ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ И ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОМУ КОМПЛЕКСУ ФГУП ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЦЕНТР БЛАГОУСТРОЙСТВА И ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО СБОРУ, ОЧИСТКЕ И ОТВЕДЕНИЮ СТОЧНЫХ ВОД ПОЛИГОНОВ ЗАХОРОНЕНИЯ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

МОСКВА

2003

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ И ЖИЛИЩНО -КОММУНАЛЬНОМУ КОМПЛЕКСУ ФГУП ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЦЕНТР БЛАГОУСТРОЙСТВА И ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ

УТВЕРЖДАЮ ДИРЕКТОР ФГУП ФЕДЕРАЛЬНОГО ЦЕНТРА БЛАГОУСТРОЙСТВА И ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ Д.С.ТУКНОВ

25 АПРЕЛЯ    2003Г.

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО СБОРУ, ОЧИСТКЕ И ОТВЕДЕНИЮ СТОЧНЫХ ВОД ПОЛИГОНОВ ЗАХОРОНЕНИЯ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

МОСКВА

2003

Таблица 2 Характеристика фильтрационных вод полигона по показателям, зависящим от этапов биодеградации ТБО

Показатель Фаза ацетогенеза Метановая фаза Среднее значение Диапазон концентраций Среднее значение Диапазон кон- . центраций pH 6.1 4.5-7.5 8.0 7.5-9.0 БПК5,мг02/дм3 13000 4000-40000 180 20-550 ХПК, мг02/ дм5 22000 6000-60000 3000 500-4500 ыж5/хпк 0.58 0.06 _ S04* мг/дм3 500 70-1750 80 10-420 | Са2+ мг/дм7 1200 10-2500 60 20-600 СГ мг/дм1 50 100-1000 2500 1000- 5000 ; NH\ МГ/ДМ3 750 30-3000 250 50-500 Mgz+ мг/дм3 470 50-1150 180 40-350 Fe (об.), мг/дм’ 120 20-1700 15 3-180 Мп2* мг/дм3 25 0.3-65 0.7 0.03-45 [ Zn2* мг/дм3 _5?__ 0,1-120] 0,6 0,03-4.0

Химический состав фильтрационных под полигона

Таблица 3

Показатель Среднее значе ние Диапазон концентраций Показатель Среднее значе ние Диапазон кон цент- | раций Na+ мг/дм3 1350 50-4000 Со2* м кг/дм3 55 0.5-140 К* мг/дм3 1100 10-2500 С<Р мкг/дм3 6 4-950 N0*., мг/ дм3 600 10-4250 Ni 2*мкг/дм3 200 20-2050 ЙОз мг/ дм3 3 0.1-50 Сг3* мкг/ дм3 300 30-1600 NO2 мг/дм3 0.5 0-25 Си 2*мкг/дм3 80 4-1400 Noe» мг/дм3 1250 50-5000 Hgb мкг/дм3 10 0.2-50 Роб- мг/дм3 6 0.1-30 Фенол мкг/дм3 5,2 10- 15000 Л53+мкг/дм3 160 5-1600 У глеводороды мг/дм3 1,1 0,1-200 Pb2t мкг/дм3 90 8-1020 Хлороргани-ческис соединения, мкг/дм3 20 10-150

ю

I II    III    IV    V

Рис. 2. Изменение химического состава фильтрационных вод на различных этапах деструкции ТБО.

I    - фаза аэробной деструкции и гидролиза,

II    - фаза ацетогенеза,

III    - фаза активного мстаногснсза,

IV    - фаза стабильного метаногеиеза,

V- фаза ассимиляции.

2. СБОР СТОЧНЫХ ВОД ПОЛИГОНОВ ТБО

2.1.    Сбор сточных вод полигонов ТБО должен осуществляться с помощью дренажной системы.

2.2.    Дренажная система полигона выполняет следующие функции:

-    собирает избыточную влагу складируемых отходов и инфильтрат атмосферных осадков, препятствуя их неконтролируемому сбросу в гидрографическую сеть;

-    обеспечивает организованный отвод фильтрата полигона на очистные сооружения; снижает действующее гидростатическое давление на поверхности противофильтрационного экрана;

-    предохраняет защитный слой пленочного противофильтрационного экрана от размыва поверхностным стоком на территориях, еще не занятых отходами, за счет дробления водосборной площади участка захоронения отходов на более мелкие фра! менты.

