Разложение ТБО в местах захоронения

ТБО на 70-80% состоят из органических компонентов, в большинстве своем подверженных разложению во времени в условиях захоронения за счет естественных химических и биологических процессов, до настоящего времени изученных недостаточно.

Экосистема полигона является динамичной и во времени изменяется. Основные процессы разложения органических отходов, происходящие в теле полигона, состав образующихся продуктов и фильтрата представлены на рис. 3.7

В результате реакции гидролиза образуются низкомолекулярные органические вещества, которые в течение нескольких недель проходят стадию кислородно-нитратного окисления и разлагаются в аэробных условиях до воды, диоксида углерода и азота. При протекании этих процессов в теле полигона отмечается повышение температуры.

Для анаэробных условий характерна стадия распада продуктов гидролиза. При этом можно выделить две фазы (стадии) — фазу I (кислотная) и фазу II (метаногенная).

Продолжительность первой стадии - от 1 до 6 месяцев. В итоге процессов ферментации и восстановления сульфатов органические вещества разрушаются до низкомолекулярных кислот (образуются, в частности, муравьиная, уксусная и пропионовая кислоты), диоксида углерода и сульфида водорода; в небольших количествах выделяется метан. При этом образуются промежуточные продукты - карбоновые кислоты и спирты.

В метанногенной стадии разложения органических веществ (фаза II) образовавшиеся ранее жирные кислоты используются метанообразующими бактериями для производства метана. Стадия анаэробного разложения органических веществ растянута во времени и продолжается в течение 8-40 лет, причем первые 3 года процесс образования метана протекает неустойчиво.

Чем выше содержание влаги, тем активнее происходит биологическое разложение отходов в анаэробных условиях. При содержании влаги менее 20% активность анаэробных процессов значительно снижается. Современные технологии полигонного захоронения ТБО обусловливают медленное разложение отходов (попадание воды в толщу полигона затруднено); то же самое характерно для полигонов, расположенных в засушливых регионах.

По мере снижения выхода биогаза начинается последняя стадия разложения органических отходов — стадия образования гумуса. Её продолжительность - до 40 лет. Различные стадии активных процессов разложения органических отходов (без указания временного масштаба этих стадий) приведены на рис.3.8.

Сбор и обезвреживание фильтрата

Фильтрат, образующийся на полигонах ТБО, содержит продукты выщелачивания водорастворимых соединений и продукты разложения отходов. В среднем годовой объем образующегося фильтрата составляет 2-3 тысячи м³/га. Состав фильтрата зависит от срока эксплуатации полигона (от стадии разложения отходов), состава складируемых отходов и объема поступления поверхностных и грунтовых вод.

I—стадия окисления в аэробных условиях; II— стадия распада продуктов гидролиза в анаэробных условиях; III — стадия неустойчивого образования метана; IV— стадия образования метана; V— стадия образования гумуса; 1 — кислород; 2 — водород; 3 — азот; 4 — жирные кислоты; 5 — диоксид углерода; 6 — метан; 7 — целлюлоза

Фильтрат из ТБО характеризуется преимущественно по интегральным показателям - биохимической потребности в кислороде (БПК) и химической потребности в кислороде (ХПК), а также по содержанию тяжелых металлов, аммонийного азота и некоторых других веществ. После короткой аэробной стадии разложения ТБО (продолжительность - несколько недель) можно выделить (см. рис. 3.7) две анаэробные стадии.

Первая стадия распада органических веществ в анаэробных условиях (кислотная фаза, фаза неустойчивого образования метана) протекает от нескольких месяцев до нескольких лет после депонирования. Фильтрат, образующийся на этой стадии разложения ТБО, характеризуется средним значением pH 6, высоким значением БПК (13000 мг/л 0₂), высоким отношением БПК/ХПК (0,6),высоким содержанием аммонийного азота и железа.

Вторая стадия (метаногенная фаза), характерная для старых полигонов, может продолжаться в течение нескольких десятилетий. В метаногенной фазе образовавшиеся ранее жирные кислоты и водород преобразуются в С0₂ и СН₄. Фильтрат старых полигонов имеет pH 8, характеризуется низким значением БПК (200 мг/л 0₂), низким отношением БПК/ХПК (0,06), высоким содержанием аммонийного азота (750 мг/л) и низким содержанием железа (15 мг/л). Содержание меди и свинца в фильтрате незначительно зависит от возраста полигона и колеблется в широких пределах, составляя в среднем около 100 мг/л; среднее содержание кадмия 6 мг/л.

Как следует из состава фильтрата, полигонное захоронение ТБО может оказать негативное влияние на грунтовые воды, в связи с чем в России регламентируется контроль за состоянием грунтовых вод выше и ниже полигона (на расстоянии 50-100 м). Если содержание загрязняющих веществ превысит ПДК грунтовых вод, должны быть приняты меры по ограничению поступления этих веществ в грунтовые воды (до уровня ПДК).

Как отмечено, для предотвращения утечки фильтрата в окружающую среду основание полигона должно иметь противофильтрационный экран (с коэффициентом фильтрации по европейским нормам не более 10'⁹ см/сек), а для облегчения его сбора поверхность полигона должна быть спланирована с уклоном (по европейским нормам уклон должен быть не менее 2%).

В систему сбора фильтрата входят:

• перфорированные дренажные трубы, размещенные под складируемыми отходами на противофильтрационном экране и обкладываемые щебенкой (фильтрат по трубам отводится на участок его обезвреживания);
• насосная станция;
• водосборный накопительный пруд (для снятия пиков потоков).

Все новые европейские полигоны запроектированы с донным дренажем (см. рис. 3.3). На старых полигонах фильтрат собирается с помощью окружающих дренажных канав или путем откачки из трубных скважин, которые размещают в теле полигона или вокруг него.

Обезвреживание фильтрата можно производить либо в месте его образования, либо на муниципальных очистных сооружениях. К очистным сооружениям фильтрат транспортируется по герметичному трубопроводу, стоимость которого в ряде случаев может быть сопоставима с затратами на строительство самого полигона.

Практически применяют два метода обезвреживания фильтрата (дренажных сточных вод):

• биологическая очистка (в присутствии активных бактериальных культур, которые разрушают и используют органические вещества для синтеза своих клеток, например, в установках с активным илом, в аэрационных прудах и др.);
• физико-химическая очистка (чаще всего реагентная - для очистки от тяжелых металлов).

Следует отметить, что количество образующегося фильтрата зависит, при прочих равных условиях, от технологии захоронения - степени уплотнения ТБО и высоты их складирования. Высокий полигон является более предпочтительным с точки зрения защиты окружающей среды (уменьшается удельный объем фильтрата). В соответствии с европейской практикой полигоны высотой менее 10 м проектируют редко.