Спосіб знешкодження фільтрату на полігоні твердих побутових і промислових відходів

Корисна модель відноситься до технології знешкодження фільтратів, які під дією атмосферних опадів утворюються в товщі полігонів (звалищ) твердих побутови х і промислових відходів (далі ТППВ), а конкретніше до очищення, збирання і відведення фільтратів. Потреба в такій технології обумовлена токсичністю згаданих фільтратів, які у міру просочування крізь товщу відходів екстрагують з них токсичні речовини і/або насищаються продуктами їх розкладання і тому здатні забруднювати ґрунтові води і ґрун т. Найпростіші способи захисту ґрун ту і ґрунтових вод під полігонами ТППВ і на прилеглих до них територіях засновані на формуванні щільних протифільтраційних екранів перед початком складування відходів. Як правило, основою таких екранів служать водонепроникні шари глини, наприклад, смектита, який використовують в Західній Європі. На жаль, вказані екрани внаслідок часткового розмивання і/або переповнювання товщі ТППВ фільтратом і його витікання за межі полігону поверх шару глини не забезпечують надійний захист навколишнього середовища від токсичних речовин. Тому останнім часом протифільтраційні екрани вважають за краще формувати з сорбційно-активних глин типа глауконита, який поглинає деякі токсиканти [RU 2226587; 2003]. Проте сорбційна ємність і тривалість ефективної роботи таких екранів обмежені. При тривалій роботі можливий розвиток зворотного процесу десорбції, внаслідок чого концентрація деяких забруднень у фільтраті не зменшуватиметься, а збільшуватиметься. До пропонованого далі способу по технічній суті найближчим є спосіб знешкодження фільтрату на полігоні ТППВ, відомий з [SU 310972 (1971p.)]. Він передбачає спорудження в підґрунті полігону багатошарового протифільтраційного екрану, який включає щільний глинистий шар і розташований над ним щонайменше один дренажний прошарок, підключений до засобів вакуумування і до системи відвідного дренажу, попереднє очищення фільтрату, що пройшов крізь масу відходів, переважно від механічних домішок у міру його просочування через дренажний прошарок, збір і відведення механічно очищеного фільтрату на остаточне біохімічне очищення за межи полігону. Проте сучасні ТППВ містять різноманітні (особливо композиційні полімерні) матеріали і відходи побуто вих хімікатів, які при зберіганні на полігонах дають набагато токсичніші продукти екстракції і/або розпаду, ніж "чисті" харчові відходи, що переважали в загальній масі побутових відходів в 60-70-х роках минулого століття. Тому формування багатошарових протифільтраційних екранів і експлуатація їх дренажних систем навіть в режимі примусового вакуумування не забезпечують достатньо надійного захисту ґр унтови х вод і ґрунту від токсичних речовин. В основу корисної моделі покладена задача шляхом створення умов для біохімічної деградації ТППВ створити такий спосіб знешкодження фільтрату на полігоні, який забезпечував би зниження концентрації токсичних речовин в попередньо очищених фільтраційних стоках і, відповідно, небезпеку забруднення ґрунтових вод і ґрунту. Поставлена задача вирішена тим, що в способі знешкодження фільтрату на полігоні твердих побутових і промислових відходів, що передбачає спорудження в підґрунті полігону багатошарового протифільтраційного екрану, який включає щільний глинистий шар і розташований над ним дренажний прошарок, підключений до системи доочищення стоків за межами полігону, попереднє очищення фільтрату в зоні, розташованій над вказаним глинистим шаром, збирання і відведення механічно очищеного фільтрату на остаточне очищення, згідно з винахідницьким задумом під час спорудженні вказаного екрану над дренажним прошарком укладають шар щільного фільтруючого матеріалу, який затримує фільтрат