2.3.    Система отвода сточных вод включает горизонтальный дренаж. Схемы конструкции основания тела полигона представлена на рис.З .

2.4.    Горизонтальный дренаж предназначен для отвода сточной воды, просочившейся к основанию полигона, за его пределы в контрольно-регулирующий пруд и на очистные сооружения. Горизонтальный дренаж состоит из регулярной сети рядовых дрен, равномерно располагаемых в основании полигона под острым углом к горизонталям спланированного рельефа и центральной дрены. При уклоне поверхности экрана 0,03 допустимое расстояние между рядовыми дренами не должно превышать 50 м, при уклоне 0,04 - 32 м, при уклоне 0,05 - 23 м. Схема рядовой дрены представлена на рис. 4. Для предотвращения просачивания фильтрата под дреной закладывается водоупорный слой глинистого грунта толщиной 0,5 м.

2.5.    Отвод фильтрата осуществляется с помощью дренажного коллектора. По длине коллектора устанавливаются колодцы по TI1 902-09-22.84.(см. рис.5)

2.6.    На эксплуатируемых и рекультивируемых полигонах при отсутствии дренажной системы для сбора фильтрационных вод целесообразно использование водоотводных устройств: нагорных каналов, дамб, расположенных по внешнему контуру полигона. Возможно использование кольцевой дрены, вдоль ограждающей дамбы и устроенной в выемке естественного водоупорного слоя основания свалки.

2.7.    Сбор ливневых вод (поверхкостного стока) с поверхности водозащитного покрытия рекультивируемой свалки осуществляется по закрепленным руслам (лотки-быстротоки, водоспуски и т.п.), обеспечивающие максимальный отвод стоков без размывов и сброс за пределы полигона (на рельеф, водотоки).

2.8.    Система сбора и отвода должна обеспечивать самотечную подачу стоков из дренажного коллектора на очистные сооружения.

13

Рис. 3. Конструкция основания полигона.

1 - ТБО, 2- защити о-дренажный слой (песчано-гравийная смесь и щебень крупных фракций),3 - дренажная труба для сбора фильтрата, 4- защитный слой (песчаная подушка), 5 - иротивофильтрационный экран, 6,7,8 - минеральные водонепроницаемые слои (количество 1-3, мощность каждого слоя 25 см), 9- спланированная поверхность подстилающих коренных пород, 10 -коренные породы.

Рис.4. Типовая схема конструкции дренажа

14

Рис.5.Соединение дренажных коллекторов и дрен для сбора фильтрата на полигоне ТБО. 1 - дренажный коллектор; 2 -дрена с перфорацией; 3-угол примыкания дрены к коллектору 60°; ^перфорированный участок коллектора; 5-сборный колодец

2.9.    Для усреднения состава и предварительной очистки ФВ целесообразен отвод фильтрата из тела полигона в контрольно-регулирующий пруд.

2.10.    Целевое назначение контрольно-регулирующего пруда:

-    накопление всех видов сточных вод полигона (фильтрата, за1рязнен-ных ливневых и хозяйственно-бытовых);

-    усреднение состава стоков и равномерная подача их на очистные сооружения:

-    первичная очистка стоков в результате длительного отстаивания, естественных физико-химических и биохимических процессов.

2.11.    Контрольно-регулирующий пруд должен иметь противофильт-рационную защиту. Конструкция фильтрационного экрана пруда может быть аналогична конструкции противофильтрационной защиты основания полигона ТБО (5,8).

15

УДК 628.4

Рекомендации по сбору, очистке и отведению сточных вод полигонов захоронения твердых бытовых отходов разработаны в соответствии с нормативными материалами по охране окружающей среды.

Разработаны отделом санитарной очистки городов и утилизации отходов Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова (Абрамов Н.Ф.) и кафедрой охраны окружающей среды Пермского технического университета (Вайсман Я.И., Рудакова Л.В., Глушанкова И.С., Коротаев В.Н., Батракова Г.М., Максимова С.В.)

Рекомендации предназначены для работников жилищно-коммунального хозяйства и проектных, научных, учебных и природоохранных организаций.

