Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Экологическая безопасность полигонов твердых бытовых отходов на основе оптимизации конструкций защитных экранов

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Щербина, Екатерина Валентиновна

Введение

Глава 1. Анализ состояния проблемы управления твердыми бытовыми отходами

1.1. Анализ зарубежного опыта в области управления 8 твердыми бытовыми отходами.

1.2. Анализ отечественного опыта в области управления 16 отходами.

1.3. Законодательное обеспечение управления отходами в 22 Российской Федерации.

1.4. Строительные аспекты повышения экологической 26 безопасности полигонов твердых бытовых отходов

Выводы к главе 1.

Глава 2. Теоретическое исследование конструкций защитных экранов полигонов для захоронения твердых бытовых отходов.

2.1. Теоретическое исследование существующих 31 конструкций защитных экранов полигонов твердых бытовых отходов.

2.2. Разработка общих требований к защитным экранам 37 полигонов ТБО

2.3. Разработка расчетных схем защитных экранов полигонов 48 ТБО, нагрузки и воздействия

2.4. Разработка методики расчета устойчивости защитных 51 экранов полигонов ТБО

Выводы к главе 2.

Глава 3, Разработка оптимальных конструктивных решений защитных экранов основания и поверхности полигонов ТБО

3.1. Модель выбора оптимальных конструкций защитных 55 экранов основания и поверхности полигонов ТБО

3.2, Анализ конструкций защитных экранов 61 3.3 Рекомендуемые конструкции защитных экранов основания и поверхности полигонов ТБО Выводы к главе 3.

Глава 4, Экспериментальные исследования

4.1, Методика экспериментальных испытаний контактной 80 прочности различных конструктивных элементов защитных экранов полигонов ТБО.

4.2, Результаты экспериментальных испытаний.

4.3, Рекомендации по практическому использованию 89 разработанных конструкций защитных экранов полигонов ТБО

Выводы к главе

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Экологическая безопасность полигонов твердых бытовых отходов на основе оптимизации конструкций защитных экранов"

Человек является составляющей и главной частью природы. Он получает от окружающей среды пищу и жизненное пространство. С каждым годом население нашей планеты увеличивается, происходит дальнейшее развитие технологий, что приводит к росту ответственности человека за состояние окружающей среды. Раньше человек полагался на саму природу, на то, что она может сама восстанавливать свои ресурсы. Создавшаяся же сегодня критическая ситуация с управлением и обращением твердыми бытовыми отходами (ТБО) заставляет нас искать и использовать новые возможности для уменьшения количества и снижения вредного воздействия отходов на окружающую среду.

Проблеме управления ТБО посвящены труды многих зарубежных и отечественных ученых, прежде всего это работы: Р Ф. АДцрахманова, Н.Ф. Абрамова, Д.Алексиева, И. Гартунга, В.И. Горбачева, Х.Д.Гретта, Л.П, Грибановой, В.Ф. Денисова, Ф. Деффрегера, Х.Н. Зайнулина, В.Г. Корнеева, А.Н. Мирного, A.C. Матросова, A.B. Лившица, А. Ольтшнера, А Д. Потапова, А.Ф. Порядина, Е.И. Пупырева, ВВ. Разнощика, H.A. Савичева, В Н. Сариева, И.А. Соломина, В.И. Теяиченко и других авторов. .Анализ этих работ показывает, что наиболее распространенным методом обезвреживания и утилизации твердых бытовых отходов на сегодняшний день остается их обезвреживание и захоронение на полигонах. Прогноз развития ситуации показывает^ что в сил}' сложившихся экономических и технических условий данная ситуация будет сохраняться в течение ближайших 10-15-ти лет. Поэтому работа, посвященная исследованию и разработке оптимальных конструкций защитных экранов полигонов актуальна, своевременна и имеет практическое значение.

