Анализ современной экологической ситуации, сложившейся на выработанной части угольного карьера ООО "Разрез Бородинский"

Рекультивация происходит в два этапа: технический и биологический.

Технологическая схема рекультивации закрытых свалок приведена на рисунке 3.

1 - выположенный откос; 2,5 - бульдозер; 3 - автотранспорт; 4 - насыпная почва; 6 - закрытая свалка; 7 - рекультивационный слой закрытой свалки; 8 - биологический этап рекультивации; 9 - сельскохозяйственное, лесохозяйственное и другие направления рекультивации.

Рисунок 3 - Технологическая схема рекультивации закрытых свалок без переработки свалочного грунта

Технический этап рекультивации включает исследования состояния свалочного тела и его воздействия на окружающую природную среду, подготовку территории полигона к последующему целевому использованию [18].

Биологический этап рекультивации включает мероприятия по восстановлению территории закрытых полигонов для их дальнейшего целевого использования в народном хозяйстве. К нему относится комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на восстановление нарушенных земель [18].

Биорекультивация полигона проводится по окончании срока стабилизации полигона - процесса упрочнения свалочного грунта, достижения им постоянного устойчивого состояния. Для данной климатической зоны срок стабилизации составляет 2-3 года. Биорекультивация полигона заключается в нанесении ПРС и посевом многолетних трав. Нанесение потенциально - плодородного и плодородного слоев почвы выполняется механизированным способом, бульдозером полигона.

После нанесения почвенного слоя в весеннее (май-июнь) или осеннее время (август-сентябрь) производится посев многолетних трав, способствующей укреплению почвенного слоя на откосах траншеи. Одновременно

этим достигается противоэрозионный эффект. Рекомендуемые семейства трав:

- губоцветные (бурда плющевидная (Glechoma nederacea), душица обыкновенная (Origanum vulgare), мята полевая (Mentna arvensis)),

- злаковые (пырей non3y4ira (Elytrigia repens), вейник пурпурный Лангсдорфa (Calamagnjstis purpurea subsp langsdorffii), тимофеевка луговая (Phleum pratense), овсяница луговая (Ре8гиса pratensis), мятлик сибирский (Роа sibiriа), мятлик лесной (P. nemoralis), ежа сборная (Dactylis glomerata),

- бобовые (люцерна посевная и серповидная (Medicago Sativa, M. falcata), клевер луговой и ползучий (Тrifolium pratens, T. repens), горошек лесной и мышиный (Vicia sylvatica, V. Cracca).

3. Расчетные обоснования насыпи

3.1 Проверка устойчивости откоса

Сложность и недостаточная определенность физической стороны явления обрушения грунтового откоса проявляются в разнообразии имеющихся в настоящее время методов и способов расчета. В современной гидротехнической литературе представлены методы, использующие теорию предельного равновесия или основанные на расчете общего напряженно-деформированного состояния грунтового сооружения, одновременно оценивающем устойчивость откосов.

В проектной и исследовательской практике при расчете устойчивости грунтовых масс часто принимаются методы, реализующие гипотезу круглоцилиндрических поверхностей скольжения, в частности, хорошо известные и проверенные методы ВНИИГ - Терцаги и А. Бишопа, а для сухих откосов метод А.А. Ничипоровича. Точность упомянутых выше методов достаточно высока [27].

В данной дипломной работе произведен расчет устойчивости насыпи, состоящей из четырех слоев коммунальных отходов, мощьностью 2 - 2,5 м и трех слоев золошлаковых отходов, мощностью 0,25 м, для нахождения локальных минимумов (минимальных коэффициентов устойчивости откоса):

- по способу весового давления;

- по способу бокового давления

В практике проектирования и строительства накопителей следует принимать исходные значения плотности и влажности W, назначенные в проекте или определенные при геотехконтроле на строящемся или эксплуатируемом сооружении.

