Раздел 2. Описание технологий, используемых при размещении отходов в Российской Федерации

Раздел 2. Описание технологий, используемых при размещении отходов в Российской Федерации

В настоящем разделе описаны технологии размещения отходов производства и потребления, используемые в настоящее время в Российской Федерации.

Настоящий раздел подготовлен на основе информации, полученной в результате обработки сведений из открытых информационных источников, сведений, полученных при консультации с экспертами и сведений, предоставленных в результате анкетирования организациями, разрабатывающими технологии и оборудование для размещения отходов, и организациями, осуществляющими деятельность по размещению отходов в Российской Федерации.

2.1 Краткое описание технологического процесса размещения отходов

В настоящем справочнике НДТ размещение (хранение и захоронение) отходов рассматривается в соответствии с основными жизненными циклами ОРО:

- обустройство ОРО на этапе его проектирования и строительства;

- эксплуатация ОРО, включающая технологические операции: транспортировка отходов; подготовка отходов к размещению; размещение отходов; обращение с фильтрационными, дренажными, талыми, дождевыми водами; обращение с выбросами в атмосферу;

- закрытие/консервация ОРО или его ликвидация.

Общая схема жизненного цикла ОРО представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Общая схема жизненного цикла ОРО

2.2 Технологии, применяемые при размещении отходов

Основные технологии обустройства, эксплуатации и закрытия, применяемые на различных видах ОРО в Российской Федерации, представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Основные технологии обустройства, эксплуатации, закрытия ОРО, применяемые в Российской Федерации

Виды ОРО	Основные технологии, применяемые при обустройстве, эксплуатации и закрытии ОРО
	Обустройство (проектирование и строительство)	Эксплуатация					Закрытие (рекультивация, консервация, ликвидация)
		Транспортировка отходов	Подготовка отходов к размещению	Размещение	Обращение с фильтрационными, дренажными, ливневыми водами	Обращение с выбросами в атмосферу
I. Объекты хранения отходов добычи и обогащения природных ресурсов
- отвалы отходов добычи полезных ископаемых	ПФЭ ДС О	ТА ТГ ТК	Раз Сг	РН РГ	Отв	н/д	н/д
- отвалы отходов обогащения полезных ископаемых	ПФЭ ДС О	ТА ТГ ТК	Раз Сг Обв	РН РГ	н/д	н/д	н/д
- хранилища, предназначенные для хранения отходов добычи и/или обогащения полезных ископаемых, кроме отвалов	ПФЭ ПФЗ ДС Д	ТА ТГ ТК	Обр Раз Сг	РГ РН	Отв Исп Оч	н/д	ПИ БК
II. Объекты хранения отходов, образующихся в обрабатывающих и иных производствах
- отвалы отходов обрабатывающих производств	ПФЭ О ДС	ТА ТГ ТК	Раз Сг	РН РГ	Исп Оч	н/д	н/д
- отвалы отходов производства электроэнергии и пара	ПФЭ ДС О	ТА ТГ ТК	Раз Сг	РН ГН	н/д	н/д	н/д
- хранилища, предназначенные для хранения отходов обрабатывающих производств, кроме отвалов	ПФЭ ПФЗ ДС Д	ТА ТГ	Отс Российской Федерации Раз Сг	РГ РН	Отв Рц Исп Оч	н/д	н/д
- хранилища, предназначенные для хранения отходов производства электроэнергии и пара, кроме отвалов	ПФЭ ПФЗ ДС Д	ТГ	Отс Раз Раз Сг	РГ	Отв Исп	н/д	н/д
III. Объекты захоронения отходов добывающих, обрабатывающих и иных производств
- полигоны приповерхностного захоронения производственных отходов	ЖБ ПФЭ ПФЗ ДС О	ТА ТР	Зат Обв Обр	РН РТар	Отв Рц Исп Оч	Пред	КЖБ ПИ БК
- системы подземного захоронения жидких и разжиженных отходов
- системы подземного захоронения жидких и разжиженных отходов, при захоронении в пласт-коллектор	НС СПС	ТА ТГ	Изм Отс РО УС Ф Раз	НПл	н/д	н/д	КНС ЛПС
- системы подземного захоронения жидких и разжиженных отходов, при захоронении в подземный резервуар	СПР	ТА ТГ	Раз	ЗГ НПол	Отв	н/д	ПИ БК
- системы подземного захоронения твердых и отвержденных отходов	Г	ТГ ТК ТР ТА	Обр Обв От Пр Зат Раз	ЗГ ЗС	н/д	Пред	н/д
IV. Объекты захоронения твердых коммунальных отходов
- объекты захоронения твердых коммунальных отходов	ПФЭ ДС О СОБ ССБ	ТА	РСб СР СА Изм Пр Бр ТО БО	РН РБр	Отв Рц Исп Оч	Отв Рас Исп	ПИ БК
Обустройство Г - герметизация контактной зоны с подземными водами, Д - дамбы, ДС - дренажные системы, ЖБ - железобетонные бункеры, НС - нагнетательные скважины, О - обваловка, ПФЗ - противофильтрационная завеса, СПР - скважинный подземный резервуар; ПФЭ - противофильтрационный экран, СОБ - системы отвода биогаза, ССБ - система сбора биогаза, СПС - специальная поглощающая скважина. Эксплуатация Транспортировка: ТА - транспорт автомобильный, ТГ - транспорт гидравлический, ТК - транспорт конвейерный, ТР - транспорт рельсовый. Подготовка отходов к размещению: БО - биологическая обработка, Бр - брикетирование, Зат - затаривание, Изм - измельчение, Обв - обезвоживание, Обр - обезвреживание, От - отверждение, Отс - отстаивание, Пр - прессование, Раз - разжижение, РО - реагентная обработка, РСб - раздельный сбор, Российской Федерации - разделение на фракции; СА - сортировка автоматическая, Сг - сгущение, СР - сортировка ручная, ТО - термическая обработка, УС - усреднение состава, Ф - фильтрация. Размещение: ЗГ - размещение закладкой гидравлической, ЗС - размещение закладкой сухой, НПл - размещение нагнетанием в пласт-коллектор, НПол - размещение нагнетанием в полость, РБр - размещение в брикетах, РГ - размещение гидронамывом, РН - размещение навалом (насыпью), РТар - размещение в таре. Обращение с фильтрационными, дренажными, ливневыми водами: Исп - использование, Отв - отвод, Оч - очистка, Рц - рециркуляция. Обращение с выбросами в атмосферу: Исп - использование, Отв - отвод, Пред - предотвращение, Рас - рассеивание. Закрытие КНС - консервация нагнетательных скважин, КЖБ - консервация железобетонных бункеров, ПИ - покрытие изоляционное, БК - биологический этап консервации, ЛПС - ликвидация поглощающей скважины. н/д - недостаточно данных.

2.2.1 Технологии, применяемые для обустройства объектов размещения отходов

Противофильтрационные устройства

Противофильтрационные устройства ОРО предназначены для предотвращения негативного воздействия размещаемых отходов на подземные воды и недра, путем предотвращения прямого контакта отходов и подземных вод и исключения фильтрации жидкой фазы из ОРО вместе с растворенными в ней токсичными веществами.

Противофильтрационные устройства выполняются из материалов, инертных и устойчивых к:

- воздействию веществ, входящих в состав отходов;

- физическим воздействиям (перепадам влажности и температуры);

- механическим воздействиям (деформациям) ([25]).

Противофильтрационные устройства проектируются и сооружаются с учетом всего срока эксплуатации и постэксплуатационного обслуживания ОРО.

Различают два основных типа противофильтрационных устройств: противофильтрационные экраны и противофильтрационные завесы. В качестве дополнительных противофильтрационных устройств, имеющих ограниченное применение, выделяются железобетонные бункеры и герметизация контактной зоны с подземными водами.

Противофильтрационные экраны

Типы противофильтрационных экранов (ПФЭ):

- противофильтрационные экраны из природных материалов;

- противофильтрационные экраны из искусственных материалов;

- комплексные противофильтрационные экраны из природных и искусственных материалов.

ПФЭ из природных материалов могут быть естественными, когда в основании участка, используемого под обустройство ОРО, залегают глинистые грунты с коэффициентом фильтрации, предусмотренным нормативными документами, и искусственными, сооружаемыми из глинистых грунтов.

Естественный ПФЭ, обеспечивающий нормативный коэффициент фильтрации, не требует специальных мероприятий, оборудования и средств для реализации. Поэтому основными достоинствами естественного ПФЭ являются ресурсо- и энергосбережение, снижение капитальных затрат на строительство ОРО.

Основным ограничением использования естественных ПФЭ, соответствующих нормативным требованиям, является их весьма ограниченное распространение.

ПФЭ, сооружаемые из глинистых грунтов, имеют низкую стоимость. Для устройства ПФЭ из природных материалов необходимо наличие вблизи обустраиваемого участка глинистых грунтов.

Сооружение ПФЭ из природных материалов включает укладку глинистого грунта слоями и его послойного уплотнения с использованием специализированной техники (рисунок 2.2). Степень необходимого уплотнения определяется на основании предварительно проведенных лабораторных исследований.