Защитные экраны поверхности и основания полигона являются одним из основных элементов строительной конструкции полигона^ обеспечивающим природоохранную функцию. От конструкции защитных экранов существенным образом зависит количество выбросов вредных веществ в грунтовые воды, почву и воздушное пространство, т.е. их конструкции во многом определяют состояние окружающей природной среды. С другой стороны защитные экраны основания и поверхности полигонов - это строительные конструкции, рассчитанные на длительный срок эксплуатации в экстремальных условиях агрессивных воздействий. Для решения сформулированной проблемы в работе поставлены следующие задачи:

- Разработать основные требования к конструкциям защитных экранов и строительным материалам, из которых они изготавливаются.

- Разработать модель расчета устойчивости конструкций защитных экранов основания и поверхности полигона.

- Разработать методику определения прочностных параметров защитных экранов основания и поверхности полигонов ТБО, как геокомпозиционной системы.

- Разработать модель для определения оптимальной конструкции защитных экранов основания и поверхности полигонов ТБО.

- Разработать оптимальные конструкции основания и поверхности полигонов ТБО.

Для решения поставленных задач в работе выполнены теоретические исследования конструкций защитных экранов основания и поверхности полигонов ТБО, на основании которых сформулированы четыре основных требования к строительным материалам, из которых они изготавливаются, это:

- требование к гидроизоляционным свойствам защитных экранов;

- требования к механической прочности конструктивных элементов;

- требование устойчивости применяемых материалов к химическим, биологическим и температурным воздействиям;

- требования к производству работ по устройству защитных экранов.

С другой стороны показано, что защитные экраны полигонов это комбинация природных и синтетических материалов представляющая -геокомпозит. Для обеспечения устойчивости защитных экранов, как геокомпозита, разработана расчетная модель, базирующаяся на законе прочности Кулона. Правомерность использования этой модели подтверждена экспериментальными исследованиями контактной прочности между различными элементами геокомпозиционной системы.

Для выполнения экспериментальных исследований разработана методика проведения эксперимента и приведена принципиальная схема прибора. В результате экспериментальных исследований установлено, что контактная прочность определяется углом трения ф и адгезией «с», физический смысл этих параметров аналогичен углу внутреннего трения грунта и удельного сцепления. В результате экспериментов так же установлено, что прочность на контакте синтетической гидроизоляции и грунта меньше прочностных параметров самого грунта и зависит от характера контактирующих поверхностей, поэтому при расчете конструкций защитных экранов необходимо проводить экспериментальные исследования по методике, предложенной автором и определять их значения в каждом конкретном случае.

Для определения оптимальной конструкции защитных экранов основания и поверхности полигонов ТБО разработана модель, основанная на технико-экономических и экологических оценках. В работе показано, что при определении экологической эффективности конструктивного решения решающую роль играют экологические факторы, которые необходимо учитывать при проектировании. На основании этих исследований автором предложены оптимальные конструкции защитных экранов основания и поверхности полигонов ТБО с использованием синтетической гидроизоляции толщиной 2 мм.

Практическая значимость работы состоит в том, что автором разработаны оптимальные конструкции защитных экранов основания и поверхности полигонов ТБО, разработана и экспериментально обоснована модель расчета защитных экранов и методика экспериментального определения прочностных параметров, которая может быть использована в реальном проектировании при обосновании и назначении угла заложения бортов котлована основания полигона и угла заложения откосов поверхности полигона на стадии рекультивации. Результаты исследований так же могут быть использованы при разработке нормативных документов по проектированию полигонов ТБО. На защиту выносятся:

- модель определения оптимальной конструкции защитных экранов полигона ТБО, основанная на эколого-экономических оценках, направленная на обеспечение экологической безопасности полигона ТБО;

- основные требования, предъявляемые к строительным материалам и защитным экранам полигона ТБО; методика экспериментальных исследований для определения прочностных характеристик контактной поверхности в геокомпозиционной системе защитных экранов;

- метод расчета устойчивости защитных экранов по плоским поверхностям скольжения;

