Просадка полигона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

полигон окружающий вредный среда

ЦЕЛЬ: формирование компетенций в соответствии с требованиями программы практики:

ОК-4 - способность самостоятельно проводить поиск патентной информации, сбор и систематизацию научной информации по теме производственной практики;

ОК-11 - способность представлять итоги профессиональной деятельности в виде отчетов, рефератов, статей, оформленных в соответствии с предъявляемыми требованиями;

ОПК-3 - способность акцентировано формулировать мысль в устной и письменной форме на государственном языке Российской Федерации и иностранном языке;

ПК-9 - способность создавать модели новых экологически безопасных систем и процессов в области в области утилизации и переработки техногенных отходов;

ПК-10 - способностью анализировать, оптимизировать и применять современные информационные технологии при решении научных задач;

ПК-12 - способность использовать современную измерительной технику, современные методы измерения при проведении производственной практики.

Задачи:

- закрепление теоретических знаний, полученных при изучении базовых дисциплин;

- освоение приемов, методик проведения научных исследований;

- получение навыков использования современного аналитического оборудования, лабораторных испытательных установок.

Быстрая урбанизация и недостаточное развитие доступных технологий обезвреживания и утилизации твердых бытовых отходов привели к тому, что повсеместно в пределах больших и малых населенных пунктов образовались места захоронения ТКО, различные по объему отходов, их морфологическому составу, площади захоронения, высоте и геометрии тела. Находясь на разных фазах жизненного цикла, они относятся к наиболее типичным нарушениям ландшафтов и задалживанию территорий на длительные сроки, освоение которых для хозяйственного использования сдерживается различными причинами. Главная из них состоит в недостаточной изученности процессов, происходящих в свалочном теле, и как следствие, отсутствии достоверных прогнозов эмиссий биогаза, фильтрата и дифференцированной просадки свалочного тела, трудности в оценке денежных затрат, необходимых для ликвидации, санации и освоения территорий, занятых свалочными телами и полигонами ТКО.

Анализ литературы показал, что многие закрытые полигоны ТКО используются в различных градостроительных направлениях: парки, зеленые зоны; спортивные площадки, поля для игры в гольф; склады, автостоянки, легкие металлические конструкции, дороги с твердым покрытием; жилая и промышленная застройка. Как правило, освоению предшествует либо полная герметизация свалочного тела и активная дегазация, что, безусловно, является технически сложным и дорогим даже для развитых стран Европы мероприятием, либо полная его экскавация. Эти меры обусловлены длительностью процессов разложения отходов и связанных с ними эмиссий загрязняющих веществ: биогазом, фильтрационными водами, неравномерным оседанием свалочного тела. Хотя экскавация свалочных тел является относительно дешевым способом подготовки территорий к освоению, она не может заменить полноценной рекультивации полигонов ТКО и восстановления хозяйственной ценности нарушенных территорий. Целесообразность ее применения зависит от конкретных условий: экономических возможностей и градостроительной ценности земельного участка, занятого полигоном; геометрических параметров полигона, степени разложения отходов, имеющихся возможностей по перевозке отходов на другой полигон. Недостаточно разработанные методические подходы к оценке состояния свалочных тел и связанных с этим эмиссий загрязняющих веществ на заключительных этапах жизненного цикла, приводят к принятию неоптимальных с экологической или экономической точек зрения решений. Химический состав, интенсивность и продолжительность эмиссий носят индивидуальный характер для каждого полигона и зависят от качественного и количественного состава складированных отходов, природных условий участка размещения полигона, возраста полигона, интенсивности процессов разложения отходов. Несмотря на то, что закономерности метаногенеза достаточно хорошо изучены, конкретные ответы на вопросы о том, какие полигоны представляют наибольшую опасность, при какой степени разложения отходов свалочные тела не представляют угрозы для людей, пока отсутствуют. Недостаточно разработаны методические подходы к определению объема и скорости образования биогаза, периода его интенсивного выделения, потенциала опасности полигона. Отсутствует и классификация полигонов как источников биогаза, что не позволяет принимать адекватные инженерно-технические решения.

Для обоснованного выбора направления и методов освоения подобных территорий необходимы исследования изменений в свалочном теле, связанных со временем, прошедшим после закрытия свалки. Свалка является источником биогаза и фильтрационных вод в первые годы после закрытия, однако, когда эмиссии заканчиваются, возможность строительного освоения связана уже с физико-механическими, физико-химическими и эпидемиологическими характеристиками свалочного грунта, которые в настоящее время изучены недостаточно. Актуальным с этой точки зрения является исследование процессов гумификации целлюлозосодержащих отходов, формирующих свалочный грунт.

Анализ работы полигонов депонирования ТКО в Российской Федерации, показал, что общая стратегия депонирования отходов формируется и осуществляется без учета вторичного использования их территорий в отдаленной перспективе. Причиной является отсутствие концептуальных и научно-методических основ управления полигонами с учетом их последующего безопасного в геоэкологическом отношении инженерного освоения.

Разработка методических подходов с учетом градостроительной ценности территорий, на основе диагностики состояния свалочных тел и изменения геометрии свалочных тел, активного управления метаногенезом и научно обоснованного выбора соответствующего комплекса мероприятий по инженерному освоению территорий, позволит более эффективно в экономическом отношении и надежно в экологическом, решать важные народно-хозяйственные задачи преобразования закрытых санитарных полигонов в полноценную территорию, пригодную для интенсивного строительства и предотвращения нового изъятия и задалживания земель [5].