Рисунок 2.2 - Уплотнение глиняного экрана ([26])

Для уплотнения глинистых грунтов применяются:

- Укатка. Грунты уплотняют укаткой катками на пневмоколесном ходу и кулачковыми катками, а также транспортными и землеройно-транспортными машинами. Катками с гладкими вальцами укатывают грунты, главным образом на завершающей стадии уплотнения верхнего слоя. Катками на пневмоколесном ходу могут быть уплотнены все виды грунтов. Кулачковые катки применяют для уплотнения глинистых грунтов с примесью щебня и гравия, а также комковатых грунтов. Кулачковые катки не используются для уплотнения сланцевых глин и сильно увлажненных глинистых грунтов.

- Трамбование. Трамбующие машины обеспечивают эффективное уплотнение, в том числе с включениями крупнообломочных грунтов, а также сухих комковатых глин. При трамбовании уклон поверхности уплотняемого слоя грунта не должен превышать в поперечном направлении 9% и в продольном 18%.

Глинистые грунты малочувствительны к механическим воздействиям, но крайне чувствительны к колебаниям влажности. При низкой влажности в них формируются трещины усыхания ([25]). Нарушение сплошности глинистого экрана возможно также в результате неотектонических движений ([27]).

Проницаемость ПФЭ из глинистых материалов на практике не достигает нуля. Проницаемость ПФЭ из глинистых материалов снижают путем уменьшения на него гидравлической нагрузки. Для этого соблюдаются два основных принципа: коэффициент проницаемости должен быть как можно более низким, гидравлическая нагрузка на экран должна быть минимальной для уменьшения давления.

Для снижения проницаемости ПФЭ из глинистых материалов сооружают двухслойные экраны, где между двумя слоями глины устраивается дренажный слой из песка, а поступившая в дренажный слой вода отводится с помощью дренажной системы. Снижение проницаемости происходит за счет снижения напора жидкости действующей на нижний слой, равного высоте жидкости в дренажном слое ([14]).

К основным недостаткам ПФЭ из глинистых грунтов относятся:

- образование трещин усыхания при низкой влажности;

- постепенное увеличение коэффициента фильтрации вследствие ухудшения коэффициента уплотнения от воздействия сезонных и суточных циклов замораживания-оттаивания;

- подверженность размыванию при высокой влажности;

- неустойчивость к неотектоническим движениям земной коры;

- химическая деградация под воздействием агрессивных фильтрационных вод;

- меньший объем складирования отходов, в сравнении с ПФЭ из искусственных материалов, в связи с большой толщиной ПФЭ (до 1 м и более) (рисунок 2.3).

Рис. 2.3 - Устройство ПФЭ из глинистых материалов (а) и из бентонитовых матов (б) ([28])

В качестве разновидности грунтового ПФЭ используется грунтобитумный ПФЭ. Он используется обычно как основание для других типов экранов и представляет собой минеральный естественный грунт, обработанный на глубину 10 - 15 см жидким битумом или нефтью с добавлением цемента и уплотненный гладкими катками. В случае супесчаных или суглинистых грунтов перед пропиткой нефти или битума вносятся активные добавки - цемент или известь. Перед внесением добавок грунт протравливается гербицидами на глубину до 20 см ([29]).

ПФЭ из искусственных материалов различают следующих видов:

- ПФЭ из бетонных материалов;

- ПФЭ из асфальтовых материалов;

- ПФЭ из геосинтетических материалов (полимерных геомембран, бентонитовых матов).

ПФЭ из бетонных материалов бывают железобетонные, бетонопленочные, полимербетонные.

ПФЭ из материалов на основе бетона имеют сравнительно высокий коэффициент фильтрации и слабую трещиностойкость.

В связи с фильтрационными и прочностными особенностями бетонных и железобетонных ПФЭ толщина монолитных или сборных железобетонных плит принимается на практике не менее 10 - 15 см.

Снижение коэффициента фильтрации до нормативных значений достигают путем торкретирования или силикатизации, что является дорогостоящим процессом.

Бетонные ПФЭ применяются редко и используются в основном в небольших емкостных сооружениях.

ПФЭ из асфальтовых материалов бывают асфальтобетонные, асфальтополимербетонные.

Противофильтрационные устройства из асфальтовых материалов имеют низкую водопроницаемость, стойки старению и сохраняют сплошность при неравномерных осадках.

Применение ПФЭ из асфальтовых материалов целесообразно: при отсутствии на месте строительства глинистых грунтов, пригодных для сооружения ПФЭ; при неблагоприятных для укладки глинистых экранов климатических условиях; в сейсмических районах; в местностях с морским умеренно-континентальным климатом.

ПФЭ выполняемые из гидротехнического мелкозернистого асфальтобетона, укладываются обычно по слою грунта, пропитанного битумом, толщиной 4 - 6 см, после чего поверхность асфальтобетона покрывается слоем жидкого битума с последующей посыпкой слоем песка толщиной 0,5 - 1 см. На откосах при необходимости устраивается дополнительное крепление.

ПФЭ из асфальтополимербетонных материалов конструктивно схожи с асфальтобетонными ПФЭ. ПФЭ из асфальтополимербетонов выполняются на модифицированном вяжущем, состоящем из битума с добавлением каучука или других полимеров в количестве 10% - 20% от массы битума. Это придает асфальтополимербетону повышенную морозостойкость и эластичность, снижает его водопроницаемость.

ПФЭ из асфальтовых материалов имеют следующие недостатки:

- нестойки к воздействию концентрированных кислот, особенно при температуре свыше 40°C;

- в щелочной среде, особенно при волновом воздействии или воздействии турбулентного потока, возможно эмульгирование битума;

- в тонком слое нефтяные битумы быстро стареют, особенно при воздействии ультрафиолетовых лучей и повышенной температуры;

- хрупки на морозе.

ПФЭ из геосинтетических материалов (полимерных геомембран, бентонитовых матов) практически полностью исключают фильтрацию жидкой фазы из ОРО.

Геосинтетические материалы делятся на 4 класса, каждый из которых может быть использован при строительстве ПФЭ:

- геотекстили;

- георешетки и геосетки;

- геомембраны;

- геокомпозиты.

Устройство ПФЭ из геосинтетических материалов на основе полиэтилена - HDPE, LDPE и др., за исключением бентонитовых матов, выполняется обычно при положительной температуре воздуха. Устройство ПФЭ из геосинтетических материалов на основе бентонита может производиться как при положительной, так и при отрицательной температуре воздуха.

Типовые операции технологического процесса по устройству ПФЭ из геосинтетических материалов - полимерных геомембран:

- устройство дренажного слоя;

- устройство подстилающего слоя;

- укладка слоя из геосинтетических листов;

- соединение геосинтетических листов;

- устройство защитного слоя;

- укладка защитных прокладок между смежными слоями;

- контроль качества геосинтетических листов, сварных швов;

- контроль качества ПФЭ геофизическими методами;

- проведение гидравлических испытаний ПФЭ.

Типовые операции технологического процесса по устройству ПФЭ из геосинтетических материалов - бентонитовых матов:

- устройство дренажного слоя;

- устройство подстилающего слоя;

- укладка слоя из бентонитовых матов;

- визуальный контроль качества: сплошность покрытия, достаточность нахлестов;

- устройство пригрузочного слоя.

На рисунке 2.4 представлена конструкция ПФЭ с из бентонитовых матов.

Рисунок 2.4 - Конструкция ПФЭ с использованием бентонитового мата ([28])

Подстилающий и защитный слои выполняются из грунта. Поверхность подстилающего слоя очищается от мусора, корней и острых камней, органики или другого материала, который может повредить геосинтетические материалы. При устройстве подстилающего слоя, в случае применения ПФЭ из полимерной геомембраны, исключается образование трещин, появление признаков набухания или вспучивания грунта. Защитный слой обрабатывается гербицидами для исключения прорастания в нем растительности, способной повредить слой из геосинтетических материалов (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 - Устройство ПФЭ из полимерной геомембраны на ОРО в Московской области ([26])

В случае применения ПФЭ из бентонитовых матов обработка гербицидами не требуется, так как материал стоек к прорастанию корней.

По конструкции ПФЭ из геосинтетических материалов (полимерных геомембран, бентонитовых матов) могут быть однослойные и двухслойные. Однослойный ПФЭ из полимерных геомембран состоит из пленочного элемента, укладываемого на подстилающий и защитный слои, двухслойный экран состоит из двух пленочных элементов, разделенных дренажным слоем из песка, подстилающего и защитного слоев.

ПФЭ из геосинтетических материалов (полимерных геомембран, бентонитовых матов) целесообразно применять: при отсутствии достаточного количества грунтов, пригодных для строительства экрана; при наличии неблагоприятных погодных условий, затрудняющих укладку грунтового экрана; в сейсмических районах, где другие виды противофильтрационных устройств могут быть ненадежными.

Геосинтетические материалы, применяемые при строительстве ПФЭ, обладают высокими прочностными характеристиками, устойчивы к гниению и воздействию любых химических веществ и микроорганизмов, характерных для грунтов, подземных и фильтрационных вод. Геосинтетические материалы легко монтируются и долговечны (100 - 150 лет).

ПФЭ из геосинтетических материалов применяются при строительстве ОРО в различных регионах Российской Федерации.