- оптимальные конструктивные решения защитных экранов основания и поверхности полигонов ТБО с применением синтетической гидроизоляции.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Щербина, Екатерина Валентиновна

7. Результаты работы используются при разработке нормативно-методической литературы, территориальных строительных норма «Проектирование, строительство и рекультивация полигонов твердых бытовых отходов в Московской области», в учебном процессе для преподавания студентам дисциплины «Депонирование ТБО», при проектировании полигонов в Московской области и Республике Башкортостан.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Щербина, Екатерина Валентиновна, Москва

1. Абрамов Н.Ф., Юдин А.Г. "Проблема управления твердыми бытовыми отходами в Москве» // Канадский проект.

2. Астрецов В.М., Зайцев С.Е., Лившиц А.Б., Прыгов С.И., Чужакова Е.М. «Полигоны твердых бытовых отходов (ТБО) ближнего Подмосковья» // Чистый город № 4, 1998.

3. Базовые нормативы платы за выбросы, сбросы загрязняющих веществ в окружающую природную среду и размещение отходов // Утверждены Минприроды России 27 ноября 1992 года. Согласовано Минэкономики России, Минфином России.

4. Богуславский В.И. «Брикетирование твердых бытовых отходов по технологии испанской фирмы «Имабе йберика» // Интернет

5. Временные правила охраны окружающей среды от отходов производства и потребления в Российской Федерации //Москва, 1994.

6. Горбачев В.И. «Материалы по технологиям переработки отходов. Новый проект мусоросжигательного завода» // Интернет

7. ГОСТ 12071-84 «Грунты. Отбор, упаковка, транспортировка и хранение образцов».

8. ГОСТ 12248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости».

9. ГОСТ 20276-85 «Грунты. Метод полевого испытания статическими нагрузками».

10. ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация».

11. ГОСТ 25584-83 «Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации».

12. ГОСТ 30416-96 «Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения».

13. ГОСТ 4011 -72 «Вода питьевая. Метод определения общего железа».

14. ГОСТ 4151-72 «Вода питьевая. Метод определения общей жесткости».

15. ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик».

16. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1995 году»// газ. «Зеленый мир». М. №24, 26, 27, 28, 29. 1995.

17. Давыдова Н.Г. «Селективный сбор компонентов твердых бытовых отходов: принципы реализуемости в новых условиях» // Интернет

18. Данилов Н.И., Гуревич Б.Я., Папин Э.С. и др. «Методологические основы разработки программ по переработке техногенных образований на примере свердловской области» // Интернет

19. Денисов В.Ф. «Комплекс по утилизации твердых бытовых и промышленных отходов с использованием процесса Ванюкова» // Интернет.

20. Зайнулин Х.Н., Абдрахманов Р.Ф., Савич H.A. «Утилизация промышленных и бытовых отходов» // Уфа, 1997.

21. Закон Российской Советской Федеративной Социалистической Республики «Об охране окружающей природной среды», 1993.

22. Закон Российской Федерации «Об отходах производства и потребления», 1998.

23. Земельный кодекс РСФСР в ред. Закона РФ от 28.04.93 № 4888-1; Указов Президента РФ от 16.12.93 № 2162, от 24.12.93 №> 2287.

24. Инструктивно-методические указания по взиманию платы за загрязнение окружающей природной среды, Утверждены Минприроды России 26 января 1993 года.

25. Инструкция по проектированию эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов // Министерство Строительства Российской Федерации, АКХ им. Памфилова, Москва, 1997.

26. Инструкция по разработке раздела «Охрана окружающей среды» проектной документации на стадиях ТЭО проект // Московский городской комитет по охране природы, Государственная вневедомственная экспертиза, Москва, 1994.

27. Костовецкий В.П. «Система обеспечения обращения с отходами потребления в Московском регионе» // Канадский проект

28. Лабораторные химико-аналитические исследования подземных и поверхностных вод.

29. Матросов A.C. "Управление отходами" // Гароарика, Москва, 1999.

