Прогноз техногенного влияния полигона ТБО на компоненты природной среды. Инженерные решения защиты окружающей среды.

Места захоронения твердых бытовых отходов (ТБО) являются источником распространения загрязняющих веществ в компоненты природной среды, оказывая вредное воздействие на них в течение длительного периода времени, тем самым создавая проблему экологического риска.

Основные мероприятия по минимизации экологического риска и предотвращению необратимых последствий для окружающей среды основаны на следующих принципах: правильного выбора места для размещения полигонов; создания технологического и технического оформления полигонов, предотвращающих проникновение загрязняющих веществ в компоненты природной среды (элементов искусственной защиты); проведения контроля качества складируемых отходов и экомониторинга.

Возможный ущерб окружающей среде от функционирования полигонов ТБО обусловлен образованием фильтрата и биогаза в толще свалочного тела. Фильтрат, проникая в породы зоны аэрации и грунтовые воды, загрязняет их. Стекающие поверхностные воды с полигона на рельеф местности загрязняют почвы. С поверхностным и грунтовым стоком фильтрат поступает в водные объекты, загрязняя и их. В результате биохимических процессов в свалочных грунтах образуется биогаз, который при выходе на поверхность загрязняет атмосферный воздух, и что нередко приводит к возгоранию отходов на свалках и полигонах. Пожары на свалках и полигонах отравляют атмосферный воздух.

Для исключения возможного загрязнения горных пород зоны аэрации и подземных вод существует два подхода:

- недопущение попадания излишнего количества влаги в тело полигона;

- защита грунтовых вод посредством правильного гидрогеологического обоснования выбора места для размещения полигона, устройство водонепроницаемого основания полигона, сбор и очистка удаляемых дренажных вод.

Под первым подходом имеется в виду: перехват поверхностного стока со стороны водосбора с помощью строительства нагорных каналов; понижение грунтовых вод с применением ловчих каналов; перекрытие заполненных участков или очередей полигона водонепроницаемым слоем.

Второй подход подразумевает создание условий для исключения проникновения дренажных вод (фильтрата) в грунтовые воды, таких как: создание противофильтрационного экрана в основании полигона; устройство дренажной системы для отвода фильтрата из толщи свалочного тела; создание системы очистки фильтрата на локальных очистных сооружениях или вывоз его на централизованные очистные сооружения.

Газ, образующийся в толще свалочного тела при складировании ТБО на полигонах, в своем составе содержит множество загрязнений. На 98% он состоит из метана и диоксида углерода. Биогаз обладает выраженным токсичным действием и неприятным раздражающим запахом.

Для минимизации отрицательного воздействия его на окружающую среду и на здоровье человека проводят дегазацию свалочного тела полигона. Чаще дегазацию полигонов осуществляют методом откачки биогаза через систему горизонтально проложенных перфорированных труб в теле полигона, соединенных с вертикальным колодцами (коллекторами). Газ, собранный системой таких колодцев сжигают через факел.

На полигонах возникают стихийно пожары за счет саморазогрева мусорной массы и протекающих в ней процессов биохимического разложения органического вещества, причем часто горят как сам мусор, так и выделяющийся из отходов полигона биогаз.

Для тушения пожаров на полигонах используют огнетушители и другие предусмотренные нормативами средства противопожарной безопасности.

Для предотвращения выноса легких фракций складируемого мусора (бумага, полимерная пленка и др.) за пределы участка складирования его территорию огораживают защитной сеткой из тонкой проволоки. Раз в неделю работники полигона собирают мусор, вынесенный сильными порывами ветра через заграждение.

Для борьбы с крысами на территории полигона устанавливают «кормушки» в виде отрезка трубы, в которые закладывают приманку, отравленную ядом замедленного действия. Отравляющий эффект воздействует на крыс в течение нескольких суток с целью исключения возможности передачи информации отравившимися особями другим, чем именно они отравились. В результате такой операции наблюдается практически полное истребление крыс на территории полигонов.

Для предотвращения размножения болезнетворных микробов и простейших микроорганизмов в массе захороненных отходов на полигонах запрещено производить захоронение больничных, ветеринарных и биологических отходов – для них предусматриваются термические методы их обеззараживания.

3.1 Обоснование выбора противофильтрационного экрана в основании полигона.

Исходя из гидрогеологических условий, основание полигона составляют грунты предоставленные супесью с k_ф = 0,45 м/сут (0,8 10^-6 м/с), грунтовые воды расположены на глубине h_гв = 5,0 м.

Гидрогеологические условия и геологические условия в зоне строительства не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к естественным геохимическим барьерам.

Поэтому принимается решение строительства нижнего противофильтрационного экрана. В районе строительства отсутствуют функционирующие карьеры глин, поэтому проектируем строительство полимерного противофильтрационного экрана.

3.2 Проектирование котлована.

Проектирование котлована полигона желательно начинать с вертикальной планировки территории отведенной для складирования отходов, на которой размещают участок складирования отходов, кольцевую автодорогу, водоприемные колодцы дренажных систем и отвал минерального и растительного грунта, извлекаемого из котлована полигона.