Комплексные ПФЭ сооружают одновременно с использованием природных и искусственных материалов. В качестве природных материалов используются глинистые грунты, в качестве искусственных - геосинтетические материалы.

Комплексный ПФЭ состоит из двух или трех противофильтрационных слоев, например:

- верхний слой - из геомембраны; нижний слой - из уплотненных глинистых материалов, с коэффициентом фильтрации, предусмотренным нормативными документами.

- верхний слой - из бентонитовых матов; нижний слой - из уплотненных глинистых материалов, с коэффициентом фильтрации, предусмотренным нормативными документами.

- верхний слой - из геомембраны; нижний слой - из бентонитового мата.

- верхний слой - из геомембраны; промежуточный слой - из бентонитовых матов; нижний слой - из уплотненных глинистых материалов, с коэффициентом фильтрации, предусмотренным нормативными документами.

Комплексный ПФЭ обеспечивает высокую степень защиты подземных вод и недр на весь срок эксплуатации ОРО и на длительный постэксплуатационный период.

Устройство ПФЭ на ОРО ТКО в условиях распространения многолетнемерзлых пород.

При устройстве ПФЭ в условиях распространения многолетнемерзлых пород дополнительно к фильтрационным свойствам обустраиваемого ПФЭ соблюдается условие сохранения грунтов основания ОРО в вечномерзлом состоянии.

Для сохранения грунтов основания ОРО в вечномерзлом состоянии в основании ОРО ТКО (обычно ниже противофильтрационного слоя) укладывается теплоизолирующий слой, препятствующий проникновению теплоты, образуемой в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, образующихся в ТКО, в грунты основания ОРО.

ПФЭ могут быть использованы при обустройстве ОРО:

- отвалов отходов добычи; отходов обогащения; отходов обрабатывающих производств; отходов производства электроэнергии и пара;

- хранилищ, предназначенные для хранения (кроме отвалов) отходов добычи и/или обогащения полезных ископаемых; обрабатывающих производств; производства электроэнергии и пара;

- полигонов приповерхностного захоронения отходов;

- объектов захоронения твердых коммунальных отходов.

Противофильтрационные завесы

Противофильтрационные завесы (ПФЗ) сооружаются в качестве альтернативы противофильтрационным экранам.

Применяются на ОРО, сооружаемых либо непосредственно на малопроницаемых грунтах (глинистых, слаботрещиноватых, скальных и др.), которые можно рассматривать как водоупор, либо на проницаемых грунтах ограниченной мощности (обычно около 10 - 15 м), подстилаемых водоупором, при наличии возможности устройства ПФЗ, полностью перерезающих эти грунты.

Главным преимуществом ПФЗ является возможность ее строительства на эксплуатируемом ОРО.

Устройство ПФЗ экономически целесообразно при больших площадях ОРО, когда устройство ПФЭ является дорогостоящим.

Основные типы противофильтрационных завес ([14]):

- вертикальная глиняная диафрагма, выполняемая методом "стена в грунте" (такие диафрагмы толщиной 0,5 - 1,1 м устраиваются как в сухих, так и в обводненных легких грунтах при глубинах до водоупора не более 50 м и уровне грунтовых вод не выше 1,5 м от поверхности земли);

- вертикальная глиняная диафрагма, выполняемая методом "стена в грунте", в сочетании с полимерной геомембраной или бентонитовым матом (устраивается в тех же условиях, что и обычная глиняная диафрагма, но при более жестких требованиях по предотвращению утечек из объекта размещения);

- глиняная завеса в виде "зуба", выполняемого в открытой траншее (применяется в любых грунтах при глубине фильтрующей толщи до водоупора не более 6 м);

- глиняная завеса в виде "зуба", выполняемого в открытой траншее, в сочетании с полимерной геомембраной или бентонитовым матом;

- цементирующая завеса (применяется для предотвращения фильтрации в скальных и полускальных трещиноватых породах практически на любую глубину).

Применение ПФЗ наиболее экологически эффективно, когда водоупорные породы под ОРО располагаются относительно неглубоко и технически возможно обеспечить сопряжение водоупорных пород и ПФЗ, прорезающей полностью слои проницаемых водовмещающих пород.

Железобетонные бункеры

Железобетонные бункеры предназначены для изоляции твердых и пастообразных отходов, содержащих водорастворимые вещества I - III класса опасности.

Железобетонные бункеры представляют собой короба или траншеи из железобетона разделенные на отсеки объемом в среднем от 2 до 5 тыс. , но могут использоваться и сверхмалые бункеры (58 , Ставропольский край) или бункеры повышенной вместимости (16 тыс. , Ставропольский край).

Стенки железобетонных бункеров выполняются из тяжелого бетона, с высокой прочностью на сжатие и низкой водопроницаемостью, с наружным торкретированием цементным раствором и затиркой. В целях предотвращения подтопления бункеров подземными водами предусматривается гидроизоляция всей поверхности бункера, соприкасающейся с грунтом.

На ОРО в Ставропольском крае гидроизоляция бункеров выполнена следующим образом: дно бункера выполнено щебнем с проливкой битумом; боковые поверхности бункеров снаружи покрыты битумом в 2 слоя по грунтовке; днище и стены бункеров армированы; внутренняя поверхность бункеров покрыта коррозионностойким полимер-цементным торкретом (рисунок 2.6) ([30]). Схожим образом устроены бункеры на ОРО в Красноярском крае ([31]).

Рисунок 2.6 - Бункер для захоронения отходов в Ставропольском крае (вид изнутри) ([30])

В Оренбургской области под днищем бункеров предусмотрена укладка геотекстиля из полипропилена с уложенной поверх него геомембраной на основе полиэтилена ([32]).

ОРО обустроенные железобетонными бункерами располагаются в Красноярском крае, Калужской области, Ставропольском крае, Тюменской области, республике Башкортостан, Нижегородской области и др. ([33], [34]).

Железобетонные бункеры применяются на полигонах приповерхностного захоронения производственных отходов.

Герметизация контактной зоны с подземными водами

Герметизация контактной зоны с подземными водами выполняется при захоронении отходов добывающих, обрабатывающих и иных производств методом закладки в искусственные или естественные полости недр.

Основным назначением данного способа обустройства является предотвращение притока подземных вод к ОРО.

Герметизация контактной зоны с подземными водами искусственных или естественных полостей недр, используемых для закладки отходов, может быть выполнена с помощью инъекций минеральных вяжущих или специальных полимерных (например, полиуретановых и эпоксидных) составов ([35]).

Дренажные системы

Дренажные системы, устраиваемые на ОРО, предназначены для отвода и сбора технологических и сточных вод при эксплуатации ОРО без нарушения целостности систем противофильтрационного и ограждающих устройств ([36]).

Образование сточных вод при эксплуатации ОРО происходит в процессе:

- выделения влаги из отходов при их складировании (фильтрационные воды);

- выпадения атмосферных осадков на территории хозяйственной зоны и автомобильных дорог (ливневые сточные воды);

- сбора и отвода поверхностного и подземного стока (дренажные воды).

Каждый из потоков сточных вод различается по составу и поэтому на ОРО организуют отдельные дренажные системы для каждого типа стоков.

Дренажные системы (ДС) для отвода и сбора фильтрационных вод.

ДС для сбора и отвода фильтрационных вод из массива отходов, могут быть выполнены:

- в виде дренирующего слоя, расположенного между изолирующими слоями ПФЭ;

- из дренажных труб, укладываемых в основании ОРО;

- в виде водоотводных канав по внутреннему периметру ОРО.

ДС, выполняемые в виде дренирующего слоя в двухслойных ПФЭ, конструктивно представляют собой два слоя из основного (противофильтрационного) материала с поперечным уклоном к оси участка размещения отходов ([14]), между которыми находится дренажный слой, используемый для самотечного отвода и сбора фильтрационных вод.

ДС из дренажных труб подразумевает укладку дренажных труб в траншеях, устраиваемых по дну карт ОРО с уклоном в сторону магистральных дрен, откуда фильтрационные воды самотеком поступают в дренажные колодцы и направляются в отдельные контрольно-регулирующие емкости.

ДС в виде водоотводных канав по внутреннему периметру ОРО в виде траншей переменной глубины, расположенных ниже основания ОРО и защищенных от размывания искусственными материалами. Дно ОРО планируется таким образом, чтобы сток фильтрационных вод был направлен в водоотводные канавы, по которым фильтрационные воды самотеком отводятся в специальные резервуары или открытые емкости.

Дренажные системы (ДС) для отвода и сбора ливневых вод

ДС для сбора и отвода ливневых вод с территории ОРО, выполняются в виде водоотводных канав по периметру ОРО. Отвод и сбор ливневых вод осуществляется самотеком в специализированные емкости.

ДС для отвода и сбора вод поверхностного и подземного стока с прилегающей территории

Для отвода и сбора вод поверхностного и подземного стока с прилегающей к ОРО территории по периметру ОРО устраиваются ДС следующих типов:

- нагорная канава;

- пластовый дренаж;

- дренажная завеса.