30. Мелкумов Ю.А., Лившец А.Б., Грибанов Л.П., Корнеев В.Г. «Управление твердыми бытовыми отходами (ТБО) в Московском регионе (МР) // Канадский проект

31. Методические рекомендации по геоэкологической оценке территории при размещении полигонов твердых бытовых отходов, 1995.

32. Методические рекомендации по проведению инженерно-экологических изысканий для целей рекультивации существующихсвалок и проектирования вновь организуемых полигонов захоронения твердых бытовых отходов на территории Московской области, 1998.

33. Мирный А.Н. и др. «Санитарная очистка и уборка населенных мест» Справочник, Москва, Стройиздат 1990.

34. Мирный А.Н., Скворцов JI.C. «Концепция обращения с твердыми бытовыми отходами в Российской Федерации.// Экология и промышленность России. М. 1997.

35. Нестеров В.А. «Размещение твердых бытовых отходов в Московской области» // Канадский проект

36. Новаковский Б.А., Сыроватская М.В., Тульская Н.И. МГУ им. М.В. Ломоносова «Полигоны ТБО источники социальной опасности» // Экология и промышленность России, июль 1998.

37. Об особо охраняемых природных территориях. Федеральный закон от1403.95 №33-Ф3.

38. Об охране окружающей природной среды. Закон РСФСР от 19.12.91 № 2060-1.

39. Петерсон Д., корпорация RAND, 1993 Материалы межведомственной экспертизы проблемы ТБО в СССР, 1989.

40. Положение о водоохранных зонах водных объектов и их прибрежных защитных полосах. Утверждено постановлением Правительства РФ от2311.96 № 1404.

41. Пособие по проектированию полигонов по обезвреживанию и захоронению токсичных и промышленных отходов (к СНиП 2.01.28-85). // М.: Стройиздат, 1990.

42. Предельное количество токсичных промышленных отходов, допускаемое для складирования в накопителях (на полигонах)твердых бытовых отходов (Нормативный документ) // Министерство жилищно-коммунального хозяйства РСФСР, Москва, 1985.,

43. Пупырев Е.И. "Опыт конструктивной экологии" // Москва, Прима-пресс, 1997.

44. Разнощик В.В., Абрамов Н.Ф. «Защита грунтовых вод на полигонах ТБО» // Санитарная очистка городов и охрана окружающей среды // Сборник научных трудов АКХ, ОНТИ, М., 1983.

45. Расторгуев А., Труфанов А., Полищук М. «Прогноз загрязнения подземных вод около крупного полигона ТБО» // ЦИОНТ ПИК ВИНИТИ. Москва. № 24. 1998.

46. Санитарные правила проектирования, строительства и эксплуатации полигонов захоронения неутилизируемых промышленных отходов.

47. СанПиН 2.1 7.722-98 "Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов" // Минздрав России, Москва 1999.

48. Сборник нормативных актов за 1995 год. «Правовое регулирование природопользования и охраны окружающей среды». М.: РЭФИА. 1996.

49. СНиП 11-02-96 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения».

50. СНиП 2.01.28-85 "Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов". 22.08.77.

51. СНиП 3.01.01 -85 Организация строительного производства.5 3. СНиП 3.02.01 -87 Земляные сооружения, основания и фундаменты.

52. СП 11-102-97 «Инженерно-экологические изыскания для строительства».

53. СП 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства».

54. Схема санитарной очистки Москвы, городов и поселков городского типа и деревень Московского региона до 2000 года.

55. Теличенко В.И. «Методы обеспечения и оценки экологической безопасности критическая технология в строительстве»// Экология и промышленность в России. №6. 1999.

56. Теличенко В.И. «Моделирование процессов жизненного цикла строительных объектов на основе СЛЬБ-технологий. // РААСН. Вестник строительных наук. Вып. З.-М.: 2000.

57. Теличенко В.И. «Экологическая безопасность строительства и устойчивое развитие» // Мир науки, техники и образования. №5.М.: 1995.