1 Характеристика свалок и полигонов ТКО

Складирование (депонирование) твердых коммунальных отходов (ТКО) на контролируемых свалках (полигонах) является самым распространенным методом их обезвреживания. Полигоны ТКО различаются по климатогеографическим условиям, возрасту объему, составу и сроку действия эмиссий, локальным особенностям местности. В настоящее время объекты захоронения ТКО классифицируются по форме (карьерные, отвальные, откосные, резервуарные захоронения), по годовому объему принимаемых ТКО, тыс.м3 /год (10,20,30,60,120,240 и т.д. до 3000); мощности захоронения (высоконагруженные полигоны общей высотой или глубиной более 20 м и нагрузкой 10т/м2 , и насыпные захоронения высотой до 20 м). Техническое обустройство современных полигонов ТКО формировалось в соответствии с изменениями в области стратегии захоронения отходов[3].

Существующие захоронения ТКО можно разделить на три основные категории:

1 категория - стихийные свалки, которые характеризуются отсутствием инженерно-экологических изысканий для территории, отведенной под размещение отходов, и минимальными экономическими затратами на этапах эксплуатации и закрытия объекта, при этом отходы размещены насыпью без уплотнения и изоляции, а само захоронение и зона его влияния в течение длительного времени не контролировались.

2 категория - санкционированные необорудованные захоронения ТКО. Введены в эксплуатацию с соблюдением нормативов размещения объекта по санитарным и геолого-гидрологическим критериям; при размещении отходов проводится послойное уплотнение, в некоторых случаях, без изоляции слоев, окончательная засыпка рабочей поверхности захоронения завершает эксплуатацию объекта; регулярные наблюдения за полигоном и в зоне его влияния не проводятся.

3 категория - санитарные полигоны, на которых предусматривается соблюдение технологии складирования, наличие инженерных сооружений и контроля влияния на объекты окружающей среды.

С точки зрения стратегии восстановления территорий, выбора направления рекультивации, оценки состояния свалочного тела на заключительных этапах жизненного цикла необходима классификация полигонов как источников метана. В этой связи целесообразно разделить захоронения ТКО на три группы:

несанкционированные, старые свалочные тела с земляной засыпкой, закрытые для приема отходов и находящиеся на разных стадиях метаногенеза, от интенсивных до затухающих эмиссий метана;

санкционированные свалки, построенные без необходимой инженерной структуры, функционирующие или закрытые для приема, находящиеся на стадии рекультивации, у которых активная фаза метаногенеза еще впереди;

новые полигоны, оборудуемые системами дегазации и противофильтрационной защитой, на которых возможны контроль и управление процессом образования метана.

2. Оседание свалочного тела

Захоронения, закрытые для приема ТКО, во всем мире относятся к наиболее типичным нарушениям территории. Восстановление хозяйственной ценности этих территорий считается дорогостоящей процедурой во всем мире.

Во многих случаях существование нарушенных свалочными телами территорий связано не только с высокими затратами, необходимыми для их восстановления, но и с установленными нормативами, как правило, запретительного характера. Российское законодательство, как и законодательства многих других стран (CERLA, RCRA США), хотя и декларирует необходимость рекультивационных работ после закрытия полигонов, активное коммерческое освоение территорий старых свалок и полигонов ТКО не стимулирует. Для этого существуют объективные причины. Главная из них заключается в самой природе свалочного тела, являющегося источником повышенной опасности из-за образования биогаза, фильтрата. Оседание свалочного тела вызывает проблемы инженерно-технического и геотехнического характера, такие как низкая несущая способность основания; наличие неравномерной осадки.

Инженерно-техническая опасность связана с процессами оседания поверхности свалки и дифференцированной просадки отдельных участков тела полигона, возникающей вследствие нарушений устойчивости откосов полигона, обвалов, пустотообразований и т.п. Это приводит к развитию эрозии почвенного покрова, нарушению работы систем сбора фильтрата и дегазации.

Оседание полигона начинается в период эксплуатации в процессе ежедневного уплотнения ТКО, и продолжается после его закрытия под действием собственного веса и развивающихся биологических процессов разложения отходов. Скорость и масштаб оседания неоднородны и зависят от морфологии ТКО, степени их уплотнения в период укладки, типа грунтов, используемых для ежедневной засыпки и устройства окончательного покрытия, веса и конструктивных особенностей покрытия [5].

В результате процессов разложения в условиях оптимального метаногенеза возможно оседание на 40%, практически в промышленно развитых странах оно варьирует от 1 до 20%, составляя в большинстве случаев 10 - 15%. [2].

Наибольшее оседание свалочного тела происходит в течение первых 12 лет после закрытия свалки. Сокращение массы полигона, сопровождающееся оседанием, происходит в течение нескольких десятилетий. Имеется сообщение о том, что скорость просадки некоторых полигонов была наивысшей в течение первых трех месяцев после закрытия, а затем низкой и относительно равномерной, при этом 90% оседания произошло в течение первого года. Зафиксировали ежегодную скорость просадки 0,5 - 4,7 % на полигонах с исходной плотностью отходов от 650 до 1200 кг/м3 [4].