в масі накопичуваних відходів для їх анаеробного розкладання, а насичений продуктами анаеробного розкладання фільтрат, що просочується через вказаний шар щільного фільтруючого матеріалу, додатково витримують в дренажному прошарку для поглибленого розкладання токсичних речовин, і лише потім відводять з території полігону на остаточне очищення. Цей спосіб дозволяє: навіть в зимовий період підтримувати в частині товщі вологих відходів, яка розташована над шаром щільного фільтруючого матеріалу, температуру в межах 25-30°С, що цілком достатньо для ефективної біохімічної деградації основної маси ТППВ, і вибирати і здійснювати прийоми додаткової обробки фільтрату у вказаному дренажному прошарку з урахуванням конкретного складу забруднень. Перша додаткова відмінність полягає в тому, що вказаний шар щільного фільтруючого матеріалу формують з водопроникних рулонних матеріалів на основі бентонітових глин, які придатні для формування дрібних сипких гранул і мають високу сорбційну ємність. Друга додаткова відмінність полягає в тому, що фільтрат витримують в дренажному прошарку в анаеробних умовах, що бажане за умови насичення ТППВ побутовим сміттям. Третя додаткова відмінність полягає в тому, що фільтрат витримують в дренажному прошарку в аеробних умовах, які створюють надуванням повітря через засоби підключення цього прошарку до системи доочищення стоків за межами полігону. Це бажане за умови насичення ТППВ промисловими відходами. Далі суть корисної моделі пояснюється докладним описом запропонованого способу з посиланнями на додане креслення, де показаний розріз полігону ТППВ, оснащеного багатошаровим протифільтраційним екраном (з зазначенням напрямків руху фільтрату). На кресленні видно, що шар 1 твердих відходів служить регулюючою ємністю для попереднього збору і накопичення фільтрату, рівень якого над описаним нижче багатошаровим протифільтраційним екраном, що умовно позначений лінією 2, може досягати 2,0-2,5м заввишки. Згаданий екран (в напрямку зверху вниз) включає: водопроникний ґрунтовий захисний шар 3, який перешкоджає змішуванню складованих на полігоні відходів з рештою шарів екрану; також водопроникний верхній фільтруючий шар 4, який формують з рулонних матеріалів на основі бентонітових глин [зокрема, з доступних на ринку «мембран» марок BENTOMAT AS50, BENTOMAT AS100 і BENTOMAT SS100], які розрізняються за товщиною і проникністю і служать фільтрами для відділення механічних домішок і, частково, для сорбції деяких токсикантів з фільтрату; звичайно виготовлений з узятого з місцевих джерел грубозернистого піску, піщано-гравійного ґрунту або дрібного щебеня дренажний прошарок 5, в якому розташовані трубчасті дрени 6, підключені до не показаних особливо колектору і, через нього, до очисних споруд (наприклад, до ставків-відстійників з активним мулом) і джерел стиснутого повітря; нижній водотривкий шар 7, виготовлений з придатної глини, що звичайно взята з місцевого джерела, і - для страховки від локальних розмивів - звичайно накритий плівковим (наприклад, поліетиленовим) покриттям 8. Крім того, вертикальні стрілки 9 показують напрямок руху фільтрату крізь товщу накопичуваних на полігоні відходів, штри хова лінія 10 указує на верхній рівень фільтрату в дренажному прошарку 5, а стрілки 11 показують напрямок руху фільтрату в цьому прошарку 5 до тр убчасти х дрен 6. Запропонований спосіб здійснюють таким чином. На відведеній під полігон ТППВ території видаляють родючий ґрунт і (наприклад, за допомогою бульдозерів і/або скреперів) вирівнюють ґрунтове ложе, на яке викладають і ретельно ущільнюють глинистий нижній водотривкий шар 7 багатошарового протифільтраційного екрану. Цей шар 7, як правило, додатково гідроізолюють плівковим покриттям 8. Після часткового відсипання матеріалу