Разложение тбо в местах захоронения
Т
БО
на 70-80 % состоят из органических
компонентов, в большинстве своем
подверженных разложению во времени в
условиях захоронения за счет естественных
химических и биологических процессов,
до настоящего времени изученных
недостаточно. Экосистема полигона
является динамичной и во времени
изменяется. Основные процессы разложения
органических отходов, происходящие в
теле полигона, состав образующихся
продуктов и фильтрата представлены на
рис. 5.
Рисунок
5 –
Принципиальные процессы разложения
органических веществ при полигонном
захоронении ТБО (основные
стадии разложения, состав образующихся
продуктов и фильтрата)
в результате реакции гидролиза образуются низкомолекулярные органические вещества, которые в течение нескольких недель проходят стадию кислородно-нитратного окисления и разлагаются в аэробных условиях до воды, диоксида углерода и азота. При протекании этих процессов в теле полигона отмечается повышение температуры.
Для анаэробных условий характерна стадия распада продуктов гидролиза. При этом можно выделить две фазы (стадии) – фазу І (кислотная) и фазу ІІ (метаногенная).
Продолжительность первой стадии – от 1 до 6 месяцев. В итоге процессов ферментации и восстановления сульфатов органические вещества разрушаются до низкомолекулярных кислот (образуются, в частности, муравьиная, уксусная и пропионовая кислоты), диоксида углерода и сульфида водорода; в небольших количествах выделяется метан. При этом образуются промежуточные продукты – карбоновые кислоты и спирты.
В метаногенной стадии разложения органических веществ (фаза ІІ) образовавшиеся ранее жирные кислоты используются метанообразующими бактериями для производства метана. Стадия анаэробного разложения органических веществ растянута во времени и продолжается в течение 8-40 лет, причем первые 3 года процесс образования метана протекает неустойчиво.
Чем выше содержание влаги, тем активнее происходит биологическое разложение отходов в анаэробных условиях. При содержании влаги менее 20 % активность анаэробных процессов значительно снижается. Современные технологии полигонного захоронения ТБО обусловливают медленное разложение отходов (попадание воды в толщу полигона затруднено); то же самое характерно для полигонов, расположенных в засушливых регионах.
По мере снижения выхода биогаза начинается последняя стадия разложения органических отходов – стадия образования гумуса. Ее продолжительность – до 40 лет. Различные стадии активных процессов разложения органических отходов (без указания временного масштаба этих стадий) приведены на рис. 6.
Рисунок 6 – Стадии разложения органических отходов:
І – стадия окисления в аэробных условиях; ІІ – стадия распада продуктов гидролиза в анаэробных условиях; ІІІ – стадия неустойчивого образования метана; IV – стадия образования метана; V – стадия образования гумуса; 1 – кислород; 2 – водород;
3 – азот; 4 – жирные кислоты; 5 – диоксид углерода; 6 – метан; 7 – целлюлоза
Сбор и обезвреживание фильтрата.
Фильтрат, образующийся на полигонах ТБО, содержит продукты выщелачивания водорастворимых соединений и продукты разложения отходов. в среднем годовой объем образующегося фильтрата составляет 2-3 тыс. м3/га. Состав фильтрата зависит от срока эксплуатации полигона (от стадии разложения отходов), состава складируемых отходов и объема поступления поверхностных и грунтовых вод.
Фильтрат из ТБО характеризуется преимущественно по интегральным показателям – биохимической потребности в кислороде (БПК) и химической потребности в кислороде (ХПК), а также по содержанию тяжелых металлов, аммонийного азота и некоторых других веществ. После короткой аэробной стадии разложения ТБО (продолжительность – несколько недель) можно выделить (см. рис.5) две анаэробные стадии.
Первая стадия распада органических веществ в анаэробных условиях (кислотная фаза, фаза неустойчивого образования метана) протекает от не-скольких месяцев до нескольких лет после депонирования. Фильтрат, образую-щийся на этой стадии разложения ТБО, характеризуется средним значением рН 6, высоким значением БПК (13000 мг/л О2), высоким отношением БПК/ХПК (0,6), высоким содержанием аммонийного азота и железа.
Вторая стадия (метаногенная фаза), характерная для старых полигонов, может продолжаться в течение нескольких десятилетий. В метаногенной фазе образовавшиеся ранее жирные кислоты и водород преобразуются в СО2 и СН4. Фильтрат старых полигонов имеет рН 8, характеризуется низким значением БПК (200 мг/л О2), низким отношением БПК/ХПК (0,06), высоким содержанием аммонийного азота (750 мг/л) и низким содержанием железа (15 мг/л). Содержание меди и свинца в фильтрате незначительно зависит от возраста полигона и колеблется в широких пределах, составляя в среднем около 100 мг/л; среднее содержание кадмия 6 мг/л.
Как следует из состава фильтратов, полигонное захоронение ТБО может оказать негативное влияние на грунтовые воды, в связи с чем регламентируется контроль за состоянием грунтовых вод выше и ниже полигона (на расстоянии 50-100 м). Если содержание загрязняющих веществ превысит ПДК грунтовых вод, должны быть приняты меры по ограничению поступления этих веществ в грунтовые воды (до уровня ПДК).
Как отмечено, для предотвращения утечки фильтрата в окружающую среду основание полигона должно иметь противофильтрационный экран (с коэффициентом фильтрации, по европейским нормам, не более 10-9 см/сек), а для облегчения его сбора поверхность полигона должна быть спланирована с уклоном (по европейским нормам уклон должен быть не менее 2 %).
В систему сбора фильтрата входят:
перфорированные дренажные трубы, размещенные под складируемыми отходами на противофильтрационном экране и обкладываемые щебенкой (фильтрат по трубам отводится на участок его обезвреживания);
насосная станция;
водосборный накопительный пруд (для снятия пиков потоков).
Все новые европейские полигоны запроектированы с донным дренажем (см. рис.1). На старых полигонах фильтрат собирается с помощью окружающих дренажных канав или путем откачки из трубных скважин, которые размещают в теле полигона или вокруг него.
Обезвреживание фильтрата можно производить либо в месте его образования, либо на муниципальных очистных сооружениях. К очистным сооружениям фильтрат транспортируется по герметичному трубопроводу, стоимость которого в ряде случаев может быть сопоставима с затратами на строительство самого полигона.
Практически применяют два метода обезвреживания фильтрата (дренажных сточных вод):
биологическая очистка (в присутствии активных бактериальных культур, которые разрушают и используют органические вещества для синтеза своих клеток, например, в установках с активным илом, в аэрационных прудах и др.);
физико-химическая очистка (чаще всего – реагентная – для очистки тяжелых металлов).
Следует отметить, что количество образующегося фильтрата зависит, при прочих равных условиях, от технологии захоронения – степени уплотнения ТБО и высоты их складирования. Высокий полигон является более предпочтительным с точки зрения защиты окружающей среды (уменьшается удельный объем фильтрата). В соответствии с европейской практикой, полигоны высотой менее 10 м проектируют редко.