Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Дегазация и рекультивация земель, нарушенных свалками и полигонами твердых бытовых отходов

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Кудинов, Владимир Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭМИССШ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В МЕСТАХ ЗАХОРОНЕНИЯ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ НА КОМПОНЕНТЫ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ.

1.1.Существующее положение в системе переработки и обезвреживания твердых бытовых отходов.

1.2.Теоретические особенности эмиссии загрязняющих веществ при складировании ТБО на свалках и полигонах.

1.2.1 .Загрязнение подземных вод.

1.2.2.3агрязнение атмосферы.

1.2.3.Разложение органического вещества в свалочных грунтах.

1.3.Существующая теоретическая оценка потенциальных запасов биогаза.

1 АСуществующие методы рекультивации полигонов, свалок.

1.5.Экологическая оценка складирования твердых бытовых отходов на полигонах Московской области.

ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ.

2.ТЕ0РЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОБРАЗОВАНИЯ

БИОГАЗА НА ПОЛИГОНАХ ТБО.

3.МЕТОДИК А ПРОВЕДЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 .Выбор направления исследований в лабораторных условиях.

3.2.Методика газохимического исследования в лабораторных условиях.

3.2.1.Методика определения физико-химических свойств ТБО.

3.2.2. Методика определения газового состава биогаза.:.

3.2.3. Определение интенсивности разложения

C^ в зависимости от времени.

3.2.4.0пределение зависимости выхода биогаза от влажностного и температурного режимов.

ВЫВОДЫ ПО ЛАБОРАТОРНЫМ ИССЛЕДОВАНИЯМ.

4.ПОЛЕВЫЕ ГАЗОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1 .Методика полевых газохимических исследований.

4.2.Анализ газового поля полигона.

4.2.1 .Анализ метанового поля.

4.2.2. Анализ поля диоксида углерода.

4.2.3.Анализ поля оксида углерода.

4.2.4.Анализ поля молекулярного водорода.

4.2.5.Анализ полей индивидуальных газовых компонентов.

4.2.6.Анализ взрывопожароопасности на территории полигона.

4.2.7. Токсикологические характеристики компонентов биогаза.

4.2.8.Морфология свалочного грунта.

ВЫВОДЫ ПО ПОЛЕВЫМ ГАЗОХИМИЧЕСКИМ ИССЛЕДОВАНИЯХ.

5. математическая модель оценки удельного выхода биогаза. методика расчета количественных характеристик выброса загрязняющих веществ в атмосферный воздух с поверхности свалок и полигонов тбо.:.юо

6. инженерно-технические методы дегазации свалок и полигонов.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Дегазация и рекультивация земель, нарушенных свалками и полигонами твердых бытовых отходов"

Актуальность работы. Накопление твердых бытовых отходов (ТБО) в РФ в 2000 году составило около 30 млн. т. С учетом увеличения удельных норм накопления ТБО прогнозируется их рост к 2010 году до 35 млн. т. в год. Около 98% этих отходов вывозятся из городов и поселков городского типа на свалки и полигоны, занимающие в стране свыше 40 тыс. га нарушенных земель. Кроме того, около 50 тыс. га нарушенных земель составляет площадь закрытых свалок и полигонов. Ежегодно для размещения новых полигонов отчуждают около 1 тыс. га полезных земель включая и сельскохозяйственные. В соответствии с федеральным законом РФ от 24.06.1998г. № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления», под объектом размещения отходов подразумевается специально оборудованное сооружение, предназначенное для размещения отходов (полигон, хвостохранилище и др.).

Однако из всего количества действующих в настоящее время полигонов только около 8% отвечают санитарным требованиям, остальные -представляют собой значительную эпидемиологическую опасность, нарушают ландшафт и являются источниками распространения загрязняющих веществ.

В зоне влияния свалок, полигонов существует три вида загрязнений -химическое, микробиологическое, тепловое. Первое обусловлено поступлением со свалки в окружающую среду химических соединений. Микробиологическое загрязнение связано с поступлением патогенной микрофлоры из твердых бытовых отходов в почву, грунтовые воды. Тепловое загрязнение обусловлено изменением геологической среды в результате биотермического разложения органической составляющей твердых бытовых отходов, а также при их возгорании.

Наиболее важным аспектом негативного воздействия свалок и полигонов захоронения твердых бытовых отходов, на окружающую среду является биогаз.