На скорость оседания оказывают существенное влияние высота складирования отходов и годовое количество осадков. Оседание полигона глубиной 6 м, расположенного в районе умеренных осадков (осадков более 11см/год) и умеренных температур, в первый год после закрытия полигона составило около 20%; в относительно засушливом районе (осадков менее 6 см/год) с более высокими средними температурами, оседание спустя три года после закрытия составило около 3% при глубине полигона 14 -23 м.

В рекультивационный и пострекультивационный периоды наиболее опасно вторичное сжатие, которое может осложняться потерей устойчивости откосов и локальными провалами поверхности [5].

Сложный характер физико-химических и микробиологических процессов в свалочном теле требует соответствующих методов предотвращения опасных и вредных воздействий на человека и окружающую среду. В настоящее время в мировой практике наряду с радикальным методом полной или частичной экскавации свалочных тел используются такие методы восстановления территорий свалок и полигонов ТКО, как активация окислительных процессов в свалочном теле, увлажнение и орошение полигона, предварительной обработки отходов перед захоронением.

Метод экскавации свалочных тел развивается с 90-х годов. Он используется для снижения площади закрытых полигонов, сокращения расходов на закрытие. Используется он и как способ модернизации открытых свалок, неудачно спроектированных или неэффективно функционирующих полигонов, или как способ быстрого начала нового хозяйственного использования территории [6].

Удаление свалочного тела связано также с извлечением вторичных ресурсов. Потенциальной сферой применения извлеченных материалов является дорожное строительство и производство строительных материалов.

Существуют различные варианты экскавации, улучшающие экологическое состояние объекта, сокращающие затраты на эксплуатацию и закрытие полигона:

* выемка или сбор отходов на внешней границе полигона для снижения его площади в сочетании с немедленным размещением, уплотнением и укрытием слоем грунта собранного материала на оставшейся площади;

* выемка всех отходов (особенно при малом размере свалки) и перевозка материалов на соответствующий полигон для ТКО;

* выемка всех материалов, временное складирование вблизи свалки при обеспечении соответствующего экологического контроля, строительство нового полигона на исходном участке в соответствии с санитарными требованиями современных полигонов и захоронение ТБО на новом полигоне;

* выемка материалов, переработка и извлечение регенерируемых материалов, модернизация площадки и захоронение ТБО на новом полигоне.

Как известно, неравномерная осадка оснований является одной из причин деформаций зданий и сооружений. При освоении территорий полигонов, закрытых для приема ТКО, неравномерные оседания весьма вероятны, так как процессы разложения идут непрерывно. Оседание полигона начинается в период эксплуатации полигона в процессе ежедневного уплотнения ТБО и продолжается после его закрытия под действием собственного веса и развивающихся биологических процессов разложения отходов (рис. 1) [8]. Считают, что за 15 - 20 лет происходит снижение общей массы разлагающихся отходов на одну треть. Оседание поверхности, как правило, зависит от технологии складирования и морфологии ТКО. Согласно современным представлениям, механизм оседания свалочного тела включает следующие составляющие: деформацию инертных компонентов отходов (стекло, камни и похожие материалы) в результате механического уплотнения при укладке ТКО, мгновенное сжатие, обусловленное сжимаемостью поровой воды, фильтрационное уплотнение или фильтрационную консолидацию (выжимание воды из пор материала), вторичную консолидацию или ползучесть скелета; разложение органики с образованием биогаза.



Рис.1. Изменение высоты полигона в результате деформации свалочного грунта

t1 - время заполнения одного слоя отходов; t2 - общее время заполнения полигона; t 2 - t3 - технический этап рекультивация.

Выделяют три этапа оседания:

- начальное сжатие, наблюдаемое визуально и зависящее от типа уплотнения, применяемого к отходам.

- первичное сжатие, происходящее после заполнения полигона в течение короткого периода от двух месяцев до двух лет в результате отжатия воды и выделения газа.

- вторичное сжатие, происходящее 10-12 лет в результате биологического разложения.

Основываясь на анализе литературных данных, фазы оседания полигона можно расположить по этапам жизненного цикла в соответствии с таблице 1.



Таблица 1. Механизм оседания на различных этапах жизненного цикла полигона

Этап жизненного цикла	Механизм оседания	Фазы оседания	Продолжительность
Эксплуатационный	Деформация инертных компонентов отходов; мгновенное сжатие	Начальное сжатие	В течение срока эксплуатации
Рекультивационный	Активная метановая фаза фильтрационное уплотнение; вторичная консолидация; разложение органики	Первичное сжатие	От 2 месяцев до 2 лет с момента начала рекультивации
Пострекультивационный (фаза стабильного метаногенеза)	Разложение органики	Вторичное сжатие	До окончания процессов разложения

С точки зрения освоения и использования территорий свалок наиболее опасны процессы связанные с разложением ТКО и образованием биогаза, то есть процессы вторичного сжатия и неравномерная осадка, которая может при этом возникнуть [5].

3. Прогнозирование оседания поверхности полигона ТКО

Прогноз оседания является одной из наиболее важных процедур при проектировании конечной формы полигона, верхнего покрытия, обеспечения устойчивости откосов, систем сбора биогаза и фильтрата, выборе направления рекультивации. Он позволяет выработать предупреждающие технические мероприятия для надежной работы систем дегазации и сбора фильтрата. В процессе хозяйственного освоения территорий оценка величины оседания позволяет применить меры конструктивного характера, предупреждающие влияние неравномерных осадок на эксплуатацию зданий и сооружений.