Коэффициент сейсмичности Кс (в долях единицы) принимается по нормам СНиП П-7-81 и равен для данного района 0,025.

Для расчета устойчивости необходимы физико - механические показатели грунта, золошлаковых и коммунальных отходов, которые приведены в таблице 10.

Так как для закрытия полигона КО будут использоваться породы с «северного» отвала, состоящие из суглинка и супеси, то при расчете берутся осредненные показатели этих глинистых пород.

Таблица 10 - Физико-механические свойства грунтов и отходов

В связи с тем, что мощность изолирующих слоев золошлаковых отходов мала (0,25 м) и влияние каждого отдельного слоя учесть не возможно, то при расчетах берутся осредненные показатели физико-механических характеристик золы и коммунальных отходов, приведенные в таблице 11.

Таблица 11 - Осредненные физико-механические свойства золы и КО

Вывод. В результате расчета устойчивости насыпи получили следующие минимальные расчетные значения коэффициентов запаса устойчивости:

- по способу весового давления Кmin=1,13;

- по способу бокового давления Кmin=1,14.

Полученные результаты минимальных коэффициентов запаса устойчивости по разным способам в целом соответствует допустимой величине Ку для грунтовых сооружений 3-4-го класса, равной 1,05.

Рассматриваемая насыпь, состоящая из золошлаковых и коммунальных отходов, покрытых изолирующим слоем из суглинистых пород, может быть отнесена к гидротехническим сооружениям 3-4 класса только в состоянии полного водонасыщения. Такое состояние данного сооружения крайне маловероятно. Поэтому критерии его устойчивости выдерживаются для самого тяжелого варианта эксплуатации.

3.2 Расчет фильтрации массива коммунальных отходов при полном насыщении насыпи

Фильтрация с гидравлической точки зрения является плавно изменяющимся движением грунтовых вод, при котором гидравлические уклоны для всех струек в данном живом сечении потока одинаковы.

Фильтрация промышленных стоков отрицательно влияет на экологическую ситуацию вокруг промышленного накопителя, ухудшая санитарное состояние подземных вод и открытых водоемов [13].

При неблагоприятном сочетании природных и технологических факторов фильтрация может привести к нарушению устойчивости откоса.

Формирование любого потока, закономерности его движения, массообмен, т.е. перенос жидкости и любых загрязнений в ней, а также твердых частиц грунта определяется геологическим строением массива, очертанием контуров питания стока, техногенными параметрами, влияющими на поток (вышки, скважины) и фильтрационными свойствами грунтов (коэффициент фильтрации, фильтрационные деформации и кольматация).

Процесс фильтрационной деформации - это суффозия - процесс выноса при критических скоростях мелких неустойчивых частиц грунта, при этом поры увеличиваются, и скорость движения возрастает.

В случае суффозии для предотвращения обрушения водонасыщенных бортов предусматривают укрепительные мероприятия:

- уменьшение расхода, поступающего из внешнего источника путем его экранирования и путем переноса русла;

- устройство дренажной системы, глубоких водопонизительных скважин между внешними источниками питания и бортом;

- устройство дренирующей пригрузки из крупнозернистых грунтов на опасных участках высачивания потока и незамерзающий отвод фильтрата из пригрузок и откачка его во внешние накопители - отстойники загрязненных карьерных вод.

Для предотвращения или максимально возможного смягчения фильтрационных воздействий на окружающую среду и выбора наиболее эффективных мероприятий по её защите выполняется комплекс фильтрационных расчетов, включающий следующие позиции:

- определение положения свободной поверхности фильтрационного потока в ограждающей дамбе;

- прогнозирование границ зоны фильтрационного воздействия карьера, золоотвала, в частности прогноз границ области возможного загрязнения подземных вод, областей подтопления, обводнения, эрозии и других геоэкологических нарушений, обусловленных фильтрацией;

- определение расхода и скорости течения жидкости, фильтрующейся через тело;

- назначение дополнительных конструктивно - технологических мероприятий на участках опасного фильтрационного высачивания (дренирующие пригрузки, дренажные разгрузочные колодца, внешний водоотвод и др.)