Не управляемый процесс распространения биогаза в окружающую среду вызывает ряд негативных эффектов как локального, так и глобального характера. Например, при накоплении в определенных концентрациях биогаз создает взрьюо - пожароопасные ситуации как непосредственно на свалках и полигонах, так и в зданиях и сооружениях расположенных в непосредственной близости от мест захоронения ТБО. Кроме того биогаз накапливаясь в приземном слое атмосферы в значительных концентрациях, вызывает эффект отравления у эксплуатационного персонала, а при насыщении биогазом порового пространства почвы, наблюдается угнетение растений на прилегающих к свалкам и полигонам землях. Биогаз относят к числу так называемым «парниковым газам», вызывающим глобальные изменения климата на Земле.

В материалах конференции ООН по окружающей среде и развитию современного общества (Рио-де-Жанейро, июнь 1992 года) указывается на углубление понимания всей совокупности процессов (физических, химических, геологических, биологических и др.), воздействующих на атмосферный воздух земли. Поэтому решения по дегазации «старых» свалок, закрытых и эксплуатируемых полигонов захоронения твердых бытовых отходов с применением организованных методов управления выходом биогаза за период его активной стабилизированной генерации актуальны, своевременны и имеют большое практическое значение, как в местном, региональном и глобальном масштабах.

Цель и задачи исследований. Целью работы является обоснование и разработка методов дегазации свалок и полигонов захоронения ТБО, обеспечивающих экологическую и взрыво- пожарную их безопасность.

Достижение поставленной цели связанно с решением целого ряда новых задач, включающих:

1. Анализ воздействия свалок и полигонов захоронения твердых бытовых отходов на окружающую среду с выявлением приоритетного компонента;

2. Исследование процесса образования биогаза и его эмиссии из толщи свалочного тела в лабораторных и полевых условиях;

3. Разработку математической модели оценки удельного выхода биогаза за период его активной генерации;

4. Разработка методики расчета эмиссии биогаза с поверхности свалок и полигонов захоронения твердых бытовых отходов.

Научная новизна. В результате выполненных многолетних исследований в рамках сформулированной цели и решения задач:

- определенны временные периоды фазового образования биогаза в свалочном теле и его эмиссии с поверхности свалок и полигонов ТБО;

- выявлены закономерности и установлена зависимость выхода биогаза от влажностного, температурного режимов и содержания в свалочном материале органических составляющих;

- разработана математическая модель расчета удельного выхода биогаза за период его активной генерации с учетом физико-химических процессов распада органического вещества ТБО;

- разработана и экспериментально обоснованна методика расчета количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в составе биогаза в атмосферный воздух в местах размещения свалок и полигонов ТБО;

- предложены методы обоснования решений по дегазации свалок и полигонов ТБО.

Методика исследований. Исследования проводились на основе анализа ранее опубликованных работ выполненных другими авторами, проведения теоретических, лабораторных и полевых опытов с использованием аппарата математической статистики при обработке результатов опытов. При проведении лабораторных работ и полевых опытов использовались стандартные методики и теория планирования эксперимента. Объектом исследования являлись свалки и полигоны захоронения ТБО.

На защиту выносятся следующие положения диссертации:

1. Математическая модель оценки удельного выхода биогаза из толщи отходов за период его активной генерации и результаты экспериментальных исследований, обосновывающие эту модель;

2. Методика расчета количественных характеристик выброса загрязняющих веществ в атмосферный воздух с поверхности свалок и полигонов ТБО;

3. Инженерно-технические и технологические методы дегазации и рекультивации свалок и полигонов.

Практическая значимость и использование полученных результатов.

Главные положения выработанного научно-методического подхода к решению вопросов дегазации свалок и полигонов захоронения ТБО использованы при:

- разработке нормативных документов «Методические указания по расчету количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых отходов. (Утверждены комитетом Мособлкомприрода, № 9/ 583 от 28.08.1996г.) и «Правила по организации складирования тюков прессованных отходов на высоконагружаемых полигонах (Утверждены центром Госсанэпиднадзора Московской области. № 1879-5 от 01.12.1998г.);

- разработке рабочих проектов «Рекультивация свалки № 3 г. Тольятти» (Проект утвержден18.01.1998г) и «Рекультивация полигона ТБО «Щербинка» (Проект утвержден 29.03.95г.).

Апробация работы. Основные положения работы были доложены и обсуждены на пленуме Межведомственного научного совета по экологии и гигиене человека и охране окружающей среды Российской Федерации «Методические проблемы гигиенической оценки опасности отходов и продуктов их утилизации» (Москва 5.03.1997г.), втором Международном конгрессе по управлению отходами (Москва 5-8 июня 2001г.). По теме диссертационной работы опубликованы 6 печатных работ.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Кудинов, Владимир Николаевич

5. Основные результаты выполненных исследований были использованы при осуществлении рекультивации полигона ТБО «Щербинка» методом «пассивной» дегазации.

6. Разработаны инженерно-технические методы дегазации свалок и полигонов ТБО, выполненных по «пассивной» и «активной» технологиям и реализованные в конкретных проектах.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора:

1. Абрамов Н.Ф., Кудинов В.Н. ,Проскуряков В.Н. Технологический регламент получения биогаза с полигонов твердых бытовых отходов. М:. ОНТИ Академия коммунального хозяйства им. Панфилова (АКХ), 1995г.

2. Абрамов Н.Ф., Кудинов В.Н., Санников Э.С. Терловский П.М. Методические указания по расчету количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых отходов. М.ОНТИ АКХ1999г.

3. Абрамов Н.Ф., Кудинов В.Н. Правила по организации складирования тюков прессованных отходов на высоконагружаемых полигонах ТБО. М.: ОНТИ АКХ, 1999г.

4. Абрамов Н.Ф., Кудинов В.Н. Сметанин В.И., Соколов А.Д., Соломина О.И. Переработка и утилизация отходов зеленых насаждений городов./ "Чистый город" № 14. М.2001г., с. 13. 19

5. Кудинов В.Н. Технология рекультивации закрытых свалок с переработкой свалочного грунта. Тез. Докладов 2-го Международного конгресса по управлению отходами. М.: ЗАО фирма «СИБИКО Интернэшнл» 2001г., с. 153. 154.

6. Кудинов В.Н. Математическая модель оценки удельного выхода биогаза за период его активной генерации. «Мелиорация и водное хозяйство», (в печати).

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Кудинов, Владимир Николаевич, Москва

1. Абрамов Н.Ф., Кудинов В.Н., Санников Э.С., Терловский П.М. Методические указания по расчету количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых отходов. М. 1999г.

2. Абрамов Н.Ф., Кудинов В.Н. Правила по организации складирования тюков прессованных отходов на высоконагружаемых полигонах ТБО. М. 1999г.

3. Абрамов Н.Ф. Кудинов В.Н., Проскуряков В.Н. Технологический регламент получения биогаза с полигонов твердых бытовых отходов. М. 1995г.

4. Абрамов Н.Ф., Разнощик В.В., Защита грунтовых вод на полигонах для твердых бытовых отходов. Научные труды АКХ., М., 1993г.

5. Адлер Ю.П., Марков Е.В., Грановский Ю.В. Планирования эксперимента при проекте оптимальных условий». М., «Наука», 1976г.

6. Александровская З.И., Букреев Е.М., Медведев Я.В., Юскевич Н.Н. Благоустройство городов. М.,Стройиздат, 1988г.

7. Базовые нормативы платы за выбросы, сбросы загрязняющих веществ в окружающую природную среду и размещение отходов. Коэффициенты, учитывающие экологические факторы. М., Мин. Природа России., 1993г.

8. Дейнер Н., Смит Г. Прикладной регрессивный анализ. Москва, «Финансы и статистика», 1986г.

9. Букреев Е.М., Левин Б.И., Прохоров А.Н. Современные методы сбора, удаления и утилизации твердых бытовых отходов в США. М. ЦБНТИ Минжилкомхоза РСФСР, 1985г.

10. Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов. М. Стройиздат, 1996г.

11. Инструкция по проектированию и строительству противофильтрационных устройств искусственных водоемов из полиэтиленовой пленки. Госстрой ССР . М. Стройиздат., 1993г.

12. Инструкция по методике и планированию использования отходов жилищно-коммунального хозяйства. М. ОНТИ АКХ, 1990 г.

13. Ковалев А.А. Биогазные установки России. «Чистый город». № 2, 2002г. 39-41 с.

14. Кудинов В.Н. Технология рекультивации закрытых свалок с переработкой свалочного грунта. Тез. Доклада 2-го Международного конгресса по управлению отходами, Москва. 2001г. стр. 153-154.