Преимущественно ДС организуют таким образом, чтобы организовать поверхностный и подземный сток в обход участка расположения ОРО. В случае невозможности такой организации дренажной системы, дренажные воды собираются в дренажные колодцы и насосами перекачиваются в отдельные контрольно-регулирующие емкости.

Нагорная канава (кольцевой канал) устраивается относительно ОРО выше по рельефу. С помощью нагорной канавы предотвращается контакт поверхностного стока с отходами и его загрязнение.

Пластовый дренаж, зачастую совместно с пристенным, устраивается для ОРО, когда участки размещения отходов заглублены под землю. Выполняется в неблагоприятных гидрогеологических условиях (в слабофильтрующих обводненных или подверженных обводнению грунтах, в трещиноватых скальных и полускальных породах, обладающих локальной водоносностью, при переслаивающемся литологическом строении), когда другие виды дренажей для борьбы с подтоплением подземными водами неэффективны.

Конструктивно пластовый дренаж представляет собой сплошной массив из одного или двух слоев фильтрующего материала - песка и щебня, уложенных с уклоном в сторону сборных трубчатых дрен. Каждый слой уплотняется легким катком за 2 - 3 прохода. Ослабленные увлажненные основания усиливаются уплотнением с добавлением щебня ([14]).

Пластовый дренаж применяется на полигоне приповерхностного захоронения производственных отходов в Свердловской области ([37]).

Дренажные завесы представляют собой вертикальные дренажи, устраиваемые по периметру ОРО. Основные типы дренажных завес:

- комбинированная дренажная завеса, состоящая из глиняной диафрагмы в сочетании с дренажем;

- дренажная завеса в виде открытого канала (применяется в сравнительно однородных грунтах с безнапорным режимом грунтовых вод, выполняется на глубину до 5 м);

- дренажная завеса в виде закрытой трубчатой дрены (применяется в тех же условиях, что и открытая завеса);

- дренажная завеса в виде ряда вертикальных скважин (устраивается при глубоком залегании водоупора или его отсутствии, когда верхний горизонт на глубину до 6 м сложен слабофильтрующими грунтами, а подтопление происходит через более глубокие слои);

- комбинированные дренажные завесы - траншея и самоизливающиеся в нее скважины, закрытая дрена и самоизливающиеся в нее скважины (применяются в сложных гидрогеологических условиях при слоистом строении водоносных пород, когда подземные воды на отдельных участках могут иметь напор).

В случае использования в качестве дренажа кольцевого канала, расположенного по внешнему периметру ОРО, он может быть углублен до 5 м и более, превращаясь в дренажную завесу. Такой способ дренажа для отвода поверхностного и подземного стока используется на полигоне приповерхностного захоронения производственных отходов в Свердловской области ([37]).

При устройстве дренажных систем на хранилищах, представляющих собой гидротехнические сооружения, помимо водоприемного и водоотводящего элементов дренажных систем, сооружают защитное устройство.

Защитное устройство предотвращает суффозию материала ограждающих обустройств (дамб). Защитным устройством может служить обратный фильтр, представляющий собой ряд последовательно уложенных слоев водопроницаемого грунта, отходов или других искусственных материалов с увеличивающейся крупностью частиц или пористостью от одного слоя к другому в направлении фильтрационного потока ([38]).

Выбор конструкции дренажной системы на ОРО зависит от ее назначения, свойств осушаемых грунтов и отходов, наличия необходимых для устройства дренажа материалов и механизмов, других местных условий.

Материалы, используемые для устройства дренажных систем, должны обладать необходимой прочностью, долговечностью, коррозионной стойкостью по отношению к фильтруемой сточной воде.

Для исправной работы дренажных систем в период года с отрицательными температурами воздуха предусматриваются мероприятия, предотвращающие промерзание дренажа. Это может быть расположение на достаточном удалении от поверхности, устройство теплозащитного слоя, обогрев и т.д. ([38]).

В местах распространения многолетнемерзлых пород дренажные системы устраиваются в сезонно-оттаивающем слое.

Дренажные системы могут быть применены при обустройстве ОРО:

- отвалов отходов добычи; отходов обогащения; отходов обрабатывающих производств; отходов производства электроэнергии и пара;

- хранилищ, предназначенных для хранения (кроме отвалов) отходов добычи и/или обогащения полезных ископаемых; обрабатывающих производств; производства электроэнергии и пара;

- полигонов приповерхностного захоронения отходов;

- объектов захоронения твердых коммунальных отходов.

Ограждающие устройства

Ограждающие устройства, возводимые на ОРО, представляют собой сооружения по типу дамб.

Чаще всего на ОРО устраиваются дамбы обвалования. На ОРО, представляющих собой гидротехнические сооружения, и на ОРО, где отходы размещаются посредством гидравлического намыва, помимо дамб обвалования, устраиваются ограждающие дамбы первичного и вторичного обвалования, плотины и дамбы намывного типа.

Дамбы обвалования (обваловка) сооружаются по периметру участка размещения отходов. Дамбы обвалования (обваловка) участка размещения отходов предназначены для отвода поверхностного стока и его разделения между участком размещения отходов и прилегающими территориями.

Склоны дамб обвалования (обваловки) могут быть укреплены быстрозатвердевающими смесями, геофильтрационными материалами, дополнительными дренажами, посевом трав ([39]).

Для устройства дамб обвалования (обваловки) используется грунт, вынутый при создании дренажных систем для отвода поверхностного и подземного стока, или привозной ([16]).

Ограждающие дамбы первичного и вторичного обвалования сооружаются на ОРО, где отходы размещаются посредством гидронамыва. Основным назначением дамб первичного и вторичного обвалования является удержания пульпы отходов в пределах площади участка размещения отходов.

Дамбы первичного обвалования сооружаются из природного грунта на поверхности участка размещения отходов. Дамбы вторичного обвалования сооружаются при помощи бульдозерной техники из отходов (рисунок 2.7).

Рисунок 2.7 - Дамбы вторичного обвалования ([40])

Дамба первичного обвалования укрепляется противофильтрационными элементами из глинистых грунтов или геосинтетических материалов.

В дамбах вторичного обвалования при необходимости перехвата фильтрационных вод могут быть устроены трубчатые дренажные системы.

Плотины и дамбы намывного типа возводятся из грунтов на хранилищах отходов, представляющих собой гидротехнические сооружения.

В зависимости от проницаемости грунтового основания, на котором возводятся дамбы и плотины намывного типа, тело плотины или дамбы экранируется глинистыми грунтами или геосинтетическими материалами. Сооружение противофильтрационного экрана осуществляется одновременно в теле дамб (плотин) и в основании ОРО.

В отдельных случаях сооружение плотин и дамб дополняется противофильтрационными завесами, устраиваемыми за придамбовой канавой и в бортах хранилища.

В целях экономии ресурсов и материальных средств плотины и дамбы намывного типа обычно сооружаются из грунтов и пород, полученных из искусственных выемок, и из отходов. Значительно реже при возведении плотин и дамб используется привозной грунт.

Нагнетательные скважины

Нагнетательные скважины предназначены для захоронения жидких и разжиженных отходов посредством их нагнетания в специально подобранные для этих целей участки недр, представляющие собой пласты коллекторы или полости недр искусственного или естественного генезиса ([41] - [43]).

Конструкции скважин, используемых для нагнетания (закачки) отходов в недра, обеспечивают предотвращение вертикальных перетоков закачиваемых отходов по затрубному пространству.

Принципиальная схема обустройства нагнетательной системы для закачки отходов в недра представлена на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 - Принципиальная схема обустройства нагнетательной скважины

(Ивановская область) ([41])

Нагнетательные скважины используются для захоронения отходов на системах подземного захоронения жидких и разжиженных отходов.

Специальные поглощающие скважины

Специальные поглощающие скважины используются при закачки в глубокие горизонты недр отходов бурения при добыче нефти и газа.

Специальная поглощающая скважина является частью подземного сооружения предназначенного для захоронения жидких и разжиженных отходов посредством их нагнетания в специально подобранные для этих целей участки недр, как правило, в платы-коллекторы. Конструкции скважин, используемых для захоронения отходов бурения в недра, обеспечивают предотвращение вертикальных перетоков закачиваемых отходов по затрубному пространству. Принципиальная схема обустройства поглощающей скважины для закачки отходов бурения представлена на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 - Схема обустройства специальной поглощающей скважины (Сахалинская область)

([44])

В условиях разработки шельфовых нефтяных и газовых месторождений с морских буровых и добывающих платформ чаще всего используется подземное захоронение отходов бурения в недрах через поглощающую скважину путем создания системы трещин в пласте-коллекторе.

Скважинные подземные резервуары

Скважинные подземные резервуары используются для захоронения твердых или жидких отходов путем заполнения ими искусственно созданных резервуаров.

На практике известно использование скважинных подземных резервуаров при захоронении отходов в многолетнемерзлых породах ([45]).

Для создания скважинного подземного резервуара осуществляется тепловое разрушение дисперсных, обычно песчаных, многолетнемерзлых пород. В качестве теплового агента используется пар. Оттаявший песок поднимается на поверхность.

Пример обустройства скважинного подземного резервуара представлена на рисунке 2.10.

Рисунок 2.10 - Обустройство скважинного подземного резервуара ([45])

Использование специально создаваемых в многолетнемерзлых породах скважинных подземных резервуаров осуществляется в Ямало-Ненецком автономном округе для гидравлической или сухой закладки отходов добывающих, обрабатывающих и иных производств. Для ускорения промерзания отходов в скважинном подземном резервуаре устанавливаются сезонно-действующие охлаждающие устройства ([45]).

Системы обустройства для обращения с биогазом

Системы обустройства для обращения с биогазом сооружаются только на объектах захоронения твердых коммунальных отходов.

Они предназначены для предотвращения образования взрыво- и пожароопасных скоплений метана в массиве складированных отходов и защиты атмосферного воздуха.

Системы обустройства для обращения с биогазом подразделяются на:

- системы отвода биогаза;

- системы сбора биогаза.

Системы отвода биогаза выполняются в виде вертикальных и горизонтальных траншей и газоотводящих колодцев или скважин ([46]).

Системы отвода биогаза, выполняемые с помощью перечисленных устройств, основываются на природных процессах конвекции и диффузии. Такие системы устанавливаются в местах низкого газообразования и отсутствия перемещения газа.

Вертикальная траншея представляет собой полость, заполненную гравием, в пределах одной ячейки размещения отходов. Она сооружается на этапе эксплуатации ОРО.

Вертикальные траншеи восприимчивы к движениям тела ОРО, они легко деформируются и утрачивают свои функциональные свойства. Ремонт таких систем требует больших затрат.

Горизонтальная траншейная система устраивается после закрытия ОРО. Перед установкой верхнего изолирующего слоя на поверхности ОРО монтируются траншеи (рисунки 2.11, 2.12) на расстоянии друг от друга не более 50 м.

Рис. 2.11 - Устройство горизонтальной траншеи ([47])	Рис. 2.12 - Газосборная траншея с дренажной трубой (Пермский край) ([47])

В целях предотвращения засорение проницаемой среды, снизу горизонтальные траншеи укрываются фильтрующим материалом, например гравием.

В гравийном пакете устанавливаются дренажные перфорированные трубы из поливинилхлорида, полиэтилена высокой плотности, полипропилена, стеклопластика или другого подходящего по прочности непористого материала. Из-за коррозии, возможной в среде биогаза и конденсата, рифленая сталь обычно не используется.

Трубы соединяются друг с другом с помощью гибких соединений, что позволяет монтировать системы различной конфигурации и делает их менее восприимчивыми к деформациям ([46]).

Для обеспечения выхода биогаза на поверхность на траншее монтируются газовыпуски (рисунки 2.13, 2.14).

Рис. 2.13 - Газовыпуск при устройстве траншейной системы сбора биогаза ([46])	Рис. 2.14 - Газовыпуск при устройстве траншейной системы сбора биогаза (Пермский край) ([46])

При установке портов отбора проб биогаза появляется возможность проведения измерений давления, температуры газа, концентрации и контроля работы траншейной системы ([46]).

Главные преимущества траншейной схемы - простота строительства и относительно однородное изъятие биогаза.

Кроме вертикальных и горизонтальных траншей для отвода биогаза используются газоотводные скважины и газоотводные колодцы, для сооружения которых осуществляются буровые работы в теле отходов.

Системы сбора биогаза основываются на активных процессах дегазации и включают устройства, создающие градиент давления (компрессоры, вентиляторы), экстракционные скважины и горизонтальную систему сбора биогаза.

Компрессоры (или вентиляторы) обеспечивают эффективное извлечение газа из тела отходов.

Системы сбора биогаза предусматривает последующую утилизацию извлеченного газа (сжигание, очистка, сжижение и т.д.).

Эффективность системы сбора биогаза зависит от организации ее работы и конструкции, а также от методов управления. Эффективная система ориентируется на максимальный уровень газогенерации и сбор биогаза со всей территории объекта захоронения твердых коммунальных отходов, обеспечение контроля каждого элемента системы дегазации.

2.2.2 Технологии, применяемые при эксплуатации объектов размещения отходов

Транспортировка

Транспортировка отходов заключается в перемещении отходов от источника образования отходов к месту их размещения и осуществляется способами, исключающими негативное воздействие на ОС, посредством их потери в процессе перевозки или создания аварийных ситуаций.

Основные способы транспортировки отходов на ОРО:

- автомобильный транспорт;

- гидравлический транспорт;

- конвейерный транспорт;

- рельсовый транспорт.

Автомобильный транспорт используется для транспортировки отходов на все виды ОРО, когда отсутствует возможность организовать транспортировку другим видом транспорта.

Для транспортировки автомобильным транспортом используются специализированные машины: мусоровозы, шламовозы, самосвалы, прочий грузовой транспорт.

Предпочтительно использование автомобильного транспорта, когда:

- на ОРО поступают отходы от разных источников образования, в том числе расположенных отдельно друг от друга;

- между источником образования и ОРО значительное расстояние.

Гидравлический транспорт (гидротранспорт) по режиму работы системы гидротранспорта подразделяются на:

- безнапорные системы гидротранспорта;

- напорно-самотечные системы гидротранспорта;

- напорно-принудительные системы гидротранспорта;

- комбинированные системы гидротранспорта.

Безнапорная (самотечная) системы гидротранспорта. Безнапорный гидротранспорт отходов осуществляется по наклонным желобам, лоткам, трубам при их неполном заполнении. Система гидротранспорта представляют собой открытые лотки прямоугольного или трапецеидального сечения из сборного или монолитного железобетона с футеровкой дна и боковых стенок ([38]).

Напорно-самотечная система гидротранспорта. Напорно-самотечный гидротранспорт отходов осуществляется по полностью заполненным трубам, перемещение пульпы происходит за счет напора, создаваемого разностью отметок между началом трубопровода и точкой выпуска пульпы ([38]).

Напорно-принудительная система гидротранспорта. Напорно-принудительный гидротранспорт отходов осуществляется по полностью заполненным трубам, перемещение пульпы происходит за счет напора, создаваемого насосами ([38]).

Комбинированная (смешанная) система гидротранспорта. При комбинированном способе гидротранспорте отходов перемещение пульпы происходит в зависимости от рельефа и может транспортироваться по безнапорной системе и по напорно-самотечной или напорно-принудительной системе ([38]).

Основными преимуществами гидравлического способа транспортировки отходов является возможность:

- исключения погрузочно-разгрузочных работ;

- обеспечения непрерывности транспортно-технологического процесса;

- исключения пылеобразования и потери транспортируемого отхода, тем самым предотвращая негативное воздействие на ОС;

- проведения прокладки трубопроводов по кратчайшему расстоянию между источником образования и местом размещения отходов;

- создания полностью автоматизированной и дистанционно-управляемой системы транспорта.

К основным недостаткам гидравлического способа транспортировки отходов относятся:

- значительный расход воды;

- износ гидротранспортного оборудования при работе на абразивных материалах.

Гидравлический транспорт может быть использован при размещении отходов на:

- отвалах отходов добычи; отходов обогащения; отходов обрабатывающих производств; отходов производства электроэнергии и пара;

- хранилищах, предназначенных для хранения (кроме отвалов) отходов добычи и/или обогащения полезных ископаемых; обрабатывающих производств; производства электроэнергии и пара;

- системах подземного захоронения жидких и разжиженных отходов;

- системах подземного захоронения твердых и отвержденных отходов.

Конвейерный транспорт предусматривает транспортировку отходов посредством конвейеров по эстакадам и, в некоторых случаях, их пересыпку в перегрузочных узлах ([40]).

Конвейерный транспорт может быть использован при размещении отходов на:

- отвалах отходов добычи; отходов обогащения; отходов обрабатывающих производств; отходов производства электроэнергии и пара;

- хранилищах, предназначенных для хранения (кроме отвалов) отходов добычи и/или обогащения полезных ископаемых;

- системах подземного захоронения твердых и отвержденных отходов.

Рельсовый транспорт, используемый для транспортировки отходов к местам их размещения, расположенным на поверхности земли и в недрах. Рельсовый транспорт, используемый на поверхности земли, представлен железнодорожными составами. Рельсовый транспорт, используемый для размещения отходов в недрах, представлен специальными составами на электрической тяге, курсирующими по отработанным горным выработкам.

Рельсовый транспорт может быть использован при размещении отходов на:

- полигонах приповерхностного захоронения производственных отходов;

- системах подземного захоронения твердых и отвержденных отходов.

Прием отходов

Технологические операции по приему отходов на ОРО предназначены для ведения учета поступающих отходов и их контроля.

С целью контроля и учета отходов, отходы могут подвергаться радиационному дозиметрическому контролю, лабораторному контролю, взвешиванию. При учете отходов чаще всего фиксируются сведения о виде поступивших отходов, их объеме и/или массе, источнике образования.

На практике объем отходов, поступающих на ОРО автомобильным транспортом, учитывается чаще всего исходя из вместимости транспортных средств, коэффициентов уплотнения отходов и переводится в показатели массы. Такая система учета приводит к значительным погрешностям.

Масса отходов, учитываемая по результатам взвешивания заполненного и пустого автотранспорта на специальных весах, является более точным показателем.