Утверждены Государственным комитетом российской федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплексу 25 .04.2003

С предложениями и вопросами можно обращаться на кафедру охраны окружающей среды ПсрмГТУ Тел. (34-22) 39-14-82,

Факс    39-17-72

E-mail:    есо@    pstu.ac.ru

614000 Пермь, Комсомольский пр.,29¹

СОДЕРЖАНИЕ

Введение    4

1    Условия образования и характеристика сточных вод полигонов 5 захоронения твердых бытовых отходов

2    Сбор сточных вод полигонов захоронения ТБО    15

3.    Очистка сточных вод полигонов захоронения ТБО    18

4.    Рекомендуемые технические решения и технологии очистки

фильтрационных вод полигонов ТБО на различных этапах жизненного цикла    23

4.1.    Технологии очистки фильтрационных вод проектируемых полигонов и полигонов, находящихся на стадии активной эксплуата- 23 ции

4.2.    Технологии очистки фильтрационных вод полигонов ТБО, на

ходящихся на рекультивационном и пострскультивационном этапах    26

эксплуатации

4.4.    Технологии очистки фильтрационных вод полигонов ТБО малых населенных пунктов    30

4.5.    Рекомендуемое оборудование и материалы для технологий очистки фильтрационных вол    31

5.    Критерии выбора технологии очистки фильтрационных вод для

конкретных полигонов    35

6.    Мониторинг подземных и поверхностных вод в зоне влияния

полигонов ТБО    37

Литература    43

Приложение 1

Приложение 2 Приложение 3 Приложение 4

з

ВВЕДЕНИЕ

Негативное воздействие полигона захоронения твердых бытовых отходов (ТБО) на водные объекты обусловлено фильтрационными водами (ФВ), образующимися за счет влажности отходов, инфильтрации атмосферных осадков через тело полигона, биохимических процессов деструкции ТБО[1,2,3,4].

Возрастающие требования к обеспечению санитарного состояния населенных пунктов и охране водных объектов приводят к необходимости разработки эффективных технологий по очистке фильтрационных вод полигонов ТБО.

Выбор технического решения и технологии очистки ФВ определяется химическим и микробиологическим составом сточных вод, этапом жизненного цикла полигона ТБО, мощностью объекта.

Рассмотрены условия формирования ФВ, определены основные факторы, влияющие на их состав, разработана методика прогноза изменения химического состава ФВ (по величине ХПК) на различных этапах жизненного цикла.

Особенности формирования ФВ, их сложный изменяющийся состав и объем, значительное отличие от промышленных и муниципальных сточных вод, создают сложности при принятии технических решений, проектировании и эксплуатации технологий очистки фильтрата.

Рекомендации по сбору, очистке и отведению ФВ полигонов ТБО основаны на результатах анализа отечественного и зарубежного опыта, собственных исследований и проектных разработок по очистке ФВ полигонов крупных и малых населенных пунктов, находящихся на различных этапах эксплуатации, и могут быть использованы при принятии технических решений, выборе технологий очистки ФВ полигонов ТБО.

Рекомендации содержат основные положения, которые следует соблюдать при разработке систем сбора и очистки сточных вод полигонов ТБО для обеспечения охраны водных объектов и предназначены специалистам, занимающимся проблемами проектирования, рекультивации и эксплуатации полигонов ТБО.

4

1. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧНЫХ ВОД ПОЛИГОНОВ ЗАХОРОНЕНИЯ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

1.1.    На полигонах захоронения твердых бытовых отходов (ТБО) образуются несколько видов сточных вод:

-    на участках захоронения отходов в результате инфильтрации атмосферных осадков, выделения отжимной воды и биохимических процессов разложения отходов образуются фильтрационные воды (ФВ);

-    на территории хозяйственной зоны - поверхностный сток и хозяйственно-бытовые воды.

1.2.    Концентрации загрязнений в поверхностном стоке с территории хоздвора принимаются по справочному пособию к СНиП 2.04.03-85 [5] и составляют: взвешенные вещества - 500 мг/л; нефтепродукты - 30 мг/л; BllK_nQflH - 30 мг/л; ХПК -150 мг/л; общая минерализация - 500 мг/л;

1.3.    Хозяйственно-бытовые сточные воды образуются на территории хозяйственной зоны и соответствуют по составу городским хозяйственнобытовым сточным водам: взвешенные вещества - 100-300 мг/л, БПК_П0Л„ -120-300 мг/л, аммонийный азот - 30-50 мг/л.

1.4.    Объем и химический состав ФВ формируется под влиянием геологических, гидро1^,еологических, метеорологических, топографических и климатических факторов, морфологии и условий складирования ТБО.