Скорость оседания поверхности зависит преимущественно от скорости разложения отходов, а значит, от факторов, влияющих на процесс разложения (температура, влажность, плотность укладки отходов, состав питательной среды для микробов, степень сопротивления отходов воздействию микробов и т.д.).

Скорость и величину общего оседания полигона захоронения ТКО трудно прогнозировать, так как они в значительной мере зависят от конкретных параметров полигона и свойств формирующихся при разложении ТКО новообразований.

Осадку полигона нужно рассматривать как некую функцию времени, t; начальной плотности отходов P; мощности полигона M; высоты складирования отходов h; количества образующегося фильтрата Vф, метанового потенциала отходов L0 :

S=f ( t; M; h; P; Vф; L0) (1)

Влияние каждого из этих факторов на различных этапах жизненного цикла неоднозначно. Если представить процесс оседания полигона как сумму оседаний, связанных с процессами уплотнения отходов при укладке Sуп; образования - отжатия фильтрата Sф; осадки, обусловленной процессами образования, сбора и отвода биогаза Sб:

S= Sуп+ Sф,+ Sб (2)

то используя известные методы, можно прогнозировать оседание на каждом из этапов жизненного цикла, учитывая временной фактор и мощность полигона. Модели прогноза оседания поверхности свалочных тел основаны на теории фильтрационной консолидации (с включением вторичного компрессионного периода) и теории наследственной ползучести. Наблюдаемая в лабораторных условиях деформация образцов ТБО соответствовала расчетным данным, полученным на основе уравнения фильтрационной консолидации Terzaghi в виде:



H/H = CR log((Po+P)/Po) + CL1 log(t2/t1) + CL2 log(t3/t2) (3),

где H - начальная толщина слоя отходов; H - осадка; H/H - вертикальная деформация; CR - компрессионное отношение; Po - начальное среднее вертикальное давление; P - среднее приращение вертикального давления; CL1 - индекс промежуточного сжатия; t1 - время окончания начального сжатия, дни; t2 - время окончания промежуточного среднего сжатия, дни; CL2 - индекс вторичного сжатия; t3 - период времени, необходимый для прогнозирования осадки, дни.

Модель прогноза оседания, учитывает уплотнение грунтов при наличии в порах воздуха, когда развитие деформаций во времени обусловлено ползучестью скелета грунта:

St = Ht =H m(t/tr) n (4) ,

Где St -оседание в расчетный момент; H - начальная высота отходов; - сжимающее усилие; m - относительная сжимаемость; n - скорость уплотнения; t - время накопления деформации; tr - время приложения нагрузки.

Некоторые авторы считают, что осадка отходов подобна просадке торфа с большой начальной консолидацией и последующим вторичным сжатием (ползучестью). Предлагается учитывать фильтрационную консолидацию и ползучесть скелета свалочного грунта, аналогично расчетам деформаций торфа:

S(t)=Ho[a+b( 1-e ^-(/b)t )] (5),

где S - оседание, м; Ho - первоначальная высота отходов, м; - давление сжатия, кПа; a - первичная сжимаемость, 1/кПа; b - вторичный параметр сжимаемости, 1/кПа; /b - скорость вторичного сжатия, 1/день; t - время, прошедшее с момента приложения нагрузки, дни.

Исследования, проведенные в полевых условиях, позволили получить также эмпирическое уравнение зависимости осадки St от времени t:

St = 5,7784 log(t) - 19,175 (6),

Однако применимость этой модели к другим полигонам, отличным по морфологическому составу, мощности, природно-климатическим условиям, вызывает большие сомнения.

Таким образом, в мировой практике прогнозирование оседаний поверхности полигонов ТКО построено на теории фильтрационной консолидации и наследственной позучести. Эти модели наиболее достоверны на начальных стадиях жизненного цикла полигона, когда доминируют процессы механического сжатия и фильтрационного уплотнения. В пострекультивационный период прогноз должен отражать биохимические процессы в теле свалки.

Масса биогаза, генерируемого одной тонной отходов, составляет примерно 150-250 кг. Это значит, что около 1/3 - 1/4 начальной массы исчезает из полигона в атмосферу, и вызывает эффект оседания территории. Результаты наблюдений за реальными полигонами, подтверждают эту гипотезу: 1987 году зафиксировали максимальную осадку 35%, 26%, а так же 25%.

Изменение массы отходов в результате процессов образования биогаза следующим образом:

V(t) = VS(t) + Vv(t) = Vi Cm(t)( _ok - u(t)) + Dm(t) _ok (7),

где VS(t) - объемное изменение внутри частицы в зависимости от времени; Vv(t) - объемное изменение внешней части частицы, зависящее от времени; Dm(t) - коэффициент, зависящий от времени; ок - увеличение сдвига; ок - нормальное напряжение; Dm(t) и Сm(t) - коэффициенты, определяемые экспериментально на образцах отходов с различными уровнями разложения (на разных фазах); Сm(t) -коэффициент, рассчитанный по изотропным испытаниям на сжатие;

Недостатком этого подхода является необходимость лабораторных определений входящих в уравнение реологических констант, значения которых не могут быть распространены на другие граничные условия.

Для приблизительной оценки величины оседания на стадии метаногенеза более целесообразно использовать уравнение скорости генерации биогаза.