Фильтрационные расчеты базируются на комплексе исходных данных, граничных и начальных условий, задаваемых при постановке конкретных геофильтрационных задач [13].

При этом должны быть известны инженерно-геологические условия площадки и исходный (естественный или нарушенный) гидрогеологический режим области предполагаемого фильтрационного воздействия накопителя [13].

Методика расчета. Решение двухмерной геофильтрационной задачи в плоско-вертикальной постановке включает:

- построение кривой депрессии и линий равных напоров (эквипотенциалей);

- построение линий тока и полных гидродинамических сеток;

- анализ результатов моделирования, и оценка противофильтрационного мероприятия, ограничивающего загрязняющее влияние накопителя на подземные воды.

Задача фильтрации решается методом конечных разностей. Для этого нужно построить расчетную схему и дискретную модель области фильтрации, задать исходные расчетные параметры и граничные условия [13].

Подготовка исходных данных, произведена на программе для решения фильтрационной задачи, написанной на языке программирования FORTRAN. Ввод исходных данных осуществляется по формату - описание символьных форм представления значений величин в логических записях наборов данных. Эти описания помещаются в операторы форматов и используются операторами форматного ввода-вывода. В данном случае используется два кода формата: I - целый, F - вещественный [21].

Исходные данные для расчета фильтрации представлены в таблице 12.

Таблица 12 - Исходные данные к расчету фильтрации

Результаты расчета фильтрационной задачи обработались в графическом пакете Surfer. На рисунке 5 показано поведение депрессионной кривой при полном насыщении насыпи.

Расчет удельного и полного фильтрационных потоков. Удельный фильтрационный расход (мі/сутки), рассчитывается по следующей формуле:

; (10)

, (11)

где l - средняя длина линии тока участка, м;

Н - разность напоров, м.

N - мощность грунта, м.

кф - коэффициент фильтрации грунта, мі \сут.

Расход необходим для подбора оборудования необходимого для водоотведения.

Исходные данные для насыпи:

l=3,5 м; N=1,5 м; ДН=0,5; Кф=0,16.

Расчет:

q=0,16•(0,5/3,5)•1,5• =0,034;

Полный расход, мі \сутки:

,

где L - длина откоса.

.

В зависимости от расхода выбираем диаметр трубы. D=0,1 м.

3.3 Конструктивные мероприятия по обеспечению экологической безопасности полигона КО

Укрепление откоса полигона КО

На основании полученных результатов расчета фильтрации и устойчивости слоистой насыпи нами предусмотрены мероприятия по укреплению данного сооружения для случая чрезвычайной ситуации, когда в результате долговременных атмосферных осадков происходит переувлажнение насыпи. Не допускается просачивание инфильтрационных вод по слоям золы с выходом на незакрепленный откос, так как при этом возможна суффозия в каждом зольном слое. Для предотвращения этого явления принято следующее конструкционное решение: устройство дренажной пригрузки по всей площади откоса.

Дренажные устройства имеют важное значение в обеспечении надёжности и экологической безопасности сооружения. Они служат для повышения устойчивости низового откоса, для предотвращения выхода фильтрационного потока на внешний откос или в зону сезонного промерзания, защиты откоса от фильтрационных деформаций, организованного отвода профильтровавшей воды и перехвата фильтрационного потока, снижения фильтрационного давления [15].

При устройстве дренажной пригрузки на защищаемом участке высачивания повторный фильтрационный расчет для этого варианта проводить не следует. Принимаем, что картина фильтрации на укрепляемой части откоса не изменится, т.к. за пределы поверхности участка высачивания на откосе фильтрационный поток не распространяется. Имеет место лишь безнапорный сток фильтрата по дренажу. Здесь существенно важным является обеспечение незамерзающего отвода дренажных вод и благодаря этому дальнейшее устойчивое состояние водонасыщенного откоса.

