Полигон твердых бытовых отходов «Северный» как источник загрязнения окружающей среды

В данном разделе курсовой работы рассмотрим структуру полигона ТБО «Северный», краткую технологию размещения отходов и проведем анализ загрязнения окружающей среды фильтратом и биогазом.

 

Общие сведения о полигоне.

Уфимская городская свалка, расположенная в северной части г. Уфа эксплуатируется с 1962 г., проектная мощность объекта 400 тыс. т/год, занимаемая территория составляет около 94 га. Схема районирования свалки в пос. Черкассы представлена на 6.

 

Рисунок 6 - Схема районирования свалки в пос. Черкассы

 

I и II - зоны складирования бытовых и нетоксичных промышленных отходов;

III - зона складирования промышленных отходов;

IV - старое захоронение промышленных отходов;

V - полигон складирования АО «Уфаоргсинтез».

 

Основная цель деятельности - обеспечение экологической безопасности жителей Уфы.

Основная задача - бесперебойное размещение отходов населения Уфы.

Основной вид деятельности: размещение, транспортировка и обезвреживание твердых бытовых отходов (ТБО).

Рисунок 7 – Карта-схема расположения полигона ТБО «Северный»

 

Анализ загрязнения окружающей среды полигоном ТБО

«Северный»

Воздействие полигонов ТБО на окружающую среду связано с интенсивным протеканием в толще отходов физико-химических и биохимических процессов, результатом чего является деградация сложных органических веществ и образование загрязнений двух типов: фильтрационных вод и биогаза.

 

Образование свалочного газа на полигоне ТБО «Северный»

 

Свалочный газ (биогаз) является побочным продуктом анаэробного разложения органических веществ муниципальных отходов. Гниение мусора происходит под воздействием бактерий. Они производят его первичное разложение на летучие жирные кислоты и перерабатывают их.

Выделяющийся биогаз на полигоне «Северный» содержит до 60 % метана, что позволяет его использовать в качестве местного топлива(таблица 6,рисунок 7). В среднем при разложении одной тонны твердых бытовых отходов может образовываться 100-200 биогаза.

Ежегодная эмиссия метана с полигона земного шара сопоставима с мощностью таких общеизвестных источников метана, как болота, угольные шахты и т.д. Сегодня остро стоит проблема стабилизации концентрации в атмосфере этого газа, одного из основных планетарных источников парникового эффекта. Поэтому утилизация биогаза бытовых отходов приобретает важнейшее значение для снижения антропогенной эмиссии метана. Кроме того, метан является причиной самовозгорания свалочных отложений, так как при его взаимодействии с воздухом создаются горючие и взрывоопасные смеси, что приводит к сильному загрязнению атмосферы токсичными веществами.

При содержании в воздухе от 5 до 15% метана и 12% кислорода образуется взрывоопасная смесь. Биогаз оказывает также негативное воздействие на растительный покров, угнетая растительность на примыкающих к полигонам ТБО площадях (механизм влияния связан с насыщением биогазом порового пространства почвы и вытеснением из нее кислорода)[16].

 

 

Таблица 6 - Состав биогаза полигона ТБО «Северный»

№ п/п	Вещество	Плотность кг/
	Метан	0,717
	Диоксид углерода	1,977
	Толуол	0,867
	Аммиак	0,771
	Ксилол	0,869
	Оксид углерода	1,250
	Диоксид азота	1,490
	Формальдегид	0,815
	Сернистый ангидрит	2,930
	Этилбензол	0,867
	Бензол	0,869
	Сероводород	1,540
	Фенол	1,071

 

 

Рисунок 8 - Состав биогаза полигона ТБО «Северный»

Биогаз, образующийся в толще складированных отходов, распространяется преимущественно в горизонтальном направлении и эмиссионная ситуация зависит главным образом от состояния верхнего слоя отходов и степени их изоляции от атмосферного воздуха. Смешение биогаза с атмосферным воздухом происходит в верхнем, более рыхлом слое свалки. При уплотненном верхнем слое или наличии герметичного покрытия свалки биогаз концентрируется и выделяется на откосах и ограниченных участках поверхности полигона[17].

Основными газами, загрязняющими атмосферную среду на полигоне «Северный», являются: аммиак, метан и диоксид углерода.

Теоретически анаэробные биохимические реакции, протекающие в теле полигона ТБО при отсутствии кислорода, можно представить в следующем виде:

Первая стадия:

( + (2.1)

целлюлоза глюкоза

На первой стадии путем биохимического растепления (гидролиза) высокомолекулярные соединения разлагаются на низкомолекулярные.

Вторая стадия:

(2.2)

глюкоза этанол

Сбраживание без доступа кислорода приводит к образованию этанола, диоксида углерода и выделению небольшого количества тепла (в 12 раз меньше, чем при аэробном процессе). Поэтому в отличие от быстрого обеззараживания

при аэробном процессе процесс обеззараживания ТБО при анаэробном сбраживании довольно медленный и требует больших затрат времени.

Третья стадия:

(2.3)

этанол уксусная к-та метан

На третьей стадии при участии микроорганизмов происходит дальнейшее разложение органики с получением органических кислот и их солей, а также небольшого количества метана. В реальных условиях разложения рядовых ТБО в небольших количествах также образуются: сероводород, аммиак, водород и другие микрогазы.