Предполагая, что объем полигона:

V H * S (8)

где S- площадь полигона, H- высота складирования отходов, выразим оседание ?H через изменение объема за счет образования биогаза:

?Н = (9)

Оседание полигона пропорционально объему биогаза

Q = 2M_t L₀ * (1 - e ^-k)

образующегося, как показано выше, со скоростью

2 L₀ M_t * к - e ^-?k)

где L0 - общий метановый потенциал отходов нм3 /т, Мt - масса захороненных отходов с учетом влажности, т, k - постоянная разложения, год-1 , ?ф - промежуток времени с начала метаногенеза до расчетного момента, годы.

Время, когда const dQ/dt const, соответствует времени освоения полигона, так как осадка в этот период стабилизируется.

Абсолютная осадка полигона в расчетный год, вызванная процессом биоразложения составляет :

? H = 2MkL₀e^kt / S см/год (12)

Общая осадка полигона с учетом процесса биоразложения за время ф составит:

S0=Sуп+Sф+?H (13)

где S уп и Sф - осадки, связанные с процессами уплотнения и выделения фильтрата, то есть фильтрационной консолидации и ползучести.

Для старых свалок и закрытых полигонов ТКО, когда процесс консолидации завершится, достаточно определить осадку, связанную с процессом разложения ТКО на стадии метаногенеза по формуле (12).

Решение задачи совместного учета фильтрационной консолидации и ползучести скелета грунта при прогнозе осадок оснований подробно разработано в механике грунтов в трудах К. Терцаги (1925), Н.М. Герсеванова (1931-1948), В.А. Флорина (1937-1961), Цытовича Н.А.(1941) Далматова Б.И. и др. В приближенных расчетах осадка слоя грунта St мощностью h от действия сплошной нагрузки p с учетом первичной и вторичной консолидации определяется выражением [6]. Осадка для любого момента времени t для случая равномерного распределения уплотняющих давлений определяется по формуле:



St = hm_wp[1- (e^-N + e^-9N) ], (14)

где mw - коэффициент относительной сжимаемости,

N = ( р² c_y / 4h²) t -постоянный множитель.

Общая осадка полигона для любого этапа жизненного цикла полигона составит:

St = hm_wp[1- (e^-N + e^-9N) + 2MkL₀e^kt / S ( 15)

Для определения расчетных параметров сжимаемости грунтов разработаны различные методы полевых и лабораторных испытаний, которые носят нормативный характер и должны использоваться при определении реологических характеристик свалочных новообразований.

Следует различать абсолютную величину осадки и разность осадок отдельных участков полигона. Равномерная осадка поверхности полигона как инженерного сооружения не представляет опасности, в то время как разность осадок, даже незначительная, может существенно повлиять на работу систем дегазации, сбора фильтрата, целостности экранов, состояния поверхности, стать причиной развития эрозии почвы, нарушения устойчивости откосов и наконец, повлиять на долговечность зданий и сооружений, возведенных на свалочных грунтах. Поэтому величина неравномерности оседания поверхности, вызванного процессами консолидации и биоразложения, не должна превышать некоторых предельно допустимых величин.

Нормирование величины неравномерности оседания целесообразно вести по предельно-допустимым осадкам, значения которых определяются в зависимости от конструкции полигона и формы отвала.

Для полигонов ТКО, оборудованных системами сбора и отвода фильтрата, дегазации, при определении предельно-допустимых осадок необходимо исходить из условия нормальной эксплуатации сооружения, то есть предельно-допустимых деформаций систем коммуникаций.

При неравномерных осадках свалочных грунтов до 20 см для систем сбора и отвода фильтрата, горизонтальных систем дегазации можно применять железобетонные безнапорные, керамические и полиэтиленовые трубы; свыше 20 см - железобетонные напорные, керамические и полиэтиленовые трубы.

Стыковые соединения труб должны быть податливыми за счет применения эластичных заделок.

При возможной просадке от собственной массы грунта свыше 10 см условие, при котором сохраняется герметичность безнапорного трубопровода вследствие горизонтальных перемещений грунта, определяется выражением

lim k s ,

где lim - допустимая осевая компенсационная способность стыкового соединения труб, см, принимаемая равной половине глубины щели раструбных труб или длины муфты стыковых соединений;

k - необходимая из условия воздействия горизонтальных перемещений грунта, возникающих при просадках его от собственной массы, компенсационная способность стыкового соединения;

s - величина оставляемого при строительстве зазора между концами труб в стыке, принимаемая равной 1 см.

При отвальном или откосном захоронении необходимо проводить дополнительно расчет устойчивости откосов по СНиП 2.06.15-85. Инженерная защита территории от затопления и подтопления] из условия:

Кst ? [Kst] (16)

где Kst - коэффициент устойчивости откоса.

Нормативное значение [KST] принимается в этом случае равным не менее 1,2 с учетом требований СниП 2.01.07-85 « Нагрузки и воздействия» и других нормативных документов.

Свалочный материал полигонов ТКО, необорудованных инженерными сетями, закрытых 20 и более лет назад независимо от их геометрической формы, можно рассматривать как техногенный грунт, к которому предъявляются требования, как к грунтовому основанию в соответствии со СНиП 11-102-97 Инженерно-экологические изыскания для строительства. Устойчивость откосов обеспечивается выбором уклонов поверхности, соответствующих направлению рекультивации, согласно из условия (16).

При освоении рекультивированной территории под строительство зданий и сооружений предельные значения совместной деформации основания и сооружения устанавливаются исходя из необходимости соблюдения технологических или архитектурных требований к деформации сооружения и требований к прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций, включая общую устойчивость сооружения. [СНиП 2.02.01-83] Большую роль в предупреждении и регулировании оседания поверхности полигонов играют различные методы управления метаногенезом [5].