1.5.    Объем ФВ полигона ТБО определяется уравнением водною баланса полигона ТБО.

Схема водного баланса полигона, находящегося на стадиях эксплуатации и рекультивации представлена на рис. I.

Основное уравнение водного баланса полигона ТБО имеет вид:

ФВ « АО + К±БХ - И - БГ-ПС - О    (1)

ФВ - накопление фильтрационных вод;

АО - атмосферные осадки;

К - рециркуляция воды;

БХ - разница между биохимически образуемой и потребляемой водой; И - испарение с поверхности;

БГ - вынос воды биогазом;

ПС - повсрхносный сток;

О - вода, скапливаемая в отходах.

5

Открытий полигон Рекультивированный полигон

Базовое уплотнение Слой обвэаожмшония Рис.1. Водный баланс полигона ТБО

Наибольшее влияние на водный баланс оказывают климатические уо-вия, первоначальная влажность отходов и вода, образующаяся при биохин-чсских процессах.

Объем поверхностною стока в зависимости от площади полигона )-ставляет 1- 5 % от количества атмосферных осадков.

1.6.    При краткосрочном прогнозировании объемов фильтрационнх вод существенную роль в водном балансе играю! такие параметры как б»* химическое образование воды и аккумулирующая способность полигоа. При долгосрочном прогнозировании (через несколько десятилетий дспо!-рования отходов) объем фильтрационных вод может быть рассчитан на ос»* ве климатического водного баланса, то есть по разнице - (АО - И).

В ориентировочных расчетах объема ФВ пользуются формулой, разь ботанной В.В. Разнощиком, Н.Ф. Абрамовым [2].

Фильтрат не образуется при складировании ТБО влажностью менее 52> в климатических зонах, где годовое количество атмосферных осадков превышает не более чем на 100 мм количество влаги, испаряющейся с поверхн-сти. Такая зависимость математически описывается следующим выражени ем:

V = 0,01-(h - 100) iF+0,01 Q (W - 52),    (2)

где V- годовой объем фильтрационных вол, тыс.м³/год h- средняя региональная норма стока, мм/год,

100 - снижение нормы стока за счет испаряющей поверхности полигона, мм/год

О - среднегодовое поступление ТБО, тыс.м³ /год W - среднегодовая влажность отходов, %.

F - площадь полигона, га

Площадь полигонов для складирования ТБО зависит от количества и-телей населенного пункта и высоты складируемых отходов. Ориентиров<-ные значения плошали полигонов приведены в Приложении 1.

1.7.    Более точный расчет объема фильтрационных вод с учетом площги складирования; массы накопленных ТБО; гидрологических и климатичеох

6

условий - количества осадков, испаряемой влаги; этапа жизненного цикла полигона может быть произведен по методике разработанной специалистами кафедры охраны окружающей среды ПермГТУ [6].

1.8.    Основными факторами, влияющими на химический и микробиологический состав ФВ полигонов, являются морфология твердых бытовых отходов, условия складирования, предварительная сортировка и обработка, этап жизненного цикла полигона.

1.9.    Морфологический и химический состав, а также некоторые физикохимические свойства отходов типичного полигона захоронения ТБО представлены в табл.1.

1.10.    Все отходы подразделяются на следующие виды:

•    биодеградируемые, к которым относятся пищевые, садово-парковые отходы, бумага, древесина, некоторые виды текстиля, составляющие в среднем 60-80% ог массы ТБО;

•    отходы, подвергающиеся химической деструкции - черные и цветные металлы, пластмассы;

•    балластные - камни, стекло, строительные материалы.

Из фракции биодеградируемых в зависимости от скорости и полноты разложения выделяют три группы:

•    быстро разлагаемые - пищевые отходы, трава, листья;

•    средне разлагаемые - целлофан, принтерная и лощеная бумага, офисная и журнальная бумага, бумажная посуда, садово-парковые отходы;

•    медленно разлагаемые - гофрированный картон, газеты, древесина.

1.11. На стадии активной эксплуатации полигона (10-30 лет) можно выделить следующие фазы биодеструкции ТБО: аэробную, анаэробную - гидролиз, ацетогенез и активный метаногенез.

1.12. Стабилизация биохимических процессов начинается после 30-40 лет с начала депонирования отходов и обычно совпадает с рