральным высачиванием через откосы и скатыванием её к подножью террикона.
Чтобы минимизировать контакт сточных вод с отходами, в процессе эксплуатации просто следует пересыпать откосы терриконов слоем чистого минерального грунта, а верхнюю горизонтальную площадку делать с небольшим уклоном к её центру. Такой уклон, формирующий подобие впадины, не даст стекать дождевой воде, контактировавшей с отходами, за пределы участка или на очистные сооружения, не рассчитанные на очистку определённых химических элементов.
Примечание: Данная рекомендация является предложением автора статьи и не отражена в нормативно-технической и методической документации.
Вода, которая просачивается сквозь тело полигона преобразуется в фильтрат и скапливается на дне котлована, который обустроен водонепроницаемым противофильтрационным экраном, выполненном из геосинтетических материалов (геомембрана, бентонитовые маты) или слоя глины, толщиной не менее одного метра. На дне котлована установлены перфорированные трубки, по которым скопившийся фильтрат отводится за пределы тела отходов в специальный пруд-накопитель для последующей его очистки.
Поверхностная вода, которая скатывается по склону террикона собирается в специальные канавы или водоотводные лотки, по которым отводится в другой пруд-накопитель для последующей очистки на других ЛОС.
И если с первыми двумя направлениями движения сточных вод более или менее понятен алгоритм действий по их сбору и отведению на очистку, то случай с третьим направлением недостаточно изучен ни в теории, ни на практике.
Дело в том, что в СП320, равно как и в других литературных источниках не сказано о том, какой по величине должна быть водопроницаемость материала, применяемого для изолирующих слоёв, чтобы весь фильтрат переместился по телу отходов до его подошвы и не высочился через боковые откосы.
Такая постановка вопроса определяет необходимость в количественной оценке проницаемости самих уплотнённых отходов, так как проницаемость изолирующих слоев не должна в значительной мере быть меньше проницаемости слоёв изолируемых. В противном случае фильтрационная вода, столкнувшись со слабопроницаемым слоем грунта, потечёт туда, куда ей течь проще всего - по более проницаемому слою отходов в сторону откосов.
Такое же утверждение справедливо и в обратную сторону, когда проницаемость изолирующего грунта выше проницаемости изолируемых слоёв уплотнённых отходов. В этом случае фильтрат будет продвигаться в латеральном направлении уже по пересыпным слоям.
Таким образом получается, что необходимо подобрать такую проницаемость изолирующего материала, чтобы она была не сильно меньше и, в то же самое время, не сильно больше проницаемости изолируемых уплотнённых отходов. При этом решение задачи осложняется несколькими факторами:
- проницаемость отходов не статична, а меняется со временем в процессе их уплотнения и сбраживания;
- нет чётких методик определения текущей проницаемости отходов, залегающих на разных глубинах;
- трудно учесть эффект кольматации порового пространства слоёв.
Если посмотреть на схему, представленную на рисунке ниже, то можно увидеть, что направление движение частиц фильтрата определяется не самой величиной проницаемостей слоёв отходов и грунта, а соотношением их проницаемостей.
Исходя из этого, задача по поиску необходимых свойств пересыпного материала должна сводиться к поиску оптимального соотношения или диапазона таких соотношений проницаемостей, при которых траектория потока фильтрата была бы максимально приближена к вертикальной. Как видно из описания условий, добиться идеально вертикальной траектории можно лишь изолировав поверхность откосов, о чем было сказано выше, либо добиваться минимизации высачивания фильтрационных вод через боковые стенки террикона, подбирая для конкретного полигона подходящий тип грунта, что само по себе является очень сложной и многофакторной задачей, требующей большое количество исходных данных.
Следовательно, если в процессе эксплуатации не производится изоляция откосов водонепроницаемыми материалами, то стоки воды по лоткам и канавам, расположенным у основания террикона, следует направлять в пруд-накопитель для фильтрационных вод, поскольку это уже не будет поверхностный сток в чистом виде.
5. Закрытие полигона
После заполнения участка складирования отходов до проектной отметки необходимо выполнить консервацию тела отходов, перекрыв всю его поверхность многослойной конструкцией.
Минимальный набор слоёв такого «пирога» определён в СП320 выглядит так:
Слой №1 – выравнивающий уплотнённый слой грунта (или техногрунта) по поверхности отходов мощностью не менее 0,5 метров. Если нужно отводить большое количество биогаза, то нижняя часть выравнивающего слоя устраивается из щебня (гальки, гравия) средних и крупных фракций толщиной 0,3 метра. В этом случае под газодренажный слой придётся подкладывать геосетку (от провала щебня в тело отходов), а над дренажным слоев укладывать нетканный геотекстиль (от провала грунта в поры щебёночного слоя);
Слой №2 – гидроизоляционный слой из глинистых материалов, толщиной не менее 0,5 метров, или геосинтетического материала (геомембрана, бентонитовый мат). Данный слой обеспечивает контролируемое отведение всего биогаза по газодренажному слою к скважинам и защищает отходы от проникновения в них осадков и не позволяет образовываться новым порциям фильтрата;
Слой №3 – защитный слой минерального песчаного или песчано-гравийного материала толщиной 0,2 метра, не допускающего механического повреждения гидроизоляционного слоя и отводящий поверхностные воды с поверхности гидроизоляционного слоя в водоотводные лотки или канаву, устроенные у подножья террикона;
Слой №4 – рекультивационный слой из грунта толщиной 0,4 метра, включающий в себя слой плодородного грунта толщиной 0,2 метра. На данном слое производится посада травы, защищающая поверхность полигона ТКО от выветривания или смыва наружного слоя
Это минимальный набор слоёв подходит для большинства полигонов ТКО. Целесообразность устройства дополнительных слоев должна обосновываться с учётом выбранного направления рекультивации полигона и дальнейшего использования участка.
В заключении стоит отметить, что несмотря на кажущуюся простоту, процесс складирования отходов является очень ответственной задачей, требующей почти научного подхода. Довольно большая часть аспектов данного действия до сих пор нуждается в исследовании и осмыслении результатов данных исследований с последующей формализацией в виде методических указаний и нормативно-технических документов.