4. Примеры использования полигонов

Захоронение -- самый распространенный сегодня в России способ ликвидации отходов, поэтому рано или поздно территории, где скапливается мусор, начинают превращаться в серьезную проблему. 

Между тем зарубежный опыт свидетельствует, что при помощи специальных технологий экологическую обстановку на территориях бывших свалок можно успешно восстановить. Сведя к нулю негативное воздействие захороненного мусора, их можно успешно превращать, например, в зеленые парки или спортивные объекты. Этот способ рекультивации мусорных полигонов в последнее время набирает популярность во всем мире.

Один из самых известных проектов -- создание парка Freshkills на острове Статен-Айленд в Нью-Йорке. Когда-то здесь располагалась самая крупная в мире свалка. Она функционировала больше 50 лет -- с 1948 по 2001 год, когда сюда в последний раз вывезли отходы. Сегодня ее превращают в крупнейший в мегаполисе парк с многочисленными детскими и спортивными площадками, а также разнообразными возможностями для прогулок, катания на велосипеде, верховой езды и даже каякинга. Работы по рекультивации пока продолжаются, окончательно завершить их планируется в 30-х годах. В окончательном виде Freshkills будет в три раза больше Центрального парка Нью-Йорка. А пока территория открывается для посетителей поэтапно. Например, уже завершены работы в парке с полями для гандбола и баскетбола, а также красочной детской площадкой с оборудованием для подвижных игр. Позже посетителей приняли футбольные поля. В 2015 году вдоль восточной окраины парка открылась велосипедная дорога. Поскольку Freshkills -- бывшая свалка, главное для руководства парка -- обеспечить здоровье и безопасность его посетителей. Слой мусора покрывает непроницаемая пластиковая прокладка и восемь дополнительных слоев барьерного материала. Все это разделяет землю, по которой ходят люди, и находящийся под ней полигон. Внутри установлены системы для отвода свалочного газа и побочных продуктов. Некоторые из них видны, но большая часть обширной сети трубопроводов и дренажных каналов незаметна для посетителей. На территории парка действует строгий экологический контроль -- качество воздуха, воды и почвы постоянно проверяется. За этим следят как федеральные, так и местные власти.

Еще одним примером удачной рекультивации бывшей свалки стал парк Kumparepuisto в городе Котка в Финляндии. Сегодня это зеленый парк для отдыха площадью около 6 га, а некогда -- мусорный полигон.

После проведения необходимых работ его превратили в благоустроенную зону, где созданы условия для отдыха на свежем воздухе в любое время года. Зимой здесь можно покататься на лыжах или санках, а летом погулять, поиграть в активные игры с детьми или устроить пикник. Превратить свалку в благоустроенный парк удалось после проведения работ по формированию ландшафта, для которых потребовалось около миллиона кубометров грунта.  

На мусорном кургане расположился и знаменитый парк Mount Trashmore в американской Вирджинии. Две его горы созданы путем уплотнения слоев мусора и покрытия их чистым грунтом. Сегодня здесь есть два озера, игровые площадки и скейтпарк. Mount Trashmore привлекает более миллиона посетителей в год.

На месте бывшей свалки находится и нью-йоркский парк Flushing Meadows, где проходят соревнования по теннису US Open. А остров Пулау Семакау в Сингапуре и сейчас -- мусорный полигон, что не мешает ему функционировать в качестве заповедника коралловых рифов и мангровых зарослей.

Подобные проекты реализуются и в России. Например, на месте бывшей московской свалки в пойме реки Сетунь разместилось первое в России поле для гольфа.

Сейчас превращение в зеленую зону уже ждет полигон твердых бытовых отходов Саларьево. Столичные власти приняли решение о его рекультивации в прошлом году. Пока что полигон площадью 59 га законсервирован. В 2009 году его спрятали под специальное полотно, которое исключает выход продуктов разложения на поверхность. Затем его заново обследуют, укрепят склоны и почистят, а в будущем разобьют зеленый парк. Разработчики уверяют, что при качественной рекультивации "волнующий многих холм, с которого открываются прекрасные виды на Москву, перестанет быть источником нелестных отзывов и обретет новую, экологически чистую жизнь". 

Ранее сообщалось, что крупная парковая зона должна появиться и на месте другого полигона ТБО -- в Некрасовке. А на территории того же Балашихинского округа, где расположена кучинская свалка, уже действует горнолыжный спуск. Комплекс "Лисья гора" тоже создан из бывшего полигона ТБО, работавшего в 1980-х годах [9].

5. Мероприятия по управлению оседанием свалочного тела и уменьшению его влияния на устойчивость зданий и сооружений

Проблема неравномерного оседания территории полигона относительно нова, так как опыт застройки старых свалок пока невелик. При строительстве Westport Office Park для предотвращения подобной проблемы свалочное тело «прорезали» сваями до несущих прочных пород [5]. В Австрии использовали метод SOLFRAK, который заключается в обработке грунта различными упрочняющими материалами: цементом, бентонитом, наполнителем типа известняковой муки. Такая техника позволила компенсировать неравномерное оседание основания под зданиями, расположенными на старом полигоне в Филдбахе.

