Отходы промышленных предприятий, методы их утилизации размещения и захоронения

    Проблемой отходов промышленности занимаются не только в нашей стране, но и во всем мире. В настоящее время в мире и в России отсутствует единый комплексный подход к проблеме переработки и использования вторичного сырья и отходов промышленности в строительстве. Эта проблема имеет большое народнохозяйственное значение также и в плане сохранности окружающей среды.

 

    

    Проблема  утилизации отходов в Российской Федерации ставит на повестку дня  целый блок вопросов, решить которые  можно только в совокупности, привлекая  специалистов разного профиля: технологов по производству строительных материалов, медиков, экологов и экономистов.

    Для выбора оптимального научного решения  по утилизации отходов необходимо иметь  сведения о характеристике объекта; определении отхода, как сырьевого  ресурса (состав, наличие); предполагаемые направления использования; технические решения по принятому варианту; народнохозяйственный эффект в сферах производства и потребления.

    Общий объем утилизации шлаков черной металлургии составляет около 60 %, несколько лучше перерабатываются доменные шлаки — порядка 80 %. Вместе с тем, использование вторичных продуктов промышленности развивается медленно, что приводит к скоплению этих отходов. Так, например, в отвалах металлургических    предприятий Урала, Сибири и центральной части России скопилось более 450 млн. т доменных сталеплавильных шлаков.

    Ежегодно  в отвалы отправляется дополнительно более 30 млн. т. шлака. При этом следует учесть резкое падение объемов производства цемента — основного потребителя отхода металлургической промышленности. Производство портландцемента и 1990 г. составляло 90 млн. т, а в 1995 г. — всего лишь 37 млн. т.

    С высокой эффективностью (на 30—50 %) шлаки  могут быть использованы в качестве заполнителя для бетона вместо щебня, полученного из природного сырья. Удельные капитальные вложения в производство литого шлакового щебня в 2—3 раза меньше, чем щебня из горных пород, шлаковой пемзы в 1,5—2 раза меньше, чем керамзита, минераловатных изделий из огненно-жидких шлаков в 1,6 раза меньше, чем соответствующих изделий из горных пород.

 

    

    Неблагополучно  обстоят дела с использованием отходов угледобычи. При разработке рудных и угольных месторождений ежегодный объем вскрышных пород достигает сотен миллионов кубометров, однако, их широкое использование в строительстве еще не организовано. Существенным резервом увеличения производства и снижения себестоимости нерудных строительных материалов является использование отходов углеобогащения и горнорудной промышленности.

    До 90-х годов текущего столетия учеными  и научными организациями России выполнен большой объем НИР по комплексному использованию вскрышных пород, отходов угле- и рудообогащения. Многие из работ доведены до опытно-промышленного применения, однако, внедрение результатов научно-технических разработок в последние годы резко сократилось.

    Промышленность  строительных материалов является наиболее емкой отраслью из отраслей-потребителей промышленных отходов. Это объясняется  крупными масштабами производства строительных материалов. Кроме того, многие отходы по своему составу и свойствам  близки к природному сырью, используемому различными отраслями промышленности строительных материалов, однако значительно дешевле, чем добыча природного.

 

2 Полигоны для размещения и захоронения отходов

    Проведенными  исследованиями установлено, что вокруг полигонов ТО

формируются зоны динамичных ореолов поликомпонентного загрязнения поверхностных и подземных вод, других природных сред с высокими температурами токсичного фильтрата (порядка 40—50°С). Высокая температура фильтрата определяется протеканием экзотермической химической реакции, происходящей в отходах. Поэтому необходимо предусматривать перехват этих загрязненных потоков разного рода геохимическими барьерами (окислительно-восстановительные, сорбционные, гидродинамическими ловушками (бессточные водоемы, озера, поймы, болота). Но эти устройства должны обеспечить невозможность проникновения загрязнений в фунтовые воды, обратив особое внимание на отсутствие депрессионной воронки, связанной с усиленным отбором подземных вод в этом районе. Наиболее протяженные «языки» загрязнения подземной гидросферы наблюдаются вдоль поверхностных водотоков с глубоким эрозионным врезом. Например, установлено, что из отвалов (терриконов) Донбасса дождевыми водами выносятся селен, кобальт, медь.

    Воздействие твердых и опасных отходов на приземные слои атмосферы заключается в испарении с поверхности почвы в результате разогрева в теплые периоды или при пожарах входящих в состав отходов элементов (ртуть, мышьяк летучие металлы), газообразных соединений, получающихся в результате химических реакций в недрах свалки. При горении наблюдается выделение диоксина, фуранов, хлорированного дибензодиозона. Поэтому во многих странах Европы сжигание отходов запрещено.

    Размещение  и захоронение отходов должно происходить на специально организованных полигонах. Полигоны для размещения отходов являются природоохранными сооружениями, предназначенными для регулярного централизованного сбора, удаления, обезвреживания и хранения не утилизируемых отходов. Количество и мощность полигонов для каждого региона обосновываются технико-экономическими расчетами. 

    При организации полигонов для захоронения  отходов важное значение имеют:

• правильный выбор площадки;
• создание необходимых инженерных сооружений;
• порядок заполнения полигона отходами;
• глубина предварительной обработки отходов;
• проведение мониторинга окружающей среды;
• контроль за образованием, сбором и транспортировкой биогаза;
• контроль за образованием, сбором и удалением фильтрата.

    В соответствии с современными требованиями, размещение и захоронение отходов должно быть оборудовано следующими отдельными инженерными сооружениями:

• уплотненным основанием из минеральных слоев в комбинации с искусственными материалами;
• проездами;
• сооружениями по сбору просачивающейся воды и ее очистке;
• сооружениями по сбору и утилизации выделяющегося газа;
• сооружениями по защите ландшафта с помощью рекультивации земель.