15. Левин Б.И. Использование твердых бытовых отходов в системах энергоснабжения. М. Энергоиздат. 1992г.

16. Методика исследования свойств твердых отбросов. М. Стройиздат, 1990г.

17. Мирный А.Н. Прессование твердых бытовых отходов. М. ГОСИНТИ, 1988г.

18. Мирный А.Н.Критерии выбора технологии обезвреживания и переработки ТБО. "«истый город"» № 1, 1998г., с. 8-15

19. Мирный А.Н.Современные методы обезвреживания и утилизации твердых бытовых отходов. ЖКХ. № 4, 1994 г., с. 24-26.

20. Мирный А.Н., Абрамов Н.Ф., Никогосов Х.Н. санитарная очистка и уборка населенных мест. Справочник М. АКХ. 1997г.

21. Мирный А.Н., скворцов Л.С. Концепции обращения с твердыми бытовыми отходами в Российской Федерации. Экология и промышленность России, № 4, 1997г., 41-45 с.

22. Обезвреживание и переработка городских отходов. Науч. Труды АКХ. М, 1989г.

23. Обезвреживание, переработка и использование твердых бытовых отходов. Науч. Труды АКХ. М. 1985г.

24. Оуэн О.С. Охрана природных ресурсов. Пер. с анг. М. Колос. 1987г.

25. Охрана окружающей среды. Под редакцией Белова С.В. М. «Высшая школа». 1991 г.

26. Патент США. № 3774555. Кл. 110-8. 1973г.

27. Правила санитарного содержания территорий населенных мест. М. Стройиздат. 1980г.

28. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде. Справ. Пособие. Л. Химия. 1985г.

29. Промышленные и полевые методы обезвреживания и переработки городских отходов. Науч. Труды АКХ . М. 1990г.

30. Пособие по проектированию полигонов по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов (КСНиП 2.01.28-85), Москва, 1990г.

31. Разнощик В.В. Проектирование и эксплуатация полигонов для твердых бытовых отходов. М. Стройиздат, 1991г.

32. Разнощик В.В. Рекультивация территорий закрытых полигонов твердых бытовых отходов в больших городах. МПЩТИ. 1985г.

33. Рекомендации по определению норм накопления твердых бытовых отходов для городов РСФСР. М. ОНТИ АКХ. 1992г.

34. Рекомендации по условиям приема слаботоксичных промышленных отходов на полигоны (усовершенствованные свалки) твердых бытовых отходов. М. ОНТИ АКХ. 1987г.

35. Рекомендации по использованию компоста под древесно-кустарниковые растения. М. ОНТИ АКХ. 1987г.

36. Руководство по организации строительного производства в условиях северной зоны. М. Стройиздат, 1998г.

37. Русаков В.Н., Абрамов Н.Ф. Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов. СаНП и Н 2.1.7.722-98. М. 1999г.

38. Санитарная очистка городов от твердых бытовых отходов. Под ред. З.И. Александровской. М.Стройиздат. 1987г.

39. Санитарная очистка городов и охрана окружающей среды. Науч. Труды АКХ. М. 1998г.

40. Сбор и удаление твердых бытовых отходов. Науч.труды АКХ. МЛ 992г.

41. Справочник. Санитарная очистка и уборка населенных мест. Под ред. А.Н.Мирного. АКХ.М. 1997г.

42. Систер В.Г., Мирный А.Н., Скворцов JI.C., Абрамов Н.Ф., Никогосов Х.Н. Твердые бытовые отходы. АКХ. М.2001 г.

43. Справочник проектировщика. Промышленный транспорт. Т 2/под ред. А.С. Гельмана 2-е изд. С. Стройиздат, 1982г

44. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Под ред. Ю.Я. Велли и др. JI. Стройиздат, 1987г.

45. Телеченко В.И., Щербина Е.В., Абрамов Н.Ф. Методические рекомендации «Проектирование, строительство, рекультивация полигонов хранения ТБО. МГС9.2001г.

46. Технические условия на компост, вырабатываемый на мусороперерабатывающих заводах, и на его применение. М. ОНТИ АКХ. 1996г.

47. Утилизация твердых отходов. Пер. с англ. В 2т/под ред. Д. Вильсона. СМ. Стройиздат. 1995г.

48. Улицкий В.А. Абрамов Н.Ф. Терминологический словарь по отходам. Природа. М. 2000г.