Планировочные работы обычно выполняют после снятия плодородного слоя почвы с территории, отведенной для участка будущего складирования отходов с учетом прилегающей территории, отводимой для размещения водоприемных колодцев дренажной системы, кольцевой автодороги и временных кавальеров растительного и минерального грунта.

После снятия плодородного слоя почвы производят планировочные работы в пределах площади, отведенной под участок складирования отходов с учетом прилегающей территории, под «заданную» отметку, определяемую равенством объёмов земляных работ по «срезке и насыпи».

После планировочных работ приступают к проектированию котлована полигона.

Грунтовые условия, глубина залегания уровня грунтовых вод 5 м, заложение откосов котлована принимаемым равным m = 2.

В связи с тем, что в свалочном теле будет образовываться фильтрат, то для его отвода на дне котлована сооружают дренажную сеть. Учитывая укладку дренажных труб с уклоном по верху противофильтрационного экрана, целесообразно дно котлована выполнить в виде наклонной плоскости, ориентируя линию наибольшего ската в сторону внешнего угла котлована. В курсовом проекте линия наибольшего ската наклонной плоскости дна котлована направлена с уклоном i = 0,003 в сторону внешнего угла котлована.

3.3 Возведение противофильтрационного экрана.

В соответствии с проектными решениями дно котлована имеет уклон i = 0,003. На спланированной поверхности дна котлована проектируют нижний противофильтрационный экран – полимерный экран. Полимерные пленки и листы выпускаются промышленностью в рулонах или пакетах сравнительно небольших размеров, поэтому для создания сплошного полотнища их сваривают. Для сварки пленочных и листовых материалов наиболее приемлемы способ сварки с газовым теплоносителем, так называемая газовая сварка, и способ сварки контактным нагревом — контактная сварка. Сварочные работы в котловане рекомендуется производить преимущественно сварочными экструдерами. Экструдер представляет малогабаритный ручной аппарат с электрическим или пневматическим приводом. Экструдер сваривает по методу экструдированной присадки. Присадочный пруток из полиэтилена подается в аппарат, откуда расплав непрерывной струей выходит через сопло, направленное на кромки свариваемых пленок. Расплав разогревает кромки и сваривается с ними. Толщина полимерной пленки 2-5 мм.

Пленка хорошо защищает горные породы и грунтовые воды от попадания в них фильтрата и загрязняющих веществ с толщи мусора.

Противофильтрационный экран сооружается одновременно на дне и откосах котлована.

После укладки противофильтрационного экрана вся поверхность пленки засыпается защитным слоем песка толщиной 5 см. Затем на него укладываются дренажные трубы. В качестве дренажных труб принимаем перфорированные пластиковые трубы с внешним диаметром 150 мм, обмотанные фильтрующим геосинтетическим материалом. После завершения укладки дренажных труб дно котлована еще раз засыпается слоем песка толщиной 25см.

3.4 Внутренний дренаж и система удаления фильтрата.

Определение объёма фильтрата, удаляемого из свалочного тела в период эксплуатации полигона.

Для определения объёма фильтрата, удаляемого из свалочного тела в период эксплуатации полигона, используют элементы водного баланса 50%-ной обеспеченности. Для Мурманской области, в соответствии с исходными данными на курсовое проектирование, осадки составляют О = 640 мм; испарение с водной поверхности Е₀ = 258 мм; коэффициент вариации С_v = 0,3.

Таким образом, расчетное значение инфильтрационного питания q_з/в за зимне-весенний расчетный период можно определить по следующей зависимости:

q_з/в = αО_з/в – Е_з/в

где О_з/в – осадки за зимне-весенний расчетный период, приведенные к 10%-ной обеспеченности, мм;

Е_з/в – испарение с поверхности полигона за зимне-весенний расчетный период, приведенные к 10%-ной обеспеченности, мм;

α – коэффициент, учитывающий долю осадков, впитывающихся в почву в зимне-весенний период, α = 0,6.

О_з/в = О p₁ k,

где О – среднемноголетнее значение осадков 50%-ной обеспеченности, О = 770 мм (по заданию);

p₁ – процентное распределение элементов водного баланса для осадков зимне-весеннего периода, p₁ = 0,37 (37%);

k – коэффициент, учитывающий изменение количества осадков при переходе к другой процентной обеспеченности.

k = f(Cv’) = 1,59 (определяется по таблице 4.6)

Сv’ = Сv v = 0,3 1,25 = 0,37

где v – поправочный коэффициент, v = 1,25 для площадей складирования отходов до 50 га.