Из теории фильтрационной консолидации известно, что при наличии дренирующего слоя консолидация происходит за счет отжатия поровой воды в дренирующий слой. В качестве дренирующего слоя используются среднезернистые и крупнозернистые пески, щебень, гравий. Под действием внешней нагрузки происходит отжатие поровой воды и процесс консолидации водонасыщенных слабых грунтов значительно ускоряется. В этой связи наличие в основании полигона противофильтрационного экрана, элементом которого является дренирующий слой из песка толщиной 0,4- 0,5м, играет важную роль не только в снижении воздействия фильтрата на объекты гидросферы, но и в управлении оседанием полигона [7] и дальнейшим его народно-хозяйственным использованием.

Для старых закрытых обводненных полигонов, не имеющих конструктивных элементов в основании и непроницаемого изолирующего верхнего покрытия для сокращения времени уплотнения могут применяться вертикальные дрены, а для полигонов глубиной 6-7м - дренажные траншеи. Эту функцию могут выполнять соответствующие системы пассивной дегазации.

Для проектируемых полигонов наличие системы активной дегазации в виде вертикальных и горизонтальных газодренажных систем гарантирует ускорение процессов консолидации, способствует равномерному оседанию тела полигона.

Снижение массы биоразлагемого углерода способствует значительному уменьшению вторичного сжатия тела отходов, что позволяет пренебречь этой величиной в расчетах и рассматривать процесс оседания свалочных новообразований на модели фильтрационной консолидации. Это имеет большое значение, так как позволяет использовать хорошо известные методы расчета оснований и фундаментов и расширяет возможности широкого строительного освоения таких территорий.

В период стабильного затухающего метаногенеза отходов, не подвергнутых претритменту, когда процессы консолидации завершены, влияние вторичного сжатия и неравномерного оседания можно уменьшить путем планировочных и конструктивных мероприятий. В первую очередь необходимо провести инженерно-геологические изыскания, определить стадию метаногенеза, а затем, если это экономически целесообразно, провести мероприятия по преобразованию свалочных грунтов в надежное основание.

Преобразование массива ТКО в грунтовое основание достигается:

- уплотнением грунтов (трамбованием тяжелыми трамбовками, устройством грунтовых свай, вытрамбовыванием котлованов под фундаменты.)

- устройством под ленточными фундаментами подушек из песка, гравия, щебня и т.п.;

- закреплением грунтов (химическим, электрохимическим, буросмесительным, термическим и другими способами);

- армированием грунта (введением специальных пленок, сеток и т.п.). При строительстве на территориях старых свалок и полигонов гражданских зданий, если расчетная осадка зданий и сооружений превышает предельную, должны применяться меры архитектурно-строительного характера и конструктивные мероприятия, уменьшающие чувствительность сооружений к деформациям основания [2].

К ним относятся:

? рациональная компоновка сооружения в плане и по высоте;

? повышение прочности и пространственной жесткости сооружений, путем усиления конструкций фундаментно-подвальной части, в соответствии с результатами расчета сооружения во взаимодействии с основанием, введением дополнительных связей в каркасных конструкциях, устройством железобетонных или армокаменных поясов, разрезкой сооружений на отсеки и т.п.;

? увеличение податливости сооружений (если это позволяют технологические требования) за счет применения гибких или разрезных конструкций. Основным мероприятием, уменьшающим влияние неравномерности оседания поверхности и обеспечивающим общую устойчивость зданий, является разделение крупного объема на самостоятельные в строительной части сравнительно небольшие отсеки. Из экономических соображений автономные отсеки здания должны быть простой прямоугольной формы без уступов в плане и по высоте.

Таким образом, мероприятия по управлению оседанием свалочного тела можно разделить на две взаимосвязанные группы :

1) мероприятия, связанные с регулированием свойств массива депонированных ТКО: снижение количества биоразлагаемого углерода путем МБО, сбор и отвод фильтрата, дегазация полигона;

2) меры архитектурно-строительного характера, предупреждающие осадку и уменьшающие усилия в зданиях при взаимодействии с основанием из насыпных техногенных грунтов.

Проведение мероприятий, регулирующих свойства массива ТКО, позволяет значительно сократить стоимость и сложность требуемых архитектурно-строительных мероприятий при строительном освоении этих территорий и наоборот.

В Российской литературе способы укрепления свалочных грунтов не описаны, однако широко известен огромный вклад русских ученых Герсеванова Н.М., Флорина. В.А., Соколовского В.В., Цытовича Н.А., Крылова А.Н., Васильева Б.Д., Долматова Б.И. и др. в становление механики грунтов, исследования совместной работы сооружений и сжимаемых грунтов, теорию и практику строительства и эксплуатации зданий и сооружений на просадочных, лессовых, неравномерно-сжимаемых слабых глинистых грунтах. Так известковые сваи применяют для уплотнения слабых водонасыщенных и заторфованых грунтов. Для закрепления грунтов, обладающих значительной водопроницаемостью (несвязные, макропористые лессовые и трещиновато-скальные грунты) используются инъекционные химические методы: силикатизация, цементация, смолизация. Глинистые водонасыщенные грунты со степенью влажности близкой или равной 1 укрепляются с помощью электрического тока (электроосмос и электрофорез, электрохимическое закрепление). При закреплении глинистых грунтов с коэффициентом фильтрации менее 6*10-6 см/с и числом пластичности Ip > 5 электрохимический способ применяется без каких-либо добавок. При больших коэффициентах фильтрации применяется электросиликатизация. Грунты с коэффициентом фильтрации менее 1*10-5 см/с рекомендуется закреплять с использованием электролитов (например, СаСl2), вводимых в грунт через аноды.