Для весового контроля отходов, поступающих автотранспортом, используются:

- передвижные весовые платформы с ручным управлением;

- стационарные весовые механические платформы с ручным управлением;

- электронные весовые платформы с компьютерным управлением и системой передачи данных с помощью регистрационных магнитных пластиковых карточек;

- электронные весовые платформы с компьютерным управлением и автоматической радиопередачей информации.

Система учета и контроля поступающих отходов может быть автоматизированной.

Автоматизированная система контроля и учета отходов, поступающих на ОРО автотранспортом, включает оборудование для взвешивания отходов с возможностью получения, накопления и дальнейшей обработки данных в электронном виде, систему видеонаблюдения и программу обработки данных. Основой системы являются электронные весовые платформы с компьютерным управлением и системой передачи данных с помощью регистрационных магнитных пластиковых карточек, так называемых магнитных ключей (рисунок 2.15).

Рисунок 2.15 - Взвешивание отходов, поступающих автотранспортом, с использованием автоматизированной системы учета (Свердловская область) ([48])

При использовании на ОРО автоматизированной системы учета водитель автотранспорта получает магнитный ключ с персональными данными. Этот ключ дает право круглосуточного доступа на ОРО.

Учет отходов, поступающих на ОРО автотранспортом, с использованием автоматизированной системы осуществляется следующим образом: автомобиль заезжает на весы, водитель прикладывает ключ к считывающему устройству, система распознает автомобиль, фиксирует данные, загорается зеленый сигнал светофора, открывается второй шлагбаум на выезде с весов, который позволяет продолжить движение на ОРО к месту выгрузки отходов; после выгрузки отходов схема взвешивания и фиксации данных повторяется.

Для осуществления радиационного дозиметрического контроля отходов используются автоматические стационарные средства непрерывного радиационного контроля или портативные дозиметры.

На ОРО ТКО при выезде автотранспорта с ОРО предусматривается дезинфекция его колес с целью предотвращения биологического загрязнения прилегающей к ОРО территории.

Для дезинфекции могут быть использованы железобетонные ванны, заполненные дезинфицирующим раствором, дезинфицирующие коврики (или дезбарьеры) из влагостойкого поливинилхлорида, ручные или автоматизированные бесконтактные мойки в виде аппарата высокого давления.

Использование железобетонных ванн требует большого расхода воды и дезинфицирующего средства из-за их испарения и разноса колесами автотранспорта. Использование бесконтактных моек также требует большого количества воды и организации очистки стоков, образующихся при обмыве колес.

Подготовка отходов к размещению

Подготовка отходов к размещению направлена на регулирование их состава, агрегатного состояния и опасных свойств, и в зависимости от состава, агрегатного состояния, опасных свойств отходов и способа их размещения может выполняться следующими способами: раздельный сбор; сортировка (ручная, автоматическая); измельчение; прессование; брикетирование; комкование; затаривание; биологическая обработка; реагентная обработка; термическая обработка; обезвреживание; обезвоживание (в т.ч. отстаивание); сгущение; разжижение; фильтрация; усреднение состава; разделение на фракции; отверждение.

Операции по подготовке отходов к размещению могут производиться как непосредственно на ОРО, так и перед транспортировкой отходов к месту размещения.

Раздельный сбор как способ подготовки отходов к размещению применяется по отношению к ТКО.

Раздельный сбор и последующая дифференцированная обработка выделенных потоков позволяет не только сократить объем/массу захораниваемых ТКО, но и изменить их свойства. В частности, выделение и переработка биоразлагаемых компонентов позволяет снизить эмиссии биогаза.

Варианты раздельного сбора ТКО:

- неполный раздельный сбор отходов - все отходы делятся на два потока, каждый из которых состоит из нескольких компонентов;

- полный раздельный сбор отходов - все отходы делятся на три и более потока, некоторые из которых (при соблюдении правил раздельного сбора) представляют собой однокомпонентную смесь.

Неполный (частичный) раздельный сбор осуществляется в два контейнера. При этом возможно два варианта: с выделением пищевых отходов или с выделением смеси вторичного сырья.

При выделении пищевых отходов в один контейнер собираются пищевые и прочие влажные отходы, которые направляются на аэробную стабилизацию или компостирование, а в другой - сухие отходы, представляющие, смесь утильных фракций и балластных компонентов, которая идет на сортировку.

При неполном раздельном сборе с выделением утильной фракции в один контейнер собирается смесь вторичного сырья, а в другой смесь отходов (пищевые, балластные и т.п.). Смесь вторичного сырья содержит до 70% и более вторичных фракций (пластик, бумага, стекло, металл и др.) и после сортировки может подвергаться переработке.

При организации полного раздельного сбора целевые утильные фракции собираются в различные контейнеры. К преимуществам такого способа сбора отходов относятся возможность максимального использования ресурсного потенциала отходов и возможность реже вывозить фракции, не подверженные гниению при соблюдении санитарных условий. К недостаткам такой схемы относятся высокие затраты, зависимость от степени вовлечения населения, социальных и экономических стимулов и сложность организации: подбор техники, разработка маршрутов вывоза.

Чем большее число фракций и масса отходов отбирается, тем более такая система сбора отвечает требованиям рационального использования ресурсов, однако тем выше затраты на ее реализацию.

С точки зрения последующего разложения отходов, захороненных на ОРО ТКО, и воздействия продуктов их разложения на объекты окружающей среды, приоритетно выделение и исключение захоронения, во-первых, органических биоразлагаемых материалов, являющихся источников образования биогаза и, во-вторых, токсичных веществ, которые будут вымываться из массива отходов с фильтрационными водами. Поэтому выделение органических отходов в отдельный поток и их предварительная биологическая стабилизация, а также раздельный сбор и обезвреживание опасных материалов, например, ртутьсодержащих люминесцентных ламп и отработанных химических источников тока (батареек и аккумуляторов) имеют наибольшее значение.

На практике раздельный сбор не позволяет выделять "чистые" целевые потоки, поэтому сортировка является обязательным продолжением такой технологической цепочки.

Сортировка отходов применяется для подготовки ТКО к захоронению.

Под сортировкой отходов понимается процесс обработки отходов, который включает разделение отходов на качественно различающиеся компоненты (стекло, пластик, металл, бумага и пр.) с целью вторичного использования.

В обычной практике сортировки материалов различают ручную, автоматизированную и автоматическую сортировку. При ручной сортировке распознавание нужных материалов производится персоналом визуально, а отбор осуществляется вручную, хотя отдельные вспомогательные операции (подача материала на сортировочный конвейер, предварительный рассев по крупности) могут быть механизированы. Линии автоматизированной сортировки значительно облегчают ручной труд, однако распознавание интересующих компонентов, как правило, выполняется человеком. На линиях полностью автоматической сортировки материалов весь процесс сортировки отходов, а именно идентификация отбираемых материалов и их выделение из общего потока, происходит без участия персонала. Как правило, в основе технологии линий автоматической сортировки лежит использование сенсоров оптического определения материалов путем облучения потока излучением с определенными длинами волны и последующего спектрального анализа отраженного от поверхности материала излучения или интенсивности и спектра рентгеновских лучей, прошедших сквозь образец.

Ручная сортировка в промышленных масштабах реализуется на мусоросортировочных станциях, заводах и комплексах, основным элементом которых является линия ручной сортировки отходов.

Традиционная схема сортировки отходов выглядит следующим образом. На участке приема-разгрузки, отходы по подающему конвейеру поступают в кабину сортировки, где при их движении по сортировочному конвейеру рабочие постов отбора выделяют тот или иной вид вторичного сырья. Каждый пост обслуживается одним рабочим, каждый рабочий отбирает только один вид вторичных отходов. Отсортированные отходы опускаются в соответствующую воронку и попадают на пол в секцию, расположенную под сортировочной площадкой, или в специальный контейнеры, откуда периодически отгружаются на склад вторичного сырья, при необходимости после прессования.

В качестве механической подготовки отходов могут использоваться вращающийся грохот, динамический сепаратор и другие устройства, обеспечивающие предварительный разрыв и ворошение пакетов, отделение мелкой фракции. При помощи магнитного и электродинамического сепаратора отделяются черные и цветные металлы соответственно.

Автоматическая сортировка. Поступающий для сортировки материал равномерно подается по транспортеру к области работы сенсоров. Технология основывается на облучении поверхности отходов излучением с определенной длиной волны, а распознавание производится с помощью сравнения спектра отраженного от поверхности отхода светового сигнала с уже имеющимся спектром в базе данных системы.

В конце транспортера находится один или два пневмомодуля, снабженные рядом пневмодюз. После распознавания нужного для сортировки компонента, через расчетное время открываются необходимые дюзы, и распознанный компонент отстреливается из потока с помощью сжатого воздуха. Таким образом, из потока материалов можно выделить две или три (при условии установки второго пневмомодуля) фракции.

Кроме деления на ручную и автоматическую различают также положительную и отрицательную сортировки. Выделения вторичного сырья из смеси отходов - положительная сортировка - со стола конвейера, на который подаются отходы, изымаются определенные фракции, которые затем складируются в выделенную для них емкость; в конечном итоге, на конвейере остаются исключительно отходы, не подлежащие сортировке. Очистка вторичного сырья, полученного в результате раздельного сбора - отрицательная сортировка - на конвейерный стол высыпаются отходы, представленные главным образом одной фракцией, задача рабочего - удалить отходы, не относящиеся к этой фракции; в конечном итоге на конвейере остается лишь отсортированная фракция.