Таблица 4.6

Сv’	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
k	1,26	1,4	1,54	1,67	1,8	1,94

Испарение влаги за зимне-весенний период определяется по формуле:

Е_з/в = Е₀ p₂ k₂,

где Е_з/в - испарение с поверхности площадки складирования за зимне-весенний расчетный период, мм;

Е₀ – величина испарения влаги с водной поверхности 50%-ной обеспеченности (Е₀ = 548 мм);

k₂ – коэффициентов приведения испарения с водной поверхности к испарению с поверхности полигона, k₂ = 0,7;

p₂ – процентное распределение водного баланса для испарения с водной поверхности за зимне-весенний расчетный период, p₂ = 0,12.

О_з/в = 640 0,37 1,6 = 378,8 м.

Е_з/в = 258 0,12 0,7 = 21,6 м.

Итак, q_з/в = 0,6 378,8 – 21,6 = 205,7 м

Аналогично рассчитывается инфильтрационное питание за летне-осенний период – q_л/о:

q_л/о = αО_л/о – Е_л/о

где О_л/о – осадки за летне-осенний расчетный период, приведенные к 10%-ной обеспеченности, мм;

Е_л/о – испарение с поверхности полигона за летне-осенний расчетный период, приведенные к 10%-ной обеспеченности, мм;

Т_л/о – продолжительность летне-осеннего периода. Т_л/о – 185 дней;

α – коэффициент, учитывающий долю осадков, впитывающихся в почву в летне-осенний период, α = 1.

О_л/о = О p₁^* k,

где p₁^* – процентное распределение элементов водного баланса для осадков летне-осеннего периода, p₁^* = 1 – 0,37 = 0,63 (63%).

О_л/о = 640 0,63 1,6 = 645,1 м.

Е_л/о = Е₀ p₂^* k₂,

где p₂^* – процентное распределение водного баланса для испарения с водной поверхности за летне-осенний расчетный период, p₂^* = 1 – 0,12 = 0,88.

Е_л/о = 258 0,88 0,7 = 158,9 м.

Тогда q_л/о = αО_л/о – Е_л/о = 1 645,1 – 158,9= 486,2 м.

Если считать, что отходы поступают на полигон равномерно в течение всего года, то величину объёма образующегося фильтрата в течение года можно определить по следующей зависимости:

Q_ф = [q_з/в Т_з/в + q_л/о Т_л/о] Ф_ус+ΔW P_cут [Т_з/в+ Т_л/о] γ_ф

где ΔW – дефицит влажности отходов, т.е. влага, расходуемая на насыщение отходов до полной полевой их влагоёмкости;

γ_ф – плотность фильтрата, т/м³.

Полная полевая влагоемкость ТБО – 30…40% от объёма укладываемых отходов. Вместе с тем, влажность отходов, поступающих на полигоны, в среднем составляет 15…20% от их объёма.

Следовательно, дефицит влажности отходов ΔW составит 15% от их объёма. Тогда:

Q_ф = 18676 м³/год.

Q₁=Q₂=Q_ф/365*2=25,6 м³/сут

Далее, используя справочную литературу по гидравлическим расчетам, проверяют способность дренажных труб диаметром 100 мм, уложенных по уклонам: боковых с i = 0,003 и диагональной – с i = 0,003, отвести дренажный сток равный 0,097 л/с.

3.5 Проектирование нагорных каналов.

С целью уменьшения поступления на территорию полигона поверхностного стока со стороны водосбора устраивают нагорные каналы. Длину нагорных каналов принимают из условия защиты территории полигона с нагорной стороны. Поверхностный сток, собираемый нагорными каналами, отводят в сторону от полигона. В случае благоприятных гидрогеологических условий на территории полигона (неглубокое залегание водонепроницаемых горных пород и низкое залегание грунтовых вод) при незначительном загрязнении поверхностного стока, применяют сброс собираемых поверхностных вод нагорным каналом в водопоглощающие колодцы, размещаемые в хвостовой части нагорных каналов.

Поперечное сечение нагорного канала принимают трапециидальной формы. В курсовом проекте ширину канала по дну (b_к) можно принимать b_к = 0,5…1,0 м, в зависимости от ожидаемого расхода воды. Глубину канала (h_к) определяют расчетным путем. Заложение откосов канала (m) принимают в зависимости от их устойчивости.

При заложении незакрепленных откосов канала m = 1,5 отношение b_к / h_к = 0,61.

Тогда h_к = = = 1,23 м.

Уклон дня нагорного канала принимают с учетом рельефа местности, но не менее i = 0,003.

Для равнинных водосборов при водосборной площади бассейна < 0,5 км² расчетный расход поверхностного стока определяют по формуле:

Q_сток = 0,56 h F β γ σ,

где h –толщина слоя поверхностного стока при продолжительности ливня 30 мин, h = 24 мм;

F – площадь водосборного бассейна, F = 0,2 км²;

β – коэффициент расплывания паводка, β = 1;

γ – коэффициент неравномерности выпадения осадков, γ = 1;

σ – коэффициент озёрности бассейна, σ = 0,8.

Q_сток = 0,56 24 0,2 1 1 0,8 = 2,15 м³/с

Далее определяют скорость течения воды (v) в канале и его пропускную способность.

Дата добавления: 2015-08-13