Проектирование полигонов ТБО: мероприятия по обращению с фильтратом

Ю.В. Багрецова, начальник отдела государственной экологической экспертизы и нормирования Управления Росприроднадзора по Челябинской области;
А.Г. Воронина, инженер-эколог;
К.Г. Гейде, главный специалист ООО «Экомет-2» (г. Челябинск);
А.М. Шафикова, главный специалист ООО «Экомет-2» (г. Челябинск)

По данным доклада Руководителя Росприроднадзора В.В. Кириллова «О региональных аспектах обращения с отходами потребления в Российской Федерации», озвученного 27 ноября 2013 г. на Всероссийском селекторном совещании «По проблемным вопросам в области обращения с отходами производства и потребления, а также о ходе реализации мер по выявлению и ликвидации мест несанкционированного размещения твердых бытовых отходов на территории субъектов Российской Федерации», ежегодно в России образуется более 60 млн т твердых бытовых отходов (ТБО), из них отходы от жизнедеятельности населения составляют порядка 50 млн т, а отходы от предприятий — 10 млн т. При этом ежегодно количество ТБО увеличивается на 3–4 %. Практически весь указанный объем ТБО в дальнейшем размещается на полигонах и свалках, и только 4–5 % вовлекаются в переработку.

Низкий процент утилизации (использования) ТБО связан с недостаточным развитием инфраструктуры в данной области: согласно упомянутому докладу к концу 2013 г. в России функционировало 243 комплекса по утилизации (использованию) отходов, 53 комплекса по сортировке отходов, около 40 мусоросжигательных заводов, 1092 полигона ТБО[1], что «в разы меньше, чем даже санкционированных свалок, которых насчитывается около 10 тыс.».

Из имеющихся полигонов лишь часть отвечают санитарным требованиям. Большинство из них исчерпали свою вместимость и представляют значительную эпидемиологическую опасность, т.к. являются источниками загрязнения почвы, водных объектов и атмосферного воздуха. Ежегодно для строительства новых и реконструкции старых полигонов выделяется около 1000 га земли.

Таким образом, снижение негативного воздействия полигонов ТБО на окружающую среду является приоритетной задачей. Решение этой задачи осложняется недостаточностью имеющейся методической базы, в т.ч. отсутствием общепринятых рекомендаций по расчету объемов образующегося в теле полигона фильтрата. В ряде случаев это приводит к принятию неверных проектных решений.

Ознакомление с несколькими проектами полигонов ТБО, выполненными разными проектными организациями, показало, что объемы образования фильтрата в них, как правило, занижаются, различия в объемах фильтрата в разные периоды года не учитываются, пруды — накопители фильтрата не предусматриваются, а фильтрат, количество которого установлено по среднегодовым осадкам 50%-ной обеспеченности, предлагается ежедневно вывозить на очистные сооружения бытовых стоков, которые могут использоваться для очистки фильтрата ограниченно. Кроме того, такие сооружения должны иметь в своем составе оборудование, позволяющее усреднить состав смеси канализационных стоков и фильтрата и обеспечить его постоянство, уменьшить содержание загрязнений до допустимого для приема на сооружения уровня.

Фильтрат, образующийся в теле полигона, представляет особую опасность для окружающей среды, т.к. является токсичным раствором с минерализацией до нескольких десятков грамм на 1 л, содержанием ионов аммония, хлора и других макрокомпонентов до нескольких грамм на 1 л, высокими концентрациями тяжелых металлов (цинк, свинец, никель, хром, кадмий и др.) и органических соединений.

Состав и количество образующегося фильтрата зависят от этапа жизненного цикла полигона и могут быть различными для разных полигонов ТБО [1]. Максимальные объемы фильтрата образуются на абсолютно заполненном полигоне перед рекультивацией [2].

Существуют разные методики расчета количества фильтрата. Обобщение этих методик могло бы стать основой для разработки расчетной модели по оценке количества фильтрата, образующегося на полигонах ТБО любой мощности, которые расположены в разных климатических зонах. Эта задача является основной на данном этапе и требует для своего решения дополнительных исследований.

Наиболее распространенными являются методики, основанные на составлении водного баланса полигона ТБО [3, 4]. Так, уравнение водного баланса в период максимального образования фильтрата можно представить в следующем виде:

ОФ = (АО + ОВ + ВБХ) – (ИС + ВНО + ПС + БГ + ПБХ),                   (1)

где ОФ — объем фильтрата;

      АО — атмосферные осадки, выпавшие на полигон;

      ОВ — отжимная влага;

      ВБХ — выделение воды при биохимических реакциях;

      ИС — испарение с поверхности полигона;

      ВНО — влага, расходуемая на насыщение отходов до полной влагоемкости;

      ПС — поверхностный сток;

      БГ — потери воды с биогазом;

      ПБХ — поглощение воды при биохимических реакциях.

Величины составляющих водного баланса можно принять согласно публикациям специалистов, которые занимаются исследованиями факторов, влияющих на образование фильтрата. Данные, приведенные в публикациях, не всегда совпадают между собой, но являются достаточными для проведения оценки объемов образования фильтрата в рамках поставленной задачи.