Отрицательная сортировка считается более эффективным методом, поскольку рабочим необходимо обследовать меньшее количество компонентов и затрачивать меньше усилий. Он используется в том случае, когда доля одного компонента, поступающего на конвейер, составляет 50% или более, например, для очистки и повышения качества вторичных материалов, полученных в результате раздельного сбора (так как жители не всегда четко выполняют инструкции по раздельному сбору).

Измельчение представляет собой процесс уменьшения размеров частиц до требуемых размеров путем механического воздействия.

Измельчение отходов используется для подготовки к захоронению ТКО и для подготовки к захоронению в недрах жидких и разжиженных отходов, главным образом отходов, образованных в результате бурения скважин.

Измельчение ТКО

Твердые коммунальные отходы включают обширную номенклатуру материалов с разными физико-механическими свойствами. Так, дерево плохо сопротивляется излому, а такие материалы как металл, твердые пластики, полимерные пленки, обладающие высокой упругостью, при воздействии излома, раздавливания, раскалывания, истирания лишь деформируются без потери целостности компонента. Это обуславливает низкую эффективность применения таких способов измельчения. На практике для дробления ТКО используются только ударную технологию и технологию среза. Ударная технология реализована в конструкциях молотковых и роторных дробилок, технология среза - в конструкциях шредеров.

Для измельчения используются дробильные установки, принцип действия которых зависит от состава и свойств отходов. Они выпускаются в различных конструктивных вариантах:

- стационарные и мобильные (на колесной паре, гусеничном ходу);

- укомплектовываются дизельным или электрическими двигателями.

Для предварительного измельчения отходов перед захоронением на полигонах ТКО обычно используются:

- дробилки для древесных отходов;

- дробилки для строительных отходов;

- универсальные шредеры.

Дробление древесных отходов

Для дробления древесных отходов используются щековые, конусные, ударно-валковые (дисковые или стержневые), молотковые роторные, барабанные (вращающиеся или вибрирующие), роликовые дробилки.

Щековые агрегаты состоят из двух щек (одна - подвижная, другая - нет), расположенных клинообразно по отношению друг к другу, то есть сверху отверстие больше, а снизу значительно уже. Узкая часть по размеру должна соответствовать размеру будущих древесных полуфабрикатов. Сверху в дробилку засыпается сырье, движущаяся щека с силой давит на сырье, пытаясь приблизиться к неподвижной щеке. Под давлением отходы ломаются и осыпаются вниз. Как только они становятся такими же маленькими, как узкое отверстие, они осыпаются вниз. Щековые машины подходят для обработки средних и боле крупных отходов.

Конусные агрегаты состоят из стакана, в который засыпается сырье и подвижного конусообразного пальца. Конусный палец вращается и совершает возвратно-поступательные движения, то входя, то выходя из стакана. На входе сырье подвергается разлому, во время выхода измельченное сырье осыпается вниз. Конусными машинами можно получать полуфабрикаты любой формы и размера. Простота устройства и меньшее время холостого хода повышает эффективность конусных агрегатов над щековыми.

Ударно-валковые машины состоят из двух валков, вращающихся друг на друга и двух отверстий - приемного и выходного. Древесное сырье засыпается сверху, попадает между валками, ударяется о них, раздавливается и осыпается вниз. В зависимости от типа валков можно получить полуфабрикат от 3 до 6 мм.

В ударных дробилках молотковороторного типа, на роторе закреплены молотки, которые при вращении первого последовательно разбивают подающееся сверху сырье на мелкие части. У молотилок обычно большая производительность, однако от них много пыли и сора, а молотки быстро разрушаются при длительном контакте с крупными отходами.

Барабанные дробилки представляют собой барабан, в который нагружают сырье, а затем раскручивают его до определенной скорости, чтобы частицы древесных отходов при ударе друг о друга разрушались и измельчались.

Дробление строительных отходов

Дробилки для строительных отходов подразделяются на:

- щековые (дробимый материал разрушается, попадая в зазор между статичной и подвижной прессующими частями-щеками);

- молотковые (разрушение материала происходит от ударного воздействия установленных на роторе молотков).

Обычно используются щековые дробилки, способные перерабатывать бетон, асфальт и строительные отходы. В такие дробилки нельзя загружать волокнистые и клейкие материалы.

Использование шредеров

Шредеры в силу своей универсальности получили наибольшее распространение. В основном шредеры служат для грубого дробления материала с получением фракций 150 - 70 мм.

Измельчение материалов в шредере осуществляется за счет воздействия на компонент разрывающего усилия, создаваемого при заклинивании компонента между вращающимися друг навстречу другу рабочими роторами, оснащенными ножами, либо между ротором и корпусом шредера.

По конструкции принципиально различают однороторные, двухвальные и четырехвальные шредеры.

Универсальные промышленные шредеры могут эффективно измельчать различные виды материалов: отходы деревообработки, деревянные бревна, деревянные ящики и поддоны, картон, полимерную пленку, пластмассовые литники, трубы, смешанные виды отходов, в более мелкую фракцию, которая регулируется диаметром ячеек сита. Преимущественно используются для измельчения отходов с последующей утилизацией. При крупнофракционном измельчении обладают высокой пропускной способностью.

Промышленные шредеры для ТКО и строительного мусора предназначены для первичного (крупного) измельчения деревянных бревен любого диаметра, пней, отходов выкорчевки, деревянных шпал, старой мебели, объемных деревянных конструкций, отходов деревообработки, деревянных поддонов, смешанных полимерных отходов, грунта, смешанного строительного мусора. Способны измельчать отходы с включениями металла до 20% от общего объема, обладают очень высокой производительностью и чаще всего используются для измельчения отходов на полигонах для очень больших объемов.

Измельчение буровых отходов

В период подготовки к закачке в недра через поглощающую скважину, твердая фаза отходов (основную массу которой составляет, как правило, выбуренная порода) отделяется от жидкой фазы (как правило, бурового раствора) и измельчается.

Измельчение может осуществляться с использованием механических или гидравлических перемешивателей и перекачивающе-измельчающих насосов. Крупность измельченных частиц контролируется на виброситах.

На следующем этапе, с целью разжижения твердой фазы и образования пульпы пригодной для закачки в недра через скважину, может добавляться вода (морская вода, попутные воды или воды, использованные для собственных производственных и технологических нужд) и, при необходимости, специальные реагенты. Реагенты добавляются с целью достижения требуемых реологических свойств.

Свойства пульпы зависят от литологических характеристик выбуренной породы, гранулометрического состава и соотношения бурового шлама и воды в пульпе.

Готовая пульпа содержит около 5% - 10% твердой фракции и 90% - 95% жидкости. ([44]).

Прессование представляет собой процесс обработки отходов давлением, производимый с целью увеличения плотности и уменьшения объема. Прессование применяется для подготовки к захоронению ТКО.

Прессование отходов обычно выполняется для уменьшения транспортных затрат при доставке отходов к месту захоронения с использованием следующего оборудования:

- уплотняющих мусоровозов, в том числе с толкающими плитами или роторного типа;

- мобильных пресс-компакторов;

- пресс-контейнеров.

После разгрузки из указанных устройств на месте захоронения отходы рассыпаются и их плотность снова снижается.

При использовании оборудования с высоким коэффициентом уплотнения плотность отходов после разгрузки выше плотности неуплотненных отходов, размещенных навалом. Это облегчает выполнение последующих операций по размещению отходов.

Брикетирование применяется при подготовке к захоронению ТКО и представляет собой прессование отходов в куски однородного состава и геометрически правильной формы, так называемые брикеты, с последующей обвязкой их бечевкой, проволокой, сеткой, пленкой или другими материалами с целью предотвращения разрушения.

Для брикетирования обычно применяются специальные механизированные комплексы, состоящие из измельчителей (дробилок), уплотнителей - брикетирующих установок и, в отдельных случаях, упаковочных машин.

Технология уплотнения отходов с последующим складированием их на ОРО ТКО включает автоматизированное прессование отходов в тюки (брикеты). При этом используется пресс, создающий давление, обеспечивающее уменьшение первоначального объема отходов в несколько раз.

Упаковка отходов в тюки позволяет в 3 - 6 раз (в зависимости от прессуемого материала) уменьшить объемы обработанных отходов и осуществлять его длительное экологически безопасное хранение.

Упакованные отходы удобны для транспортировки - при помощи погрузчика, оборудованного специальным захватом, тюки можно грузить на любой транспорт.

Прессовочные станции могут располагаться и на ОРО ТКО и в пределах населенных пунктов.

Комкование (окатывание) представляет собой процесс окусковывания мелкодисперсных отходов в формы, близкие к сферической. Для придания необходимой прочности и водостойкости окомкованных отходов вводятся добавки, обладающие вяжущими свойствами (цемент, известь, золы и т.д.).

В качестве оборудования для комкования отходов могут использоваться грануляторы барабанного или тарельчатого типа ([49]).

Технология комкования позволяет уменьшить количество влаги в отходе, тем самым, может быть обеспечено снижение образования фильтрационных вод и уменьшение объемов размещаемых отходов.