Четвертая стадия:

(2.4)

уксусная к-та метан

Четвертая стадия имеет название меганового брожения, при котором органика преобразуется в метан и углекислый газ, а из свободных углекислого газа и водорода также образуется метан. Метанообразующие бактерии могут существовать только в анаэробных условиях, для их воспроизводства необходимо больше времени, чем для кислотообразующих бактерий. Скорость анаэробного сбраживания зависит от метаболической активности метановых бактерий [15].

Образование фильтрата полигоне ТБО «Северный»

В результате протекания в теле полигона процессов анаэробного разложения, проникновения внутрь тела полигона атмосферных осадков образуется фильтрат с высоким содержанием растворимых азото- и фосфорсодержащих соединений аэробного разложения отходов и тяжелых металлов (таблица 7, рисунок 8). Фильтрат - жидкая фаза, выделяющаяся из отходов при прохождении через толщу атмосферных осадков, а также при биохимическом разложении органической массы.Следует отмерить, что фильтрат проникает в подземные воды и по водостокам - в открытые водотоки и водоемы, отравляя источники водоснабжения. Фильтрат представляет собой коричнево-бурую жидкость, имеющую смешанный запах ароматических углеводородов, аммиака, гнилостных соединений и др. Состав фильтрата полигона ТБО «Северный» исключает его сброс, а его накопление ограничено значительным объемом, а также химической и биологической активностью примесей. Для данного полигона в среднем количество фильтрата составляет от 300 до 800 /сут.

На протяжении жизненного цикла полигона ТОП фильтрат является постоянным источником загрязнения подземных вод, то есть, источником постоянной потенциальной опасности для здоровья населения близлежащего района.

Таблица 7- Содержание тяжелых металлов в фильтрате полигона ТБО «Северный»

№	Вещества	Количество, мг/л
	Ванадий	173,4
	Железо	17,4
	Кадмий	3,77
	Кобальт	29,2
	Марганец	405,5
	Медь	35,9
	Мышьяк	38,4
	Свинец	51,0
	Сурьма	18,9
	Хром	69,3
	Цинк	415,0
	Стронций	172,8
	Олово	4,3
	Селен	1,1

 

Рисунок 9- Содержание тяжелых металлов в фильтрате полигона ТБО «Северный»

Химический состав фильтрата изменяется во времени в зависимости от изменения биологических, химических и физических процессов, происходящих внутри насыпи отходов. На начальных стадиях разложения доминируют легко растворимые химические вещества, затем их сменяют химические вещества - продукты быстрого микробиологического разложения. На завершающих стадиях разложениях преобладают трудно растворимые химические вещества - продукты медленного микробиологического разложения.

Потоки фильтрата образуются с того момента, когда отходы достигают уровня полной полевой влагоемкости, хотя полная полевая влагоемкость может быть достигнута только в отдельных зонах насыпи отходов. Полевая влагоемкость достигается обычно в течение первых двух лет загрузки полигона отходами, когда преобладает боковая пригрузка отходов, и более двух лет, когда преобладает вертикальная загрузка. Как только полевая влагоемкость достигнута, возникают сезонные потоки фильтрата, то есть объемы образования фильтрата почти сравниваются с объемами поступления воды на поверхность. Таким образом, количество образованного фильтрата на полигоне, на котором отходы не контактируют с поверхностными и подземными водами, определяется климатом (а именно интенсивностью испарения и количеством осадком), площадью полигона, то есть площадью сбора атмосферных осадков, и методикой эксплуатации и рекультивации полигона, обеспечивающей задержку проникновения осадков в толщу отходов путем их изоляции сверху и путем увеличения транспирации при озеленении.

В связи с тем, что отходы сильно отличаются по своим свойствам от природных грунтов, водный баланс полигонов может быть значительно искажен по сравнению с естественным. Большое значение оказывает нарушение термического режима, повышенная проницаемость, гигроскопичность отдельных фракций. Вследствие указанных свойств, инфильтрационное питание на участках размещения полигонов может увеличиваться [18].

Рисунок 10 - Схема водного баланса полигона захоронения ТБО:

1 – рабочее телополигона; АО – атмосферные осадки; ИС – испарение с поверхности полигона;ВО – содержание влаги в захораниваемых отходах; ПБ – потери влаги (вынос) сбиогазом; ПТ – потеря влаги при транспирации растениями; ПС – поверхностныйсток; ОВ – отжимная влага отходов; ПБ – поглощение влаги при биодеструкцииотходов; ВБ – выделение влаги при биодеструкции отходов; ОФ – образованиефильтрата; УФ – удаление фильтрата за пределы рабочего тела полигона

 

Образующийся фильтрат на полигонах ТБО интенсивно загрязняет как поверхностные воды, так и не защищенные водоупорами подземные воды верхних водоносных горизонтов. Загрязнение подземных, и тесно с ними связанных поверхностных вод, является наиболее экологически опасным, поскольку подземные воды загрязняемых полигоном горизонтов используются для централизованного (водозаборы города) и децентрализованного (водозаборные скважины различных предприятий, коттеджных поселков и фермерских хозяйств) питьевого водоснабжения.

Анализ общей токсичности фильтрата показывает, что он остается токсичным даже после 4-х кратного (а по некоторым данным и 100-кратного) разбавления.

По данным специалистов образование фильтрата на полигоне ТБО «Северный» наблюдается практически всегда [13].