58. Теличенко В.И., Потапов А.Д., Щербина Е.В. «Надежное и эффективное строительство на техногенно загрязненных грунтах. // Промышленное и гражданское строительство. М.: Стройиздат, 1997.

59. Теличенко В.И., Сергеев С.К., Колчунов В.И., Слесарев М.Ю. и др. «Менеджмент систем безопасности и качества строительства» // Учебное пособие. М.: Издательство АСВ и Ассоциация «ВУЗСЕРТИНГ», 2000.

60. Технико-экономический расчет рекультивации и использования полигона ТБО «Братеево» и прилегающей территории санитарло-защитной зоны // АОЗТ «Прима-М», М., 1991.

61. Тищенко Н.Ф. «Охрана окружающей среды», Справочник, 1993.

62. Улицкий В.А., Козлов А.Д. и др. «Региональная система управления обращения с отходами на основе их паспортизации и сертификации.Научные и технические аспекты окружающей среды» // ВИНИТИ. Москва. № 5. 1998.

63. Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В .В., Тер-Мартиросян З.Г., Чернышев С.Н. «Механика грунтов, основания и фундаменты» // Издательство АСВ, Москва, 1994.

64. Федеральная целевая программа «Отходы»

65. Федеральный закон "Об отходах производства и потребления" от 24.06.98.

66. Федеральный закон об отходах производства и потребления, 22 мая 1998 года принятый Государственной Думой и одобренный Советом Федерации 10 июня 1998 года.

67. Хамитов Р.З. «Проблемы охраны окружающей среды в Республике Башкортостан» // Экологические проблемы регионов России. Республика Башкортостан. М. ВИНИТИ, 1997 (Инф. Вып. №4).

68. Харченко С.Г., Матвеев О.В. «Методология принятия решений в области управления ТБО» // Канадский проект

69. Цытович Н.А. «Механика грунтов» // Москва. Высшая школа. 1979.

70. Штоль Т.М., Теличенко В.И., Феклин В.И., «Технология возведения подземной части сооружений»// Учебное пособие. М.: Стройиздат, 1990.

71. Щербина Е.В. «К расчету устойчивости защитных экранов основания и поверхности полигонов» // Материалы второй научно-практическойконференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство-формирование среды жизнедеятельности». МГСУ, Москва 1999

72. Щербина Е.В., Батероу К. «Применение геосинтетических материалов, как армирующих элементов в основаниях, насыпях и дорожных покрытиях» // Механика грунтов и фундаментостроение, Санкт-Петербург, 1997, стр. 97.

73. Экология. Здоровье и охрана окружающей среды в России, Учебное и справочное пособие, Москва «Финансы и статистика» 1999; УФА.

74. Экономическая и финансовая политика в сфере охраны окружающей среды // Госкомэкология России, Москва, 1999

75. Barkowski D., Günther Р., Hinz Е., Röchert R. «Altlasten» // Alternative Konzepte 56, Handbuch zur Ermittlung und Abwehr von Gefahren durch kontaminierte Standorte, Verlag C.F. Müller Karlsruhe.

76. Cord-Landwehr K. "Einfuerung in die Abfallwirtschaft" // B.G. Teubner Stuttgart 1994.

77. Demmert S. Analyse des Emissionsverhaltens einer Kombinationsabdichtung, Geotechnische Probleme beim Bau von Abfalldeponien, 9. Nuemberger Deponieseminar, Eigenverlag LGA, Heft 72, 1993, S. 161 176.

78. Düllmann H., Seppelfricke, C.: Standsicherheitsnachweise fiir Deponiedichtungssysteme, S. 147- 167. Herausgeber SKZ Würzburg, 1993.

79. Empfehlungen des Arbeitskreises «Geotechnik der Deponien und Altlasten»: GDA/ hrsg. von der Deutschen Gesellschaft fuer Erd- und Grundbau e.V. Berlin; Emst, 1993.