Биологическая обработка применяется для подготовки к захоронению ТКО. В качестве биологической обработки ТКО используют компостирование или сбраживание.

Компостирование отходов может осуществляться несколькими способами, которые отличаются: уровнем механизации (площадки компостирования, биотермические барабаны, тоннели и т.п.); условиями и сроками проведения процесса (от нескольких недель до 2-х лет); качеством компоста (предварительная очистка от балластных компонентов или грохочение готового компоста).

При сбраживании отходы первоначально подвергаются аэробному гидролизу органической части отходов, при котором происходит перевод органических веществ в растворенное или взвешенное состояние и отделение полученной пульпы от нерастворимых компонентов (стекла, пластика) путем процеживания. Полученная пульпа подвергается анаэробному сбраживанию с образованием биогаза. Остатки сбраживания (около 40% первоначальной массы отходов) поступают на компостирование.

В Ленинградской области на заводе по механизированной переработке ТКО отходы перерабатываются методом биотермического компостирования в биотермических барабанах с извлечением некомпостируемых фракций (черный и цветные металлы, камни, стекло, древесина, п/э-пленка, ветошь, картон, макулатура и пр.), с получением компоста (биотоплива и органического удобрения).

Термическая обработка отходов перед их размещением осуществляется методами сжигания, пиролиза, газификации. Подробно технологии сжигания и пиролиза отходов рассмотрены соответственно в справочниках НДТ "Обезвреживание отходов термическим способом (сжигание отходов)" и "Утилизация и обезвреживание отходов (кроме обезвреживания термическим способом (сжигание отходов)".

Обезвреживание отходов перед их размещением осуществляется с целью уменьшения массы отходов, изменения их состава, физических и химических свойств, что обеспечивает снижение их негативного воздействия на ОС. Подробно технологии обезвреживания отходов рассмотрены в справочниках НДТ "Обезвреживание отходов термическим способом (сжигание отходов)" и "Утилизация и обезвреживание отходов (кроме обезвреживания термическим способом (сжигание отходов)".

Реагентная обработка применяется при подготовке к захоронению буровых отходов перед нагнетанием (закачкой) в недра. После измельчения твердой фазы буровых отходов и смешения ее с жидкой фазой до образования пульпы пригодной для закачки. В случае если жидкость и тип горной породы, представленные в пульпе, не дают достаточную вязкость, то в пульпу добавляется реагент, представленный специальным полимером (загуститель), чтобы создать определенную реологию с целью предотвращения выпадения твердых частиц в осадок при подаче ее в нагнетательную скважину.

Затаривание отходов. Затариванию перед размещением подвергаются отходы, обладающие опасными свойствами, растворимые в воде и имеющие высокий класс опасности.

Твердые и пастообразные отходы, не обладающие пожароопасными свойствами, имеющие I класса опасности для окружающей среды, содержащие растворимые в воде компоненты, перед размещением затаривают в контейнеры, обычно стальные.

Для затаривания отходов конструкционный материал контейнера должен обладать коррозионной стойкостью по отношению к отходам (скорость коррозии не должна превышать 0,1 мм/год). Толщина стенки контейнера должна быть не менее 10 мм.

Контейнеры подвергаются двойному контролю на герметичность - до и после заполнения отходами.

Отходы, имеющие II - IV класс опасности для окружающей среды, перед размещением в железобетонных бункерах могут быть затарены в другие виды упаковки, помимо металлических контейнеров. Например, в двойные полиэтиленовые или бумажные мешки.

Обезвоживание отходов применяется при размещении производственных отходов на полигонах приповерхностного захоронения и при захоронении твердых и отвержденных отходов в недрах.

Отходы могут обезвоживаться механическим или термическим методами. Применение физико-химических методов обезвоживания, основанных на поглощении влаги из высушиваемого материала путем соприкосновения с гигроскопическими веществами, при подготовке отходов к размещению не используются.

Процесс механического обезвоживания (в том числе отстаивание) заключается в разделении систем "жидкость - твердое тело" под действием механических сил (давления, гравитации, центробежной силы).

Механическому обезвоживанию подвергаются отходы в виде суспензий и прочих дисперсных системы.

Оборудование для механического обезвоживание по способу создания и значению движущей силы процесса делится на отстойники (где разделение осуществляется в поле сил тяжести), вакуум-фильтры (движущая сила процесса создается разрежением под фильтровальной перегородкой), отстойные и фильтрующие центрифуги (разделение в которых осуществляется за счет центробежной силы) и др. Для улучшения водоотдачи может проводится их предварительная обработка реагентными и безреагентными способами (в качестве реагентов используют известь, соли железа и алюминия).

К термическим методам обезвоживания относятся выпаривание и сушка. Выпариванию подвергаются жидкие отходы; удаление влаги происходит из всей массы жидкости при ее температуре кипения. Влага из пастообразных и твердых отходов удаляется только сушкой; при сушке влага удаляется с поверхности материала. По мере удаления влаги с поверхности материала за счет разности концентраций влаги внутри материала и на его поверхности происходит движение влаги к поверхности путем диффузии. В некоторых случаях имеет место термодиффузия, когда движение влаги внутри отхода происходит за счет уменьшения разности температур на поверхности и внутри отхода.

Процесс сушки осуществляется за счет подводимой к отходу тепловой энергии, вырабатываемой в генераторе тепла. Генератором тепла могут служить паровые или газовые калориферы, топки, инфракрасные излучатели и генераторы электрического тока. Выбор генератора тепла обычно определяется схемой и методом сушки, физическими свойствами высушиваемого отхода и требуемым режимом сушки ([50], [51]).

Разжижение и сгущение применяется при подготовке отходов к размещению на разных видах ОРО.

Чаще всего операции разжижения и сгущения отходов применяются для подготовки отходов к транспортировке гидравлическим транспортом. Например, при расходах пульпы отходов 5000 - 50 000  ее сгущение с отношением твердой и жидкой фаз 1:10 считается целесообразным при удалении ОРО от источника образования отходов более 5 - 7 км, при размещении ОРО на расстоянии более 3 км гидравлическим транспортом на ОРО направляется пульпа с соотношением твердой и жидкой фаз 1:20 - 1:30 ([38]).

Разжижение, в том числе, применяется для подготовки пульпы буровых отходов для закачки в недра.

Фильтрация. Процесс фильтрации отходов применяется при подготовке жидких отходов обрабатывающих производств к закачке в недра и направлен на очистку отхода от взвешенных частиц. В качестве оборудования для фильтрации отходов могут использоваться патронные фильтры.

Усреднение состава отходов осуществляется при подготовке жидких отходов к закачке в недра через нагнетательные скважины. Усреднение состава отходов перед их закачкой направлено на приведение состава отходов к качеству, требуемому в соответствии с лицензионным соглашением на пользование недрами. Усреднение состава отходов осуществляется в прудах-усреднителях.

Разделение на фракции отходов применяется при подготовке буровых отходов и прочих дисперсных отходов содержащих нефтепродукты и заключается в выделении из отходов жидкой фазы (водорастворимой), твердой фазы и нефтепродуктов.

Для разделения отходов на фракции используются следующие операции: обезвоживание, нагрев, измельчение, центрифугирование.

Разделение отходов на фракции может рассматриваться как способ утилизации отходов, который подразумевает под собой использование отходов для производства продукции, выполнения работ, оказания услуг, включая повторное применение (рециклинг, регенерация, рекуперация).

Основными преимуществами разделение на фракции отходов, содержащих нефтепродукты, являются:

- извлечение полезного ресурса из отходов (нефтепродуктов;

- снижение опасных свойств отходов (токсичность, пожароопасности).

Отверждение отходов при подготовке их размещению применяется при закладке пастообразных отходов в недра. Отверждение отходов может происходить путем их обработки паром или химическими составами (например, остекловывание) ([52]).

Основным преимуществом отверждения пастообразных отходов перед закладкой является минимизация негативного воздействия на ОС.

Размещение (способы складирования отходов)

Технологические операции по размещению отходов различны в зависимости от их состава, агрегатного состояния и опасных свойств. Кроме того, выбор способа размещения отходов зависит от вместимости ОРО, климатических, топографических и геологических условий.

На практике встречаются следующие основные способы размещения отходов: размещение навалом (насыпью), размещение в брикетах, размещение в таре, размещение гидронамывом, размещение нагнетанием в пласт-коллектор, размещение нагнетанием в полость, размещение закладкой гидравлической, размещение закладкой сухой.

Размещение навалом (насыпью) представляет собой способ приповерхностного размещения отходов путем их наваливания, насыпания. Способ применяется при размещении отходов на поверхности земли и бункерах.

Размещение отходов навалом (насыпью) на практике осуществляется как без дополнительных операций, так и с проведением дополнительных операций, таких как уплотнение отходов, их послойная изоляция, орошение.

Размещение отходов навалом (насыпью) без дополнительных технологических операций на практике применяется при размещении в отвалах отходов добычи полезных ископаемых, в основном вскрышных пород, отходов обогащения полезных ископаемых и отходов производства электроэнергии и пара.

Такой способ размещения отходов не требует существенных экономических затрат, но не им