49. Proc. 14-th, World Energy Eng. Congr. And Environ. Eng. Congr., Atlanta, Ga, Oct. 23-25,1991-Atlanta (Ga), 1992, c. 317-32160. "GWF. Gas/Erdsas", 1987,128, №11-12, c. 573-57861. "Chemical Engineering", 1984, 91, №26, с/ 22-23,25

50. Ж. "Природа", Москва, 1995, №6, с.23-24

51. Патент № 2068812, Россия, МКИ6, С 02 F11|02

52. Techo ambiente, 1995, №47, с. 43-44

53. ISWA Yearbook 95/96, c/108

54. Заявка Германии, № 19506804, МКИ6 F 23 G 7/08

55. I-sza Miedzynar, konf. "Paliwa odpadow 97", Ustron. 15-17 pazdz., 1997, Warczawf, 1997, с/9

56. Baust. Recycl. + Deponitechn, 1996, №12,12, с/ 62-6386. "Ziegelindustrie International", 1986, Bd. 39, №2, с/ 73-7587. "Landfilling", Depart. Of Water Resources Engineering, Lund inst. Of technology/Lund University, 1994, с/ 93-11

57. Erste umweltgerechte Deponue Leipzig/ BW: Bauwirtschaft. 1993/47, № 11, S.34

58. Erstman in Deutschland: Hochleistugs biologie und Aktivkohle reinigen gqbtechnisch Deponie Sickewasser/VB Kraftwerkstechn. 1994. 74, №2. S.160-170

59. Fuchsberger M. Henogl O. Schonsterin K. Sanitrung einer kommunales miilldeponie / Entsorg. Ртах. 1993. №12. S. 20,22,24

60. Gould J.P., Pohland F.G., Gross W.H. Mobilization and retention of merairy and lead from particulates codisposed with municipal solid wastes / Particul. Sci. And Technjl. 1988.6, №4 P. 381-392

61. Greunig H. Sickerwasseraufbereitung durch UVOxidation mit Ozon/ Abfallwir. J. 1994.6, №3.P.103-104

62. Hendeerson J.P., Atwatter J.W, High ammonia landfill leachate treatment using anaerobic filter and rotating biological contactor / Can. J.Civ. Eng. 1995/22, №5. p.992-1000.

63. Hening A. Verfahren skombinationen/ Entsorg. Prax. 1989. Spez. №9. P. 19-22

64. Hovelmann A.,Bidinger S. Entsorgung von UmkehrosmoseKonzentratenStand der Technik bei der Behandlung von Deponiesicrerwasser/AbfellwirtJ. 1993.5, №4. S. 309-316

65. Kiefer M. Restsoffbehandlung. Weitergehende Verfazensschritte zur Entsorgung von Produkten aus der Sikerwasseraufbereitung/ Korrespond. Abwasser. 1993.40. №3.S.356-358,360,362-363

66. Landfill technigues. The technical brief. The World Resource Foundation. 1995.8p.

67. Loizidou M., Vithoulkas N., Kapetanios E. Phisicflchemicfl treftment of leachate from landfill/ J. Enverion. Sci. And Health. A. 1992.27, №4. P. 1059-1073

68. Myburg C., Britz T. Influence of higher organic loading on efficiency of an anaerobic digester while treating landfill leachate/ Water S/ Afr. 1993.19., №4. P. 3199-324

69. Neno D. Under Cover/ Civ. Eng. (USA).1964.64 №2.P. 70-71

70. Opatken Edward J., Howard Hinton K., Bond James J. Biological treatment of leachate from a superfund site/ Environ. Prog. 1989.8., №1 P. 12-18

71. Rainer S. Anaerobe Sickerwasserbehandlung/ Entsorg. Prax. 1989. Spez. №9. P.24-26,28-29

72. Reporting on Municipal Solid Waste, A Local Issue. US. IPE, EPA 530K93002, September, 1993, 82 p.

73. Research and Development. US.JPE, EPA600/R94140, December, 1994,136р.

74. Sickennberger B. Die Deponie des 21 Jahrhunderts/ Entsorg/ Prax. 1993, №5. P. 198-299

75. Toth S. SOILCRETE Dichtnand als vosorgliche sicheruny zur Verhinderung der Ausbreitung von Kontaminationen/ Geotechnik. 1989. 12.№1.S.14