Таким образом, проблема выбора метода укрепления свалочных грунтов есть проблема идентификации свалочного грунта, достоверности определения его физико-механических свойств и соотнесения их с 15 имеющимися классификациями. Все эти вопросы могут решаться на основе диагностики свалочного тела.

Таким образом, на основе анализа литературы, мирового опыта эксплуатации полигонов ТКО и проведенных исследований определена взаимосвязь потенциала полигона по биогазу, методов управления метаногенезом и направлений рекультивации. Разработаны основные принципы и критерии выбора систем дегазации.

Комплекс технико-экологических мероприятий, включающий научно-методические основы диагностики свалочных тел, принципы управления метаногенезом и оседанием свалочного тела, позволяет реализовать соответствующую стратегию развития полигона, осуществить рациональный выбор направлений рекультивации и хозяйственного освоения, определить мероприятия по обеспечению безопасности [5].



Заключение

полигон окружающий вредный среда

Инженерно-техническая опасность связана с процессами оседания поверхности свалки и дифференцированной просадки отдельных участков тела полигона, возникающей вследствие нарушений устойчивости откосов полигона, обвалов, пустотообразований и т.п. Это приводит к развитию эрозии почвенного покрова, нарушению работы систем сбора фильтрата и дегазации.

Оседание полигона начинается в период эксплуатации в процессе ежедневного уплотнения ТКО, и продолжается после его закрытия под действием собственного веса и развивающихся биологических процессов разложения отходов. Скорость и масштаб оседания неоднородны и зависят от морфологии ТКО, степени их уплотнения в период укладки, типа грунтов, используемых для ежедневной засыпки и устройства окончательного покрытия, веса и конструктивных особенностей покрытия.

В результате процессов разложения в условиях оптимального метаногенеза возможно оседание на 40%, в промышленно развитых странах оно варьирует от 1 до 20%, составляя в большинстве случаев 10 - 15%.

Наибольшее оседание свалочного тела происходит в течение первых 12 лет после закрытия свалки. Сокращение массы полигона, сопровождающееся оседанием, происходит в течение нескольких десятилетий. Имеется сообщение о том, что скорость просадки некоторых полигонов была наивысшей в течение первых трех месяцев после закрытия, а затем низкой и относительно равномерной, при этом 90% оседания произошло в течение первого года.

На скорость оседания оказывают существенное влияние высота складирования отходов и годовое количество осадков. Оседание полигона глубиной 6 м, расположенного в районе умеренных осадков (осадков более 11см/год) и умеренных температур, в первый год после закрытия полигона составило около 20%; в относительно засушливом районе (осадков менее 6 см/год) с более высокими средними температурами, оседание спустя три года после закрытия составило около 3% при глубине полигона 14 -23 м.

В рекультивационный и пострекультивационный периоды наиболее опасно вторичное сжатие, которое может осложняться потерей устойчивости откосов и локальными провалами поверхности.

Сложный характер физико-химических и микробиологических процессов в свалочном теле требует соответствующих методов предотвращения опасных и вредных воздействий на человека и окружающую среду. В настоящее время в мировой практике наряду с радикальным методом полной или частичной экскавации свалочных тел используются такие методы восстановления территорий свалок и полигонов ТКО, как активация окислительных процессов в свалочном теле, увлажнение и орошение полигона, предварительной обработки отходов перед захоронением.



Список литературы

1.Вайсман Я.И. Процессы, протекающие на полигонах ТБО [Текст] / Вайсман Я.И., Рудакова Л.В., Жилинская Я.Т. // Твердые бытовые отходы. 2008. № 1. С. 14-19.\

2.Вайсман Я.И., Коротаев В.Н., Петров В.Ю. Управление отходами. Захоронение твердых бытовых отходов: учеб. пособие / Перм. гос. техн.ун-т. Пермь, 2001. -133 с

3.Загорская Ю.М. Изучение состава отходов массива полигона ТБО [Текст] / Ю.М. Загорская, Н.Н. Слюсарь, С.В. Паршакова, Ю.В. Завизион // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. 2013. № 4. С. 144-154.

4.Маслов В.С. Опыт проектирования и рекультивации полигонов депонирования ТБО [Текст] / В.С. Маслов // Чистый город. 2010. № 3. С. 15-21.

5.Максимова С.В. Экологические основы освоения территорий закрытых свалок и полигонов захоронения твердых бытовых отходов. Дис. док-ра технических наук. Пермь, 2004.

6.Митчелл Дж. Цифровые модели рельефа, созданные по данным спутниковой стереосъемки и лазерного сканирования: сравнительный анализ [Текст] / Дж. Митчелл // Геоматика. - 2010. - № 4 (9). - С. 54-5

7.Михайлов Е.В. Анализ структуры и состояния полигонов и свалок твердых бытовых отходов. Хемометрический подход, геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология [Текст] / Е. В. Михайлов, О. Е. Родионова, А. Л. Померанцев. - М. : Наука, 2009. - С. 143-153.

8.Щербина Е.В. Концепция геоэкологического проектирования полигонов захоронения отходов [Текст] / Щербина Е.В. // Сергеевские чтения. 2005. № 7. С. 55.

Размещено на Allbest.ru