дренажного прошарку 5 укладають трубчасті дрени 6 і з'єднують їх між собою за допомогою не показаного особливо щонайменше одного колектора (а переважно декількох колекторів, кожний з яких пов'язаний з певною групою трубчасти х дрен 6). Колектори підключають до згаданих вище зовнішніх очисних споруд і джерел стиснутого повітря з використанням стандартної запірно-регулюючої арматури. Потім остаточно відсипають вибраний легко проникний для фільтрату матеріал, щоб укладені трубчасті дрени 6 були повністю розміщені усередині дренажного прошарку 5. На цей прошарок 5 ретельно укладають стик в стик або внапуск рулонні матеріали на основі бентонітових (або інших придатних) глин, а створений з них водопроникний верхній фільтруючий шар 4 покривають захисним шаром 3 придатного водопроникного ґрунту. Укладання ТППВ на вказаний ґрунтовий захисний шар 3 створює умови для появи і накопичення фільтрату. Основними джерелами води для його формування в середніх широтах служать нерівномірні атмосферні опади у вигляді дощу, граду і снігу. Зрозуміло, що рясні дощі і танення снігу весною забезпечують залпове насичення товщі ТППВ водою, яка практично вертикально просочується через відходи в напрямку, вказаному стрілками 9. Саме в цих умовах, регулюючи відведення фільтраційних стоків крізь трубчасті дрени 6, забезпечують підйом рівня 2 фільтрату до 2,0-2,5м над верхнім фільтруючим шаром 4 багатошарового екрану. В цій зоні, яка практично ізольована від атмосфери і насичена водою, відбувається екзотермічне анаеробне розкладання відходів при температурі 25-30°С. Цей процес при слабому притоку води триває в середньому 200-250 діб. Далі вода, насичена продуктами анаеробного розкладання відходів, проходить через верхній фільтруючий шар 4, який затримує механічні домішки та сорбує помітну частину водорозчинних токсикантів, і надходить в дренажний прошарок 5 на додаткову обробку. Якщо у фільтраті переважають забруднення, придатні в основному для подальшого анаеробного розкладання, його просто витримують усередині дренажного прошарку 5 в режимі повільної міграції до найближчих трубчасти х дрен 6, як показано стрілками 11. Якщо ж у фільтраті переважають забруднення, що вимагають для подальшого очищення аеробного розкладання, то через трубчасті дрени 6 в дренажний прошарок 5 подають стиснуте повітря в кількості, достатній для аерації фільтрату поблизу дрен 6 і нітрифікації-денітрифікації стоків. Середня тривалість перебування і додаткового очищення фільтрату в дренажному прошарку 5 складає 50-60 діб. Знешкодження фільтратів на полігонах ТППВ описаним способом дозволяє відмовитися від створення окремої регулюючої ємності у вигляді проміжного ставка-накопичувача фільтрату, забезпечити ефективне попереднє очищення стоків перед зовнішніми очисними спорудами і практично виключити забруднення фунтови х вод і ґрунту стоками полігону. Середньорічні показники ефективності роботи багатошарового протифільтраційного екрану з використанням різних "мембран" BENTOMAT наведені в таблиці. Таблиця Задана середньорічна кількість фільтрату, мм/рік 170 Параметри Коефіцієнти фільтрації, м/добу Товщина глинистого шар у "мембран", м Середньорічний напір на екран для пропуску заданої кількості фільтрату AS50 0,000005 Марка "мембрани" AS100 SS100 0,000005 0,000001 0,0083 0,0114 0,0114 0,765 1,051 5,298 Примітки. 1) Кількість фільтрату, що підлягає відведенню з полігону ТППВ, є сумою: а) притоку фільтрату віджимної вологи (що може досягати 210мм/рік згідно з даними структурнофазового аналізу відходів); б) середньорічної кількості атмосферних опадів (130мм/рік). 2) Максимальний напір на екран формується у весняний період. Залповий приток може скласти до 120мм, підйом рівня фільтрату при 40% пористості нижніх шарів - до 0,3м.