    Полигоны  размещают в свободных от застройки, открытых, хорошо проветриваемых незатопляемых местах, на которых возможно выполнение необходимых инженерных работ. Вокруг полигона на расстоянии не менее 3000 м должна быть создана санитарно- защитная зона.

    Место захоронения должно располагаться  на незначительном удалении от главных  транспортных магистралей и быть связано с ними дорогой хорошего качества.

 

    

    Дефицит площади для захоронения отходов  вблизи крупных городов можно  уменьшить путем организации  сети перегрузочных станций, где  отходы будут сортироваться, измельчаться и накапливаться по видам. Это позволит сократить их объем и использовать для захоронения более удаленные полигоны.

    Полигоны  размещаются на участках со слабофильтрующими  грунтами (глина, суглинок, сланцы и  т. д.), имеющими коэффициент фильтрации не более 0,00001 см/с. Уровень грунтовых вод при их наибольшем подъеме должен составлять не менее 2 м от нижнего уровня захороняемых отходов (как правило, заглубленного на 7-15 м).

    Главными  конструктивными элементами участка  захоронения отходов являются герметизирующая  облицовка, защитный облицовочный слой, дренажный слой для фильтрата  и верхнее покрытие. Для обеспечения герметичности применяют минеральные (глиняные) покрытия, полимерные пленочные материалы (например, полиэтилен высокого давления), покрытия из асфальтобетона, а также усиление почвы бентонитом.

    Захоронение должно быть оборудовано надежной системой сбора и удаления фильтрата. Для обеспечения хорошего дренажа на все основание хранилища поверх герметизирующего покрытия укладывают высокопористый слой какого-либо материала, например щебня.

    Для обеспечения надежного контроля, регулирования и ограничения выделения из хранилища фильтрата большое значение имеет верхнее покрытие, которое также выполняется из минерального сырья (глины) или из полимерной пленки. Дренажные трубы размещают на расстоянии не более 20 м друг от друга.

    Перед организацией полигона следует определить состав отходов, так как он влияет на объем инженерных мероприятий, которые необходимо выполнить при создании упорядоченного захоронения, отвечающего требованиям охраны окружающей среды.

 

    

    Существуют  два основных типа захоронения: наземное и подземное.

    Подземные захоронения - шахты, пустоты, скважины, старые нефтяные поля и другие выработки - используются в основном для размещения опасных и радиоактивных отходов.

    Наземные  размещения различных видов используют для размещения бытового и строительного мусора, а также промышленных отходов с точно учтенным небольшим содержанием токсичных компонентов.

Захоронения отвального типа имеют следующие преимущества:

• основание захоронения расположено на земной поверхности;
• имеется хорошая возможность контроля за уплотнением  размещаемого материала;
• отвод вод происходит без использования насосов;
• возможность контроля за состоянием дренажных систем. 
  Недостатки захоронений отвального типа:
• сложность   оценки   устойчивости   откосов,   особенно   при 
  большой высоте захоронения;
• высокие сдвиговые напряжения на основании откосов;
• необходимость   использования   специальных   строительных конструкций для повышения устойчивости захоронения;
• эстетическая  нагрузка на ландшафт.

    Захоронения на склонах в отличие от рассмотренных захоронений отвального типа требуют дополнительной защиты тела захоронения от сползания и от смыва водой, стекающей по склону. Защита осуществляется с помощью строительных конструкций и насаждений.

    Захоронение в котлованах в меньшей степени влияет на ландшафт и не создает опасности, связанной с устойчивостью. Однако оно требует отвода вод с помощью насосов, так как основание расположено ниже поверхности земли. Такое захоронение создает дополнительные трудности для гидроизоляции боковых склонов и основания захоронения отходов, а также требует постоянного контроля за дренажными системами.

    Захоронения в подземных бункерах по всем параметрам более удобны и экологически чисты, однако из-за больших капитальных  затрат на их сооружение они могут использоваться только для удаления небольших количеств отходов.

    Укладка отходов на полигоне должна осуществляться слоями толщиной не более 2 м при  обязательном уплотнении, обеспечивающем наибольшую компактность и отсутствие пустот, что особенно важно при захоронении крупногабаритных отходов.

    Уплотнение  отходов при захоронении необходимо не только для максимального использования  свободного пространства, но и для  уменьшения последующего оседания тела захоронения. Кроме того, рыхлое тело захоронения, имеющее плотность ниже 0,6 т/м , усложняет контроль за фильтратом, так как в теле неизбежно возникает множество каналов, затрудняющих его сбор и удаление.

    Степень компактности отходов зависит от используемого оборудования, природы отходов и способа их размещения. Для компактирования отходов применяют обычные дорожные машины , такие как бульдозеры на гусеничном ходу мощностью от 50 до 120 кВт, катки КМ-305, а также специальные тяжелые компакторы со стальными зубчатыми колесами. Использование компакторов позволяет уплотнять тело захоронения до 0,7 - 0,8 т/м .

    Послойное перекрытие всего основания небольшими слоями отходов равномерной толщины более целесообразно, чем укладка отходов на всю высоту захоронения, но на отдельных участках.

    Однако  иногда, прежде всего по экономическим  соображениям, заполнение хранилища  производят посекционно. Основными  причинами секционного заполнения являются необходимость разделения различных типов отходов в

 

пределах одного полигона, а также стремление к уменьшению площадей, на которых образуется фильтрат.

    Важным элементом управления полигоном захоронения отходов является мониторинг окружающей среды, целью которого является определение любых нежелательных видов воздействия на нее для принятия необходимых корректирующих действий. Объектами мониторинга являются воздух и биогаз, грунтовые воды и фильтрат, почва и тело захоронения