Выясним, каким образом можно определить значения величин составляющих водного баланса полигона ТБО:

• атмосферные осадки, выпавшие на полигон (АО) (согласно СТП ВНИИГ 210.01.НТ-05 «Методика расчета гидрологических характеристик техногенно-нагруженных территорий»; далее — Методика):

АО = 0,001 × F₁ × h₁ × К_р,

где F₁ — площадь основания полигона, м²;

      h₁ — слой выпавших осадков, мм/год (месяц) (по данным наблюдений на ближайшей метеостанции);

      К_р — коэффициент перехода от средних многолетних годовых величин осадков к осадкам 5%-ной обеспеченности (приложение 1 к Методике);

• испарение с поверхности полигона (ИС) (согласно Методике):

ИС = 0,01 × F₂ × h₂ × К_е × К_вп,

где F₂ — площадь поверхности полигона, м²;

      h₂ — величина испарения, см/год (месяц) (определяется с помощью формулы (6) Методики и приложения 2 к Методике);

      К_е — коэффициент перехода от средней многолетней годовой испаряемости с техногенно-нагруженных территорий к испаряемости с различной вероятностью превышения;

      К_вп — поправочный коэффициент к среднему многолетнему испарению с естественных ландшафтов для различных видов поверхностей;

• отжимная влага (ОВ):

ОВ = К_ов × (АО – ИС),

где К_ов = 0,5 — опытный коэффициент (по данным, приведенным в [5]);

• выделение воды при биохимических реакциях (ВБХ) равно поглощению воды при биохимических реакциях (ПБХ), т.е. разницу между биохимически образуемой и потребляемой водой можно считать равной нулю [6];
• влага, расходуемая на насыщение отходов до полной влагоемкости (ВНО):

ВНО = 0,15 × V при плотности отходов 1,0 т/м³,

где V — объем размещенных отходов, м³/год [7];

• поверхностный сток (ПС):

ПС = 0, если сток отводится от полигона вместе с фильтратом;

ПС = 0,03 × АО, если сток отводится на локальные очистные сооружения [4];

• потери воды с биогазом (БГ):

БГ = 0,00006 × V_бг,

где V_бг — объем образующегося биогаза, м³/год [4].

В формуле (1) не учтены:

• подача воды на поверхность полигона для увлажнения в пожароопасный период (предполагается, что большая часть воды испаряется);
• поверхностный сток с прилегающих территорий, расположенных выше по рельефу (предполагается, что предусмотрены нагорные канавы, перехватывающие поверхностные стоки);
• поступление воды из подземных и поверхностных водных объектов (предусмотрены мероприятия по исключению данных воздействий);
• утечки фильтрата (предусмотрены мероприятия по герметизации основания и бортов полигона).

Как показывает практика, проектировщики, выполнившие расчеты для полигонов ТБО по осадкам 50%-ной обеспеченности, по результатам которых объемы фильтрата не превышают нескольких тысяч м³ в год, делают вывод о том, что среднесуточный объем образования фильтрата составляет 5–20 м³ и для сбора и хранения фильтрата достаточно резервуара объемом 50-200 м³, а вывоз фильтрата предусматривают ежедневно автотранспортом на ближайшие очистные сооружения канализационных стоков. Такое решение в корне неверно, что доказывают результаты расчетов, приведенные в таблице выше.

Создание прудов-накопителей оправдано в большинстве случаев, т.к. они позволяют:

• исключить вероятность загрязнения фильтратом прилегающей к полигону ТБО территории;
• уменьшить содержание вредных веществ по сравнению с исходным за счет длительного отстаивания и процессов анаэробной очистки, протекающих в придонных слоях;
• уменьшить объем накопленного фильтрата за счет испарения с поверхности и использования фильтрата из «чистой» секции пруда-накопителя для увлажнения отходов;
• обеспечить достоверность результатов исследований состава и количества фильтрата с целью выбора очистных сооружений для окончательной очистки перед сбросом в поверхностные водоемы или на очистные сооружения;
• обеспечить прием фильтрата, образующегося в теле закрытого полигона, и, после уменьшения объемов образования фильтрата до определенного уровня, исключить необходимость в эксплуатации очистных сооружений или вывозе фильтрата в системы канализации за счет испарения с поверхности пруда-накопителя.

ВЫВОДЫ

Выполненный анализ показывает, что при проектировании полигонов ТБО в зонах умеренной увлажненности (средняя полоса европейской части России и Урала) необходимо:

• проводить расчеты объемов образования фильтрата для осадков 5%-ной и 50%-ной обеспеченности с учетом неравномерности образования по месяцам;
• по результатам расчетов устанавливать необходимость (отсутствие необходимости) строительства прудов-накопителей (в большинстве случаев они необходимы);
• предусматривать системы сбора и подачи фильтрата в пруды-накопители (не менее двух секций). Вместимость прудов-накопителей определяется в соответствии с Рекомендациями по проектированию, строительству и рекультивации полигонов ТБО (М.: АКХ им. К.Д. Памфилова, 2009). Для некоторых регионов возможно за счет увеличения площади прудов-накопителей увеличить объемы испарения и свести объемы накопления фильтрата к минимуму;
• предусматривать систему мониторинга состава и объема фильтрата, подаваемого в пруды-накопители. Результаты мониторинга являются исходными данными для проектирования второй очереди полигона ТБО — очистных сооружений;
• предусматривать резервную территорию для размещения очистных сооружений фильтрата;
• предусматривать эксплуатацию очистных сооружений фильтрата после закрытия и рекультивации полигона ТБО;
• предусматривать мероприятия, направленные на уменьшение количества фильтрата и содержания в нем вредных веществ;
• допускать передачу фильтрата муниципальным организациям водоснабжения и водоотведения только в том случае, если его объем и состав отвечают правилам приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов.

Представленные мероприятия и рекомендации по проектированию являются первым шагом к регламентации деятельности по обращению с фильтратом полигонов ТБО. В то же время необходимо проведение дополнительных исследований по уточнению составляющих водного баланса и зависимостей образования фильтрата от различных факторов с привлечением ведущих организаций страны, занимающихся вопросами охраны окружающей среды в сфере обращения с отходами, а также разработка нормативно-методической документации по проектированию полигонов ТБО, ведь основной нормативный технический акт в данной области — Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов — утвержден Минстроем России 16 лет назад и не в полной мере соответствует современным реалиям.