80. Finsterwalder, Rudat «Risikobetrachtung einer bestehenden Sonderabfalldeponie -Schadstoffiransport-» // Geotechniche Probleme beim Bau von Abfalldeponien 12. Nürnberger Deponieseminar 1996.

81. Gartung E., LGA, „Anwendungsgrenze der Kombinationsabdichtung im Deponie", Geotechniche Probleme beim Bau von Abfalldeponien" 8. Nürnberger Deponieseminar 21.-22. Mai 1992.

82. Grett H.D. «Uber das Reibungsverhalten von Geotextilien im Boden» // 23. Internationale Chemiefasertagung, September 1984, Austria/

83. Jolas P., Pfeiffer H., Scheffer H. «Lastsetyungen von Haldendeponien» // Geotechniche Probleme beim Bau von Abfalldeponien 7. Nürnberger Deponieseminar 1991.

84. Kirschner, R.: Zur Bemessung von Geogittern für die Bewehrung von Deponiedichtungssystemen auf Böschungen. Seminar „Geokunststoffe im Deponiebau". TA Esslingen, 1993.

85. Koerner R.: Designing with Geosynthetics. Second Edition. Prentice Hall Inc., Englewood Cliffs, 1990.

86. Merkblatt für die Anwendung von Geotextilien im Erdbau. FGSV, Köln, 1987 (z.Z. neue Fassung in Bearbeitung).

87. Nuemberger Deponieseminar, Eigenverlag LGA, Heft 72, 1993, S. 69 94.

88. Oeltzschner H. Geotechnische Aspekte der TA Siedlungsabfall, Geotechnische Probleme beim Bau von Abfalldeponien, 9. Nuemberger Deponiesenünar, Eigenverlag LGA, Heft 72,1993, S. 33 46.

89. Stief K., UBA „Übersicht über Deponiebasis- und Oberflächen abdichtungs-systeme", Geotechniche Probleme beim Bau von Abfalldeponien" 8. Nürnberger Deponieseminar 21. 22. Mai 1992.

90. TA Siedlungsabfall: Dritte Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Abfallgesetz. Bundesanzeiger Verlag, 1993.

91. TA Siedlungsabfall: Zweite Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Abfallgesetz. Bundesanzeiger Verlag, 1991.

92. Thome-Kozmiensky Karl J. (Hrsg.) «Deponie Ablagerung von Abfallen» // EF-VERLAG fiir Energie- und Umwelttechnik GmbH. 1987

93. Versuchsbericht Pr.-Nr. 7/93. Einsatz von NaBento-Dichtungsmatten zur Oberflächenabdichtung von Altdeponien. HAB, Weimar; MFPA, Weimar, 1993.

94. Vogt B. «Sickerwasserminimierungauf Deponien durch bauliche Massnahmen» // Geotechniche Probleme beim Bau von Abfalldeponien 12. Nürnberger Deponieseminar 1996.

95. Waste// European Environmen Agency. Europe's Environment. The Dobris Assessment. Edited by Stannezs and Philippe Bourdean. Copenhagen. 1995. P.342-358.

96. Westdeutsche Zeitung, 20.01.2000.

97. Westdeutsche Zeitung, 21.08.1999.

98. Zöller, R.: Standsicherheit von Dichtungssystemen auf geneigten Flächen. 10. Fachtagung „Die sichere Deponie". Herausgeber SKZ Würzburg, 1994.

99. ФРГ «Политика, культура, экономика и наука.» D21251F N1, февраль 1997 RU.

100. Отчет Баварского Министерства окружающей среды http://www. umweltmim sterium. bavern. de/bereiche/abfall/

101. Данилов-Данилян В.H. «Экологические проблемы. Что происходит? Кто виноват? Что делать?» // Учебное пособие, М., 1997

102. Nuemberger Deponieseminar, Eigenverlag LGA, Heft 74, 1995, Mit Beiträgen von: M.Kinze, H. Oeltzschner, E.Reuter S. 19-39, 94.4о5