Для предотвращения фильтрационных деформаций откоса поверхность откоса полигона КО пригружается фильтрующим материалом - крупнообломочным материалом вскрышных пород угольного разреза. Это мероприятие предохраняет поверхность откоса от размыва атмосферными и сточными водами, препятствует развитию фильтрационных деформаций откосов.

В пределах участка высачивания выполняется выравнивающая планировка откосов и днища. Затем на основание укладываем слой дренажной подготовки 15 см из крупнозернистых грунтов. В данном случае вскрышные породы. На него укладываем перфорированную трубу коллектора (стальную или пластмассовую) диаметром 10 см. Затем наносим следующий слой обсыпки, высотой 20 см, которым засыпаем трубу коллектора. Материал назначается таким, чтобы исключить засорение трубы - выбираем мелкий гравий, d=10-20 мм. С другой стороны зерновой состав обсыпки исключает проникновение в нее грунта, выносимого потоком на участке высачивания. Уровень воды в дренажной трубе такой, чтобы режим течения в ней был безнапорным.

Затем выполняется поверхностный дренажный слой толщиной 15 см, из смеси крупнообломочных вскрышных пород, песка и суглинка. Длина определяется размерами участка высачивания - 110 м. Затем отсыпаем наклонный участок дренажного слоя из того же материала такой же толщины.

Укрепленная дренирующая пригрузка может быть отсыпана на обширных по площади участках в процессе заделки провалов и промоин при упрочняющей отсыпке грунта на деформируемых откосах [15].

Фильтрационный поток должен беспрепятственно высачиваться и отводиться по трубопроводу в сборный колодец, в котором установлен погружной насос. По удельному расходу и длине участка карьера, на котором происходит высачивание потока, назначается производительность насоса, откачивающего фильтрат на поверхность полигона - марка насоса ЦМК 16-27. С помощью насоса фильтрат перекачивается на рабочие карты для испарения и в целях увлажнения коммунальных отходов. Фильтрат перекачивается постоянно или эпизодически.

Утилизация свалочного газа

Необходимо отметить тот факт, что при изоляции отходов, в замкнутом пространстве в анаэробных условиях при деструкции отходов формируется биогаз, состоящий в основном из метана и диоксида углерода (65-70% CH4 и 25-30% СO2 по объему). Кроме того, наряду с этими важнейшими компонентами биогаз содержит незначительные количества водорода, сероводорода, азота (0,1%).

Биогаз, образующийся на полигоне, с одной стороны, может быть нежелательным продуктом, а с другой стороны - служит источником энергии.

В изолированном от внешней среды пространстве полигона по мере деструкции мусора формируются полости, заполненные биогазом, увеличивается пористость толщи мусора. Под давлением биогаз может прорываться наружу, при этом нарушается структура защитного экрана, создается опасность загрязнения атмосферного воздуха, воспламенения взрывоопасной газовой смеси.

Эмиссия свалочного газа продолжается в течение длительного времени на завершающем этапе жизненного цикла полигона КО, т.е. после его закрытия и рекультивации. Поэтому необходимо снижать его эмиссию и разрабатывать способы утилизации [25].

Для предотвращения этих процессов предусматривается установление в процессе складирования КО газоотводных скважин на всю мощность толщи КО. Принципиальная схема установки приведена на рисунке 6.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1 - газоотводные скважины; 2,3 - слои золошлаковых отходов; 4,5 - слои коммунальных отходов.

Рисунок 6 - Схема установки газоотводных скважин

Газоотводящие дренажи, обеспечивающие выход в атмосферу и контроль состава газов, образующихся при разложении органики в слоях КО.

После установки скважин предполагается проводить отбор и лабораторный анализ химического состава и теплотворной способности биогаза. По результатам таких работ принимается решение об утилизации биогаза, либо его сжигании.

Размещено на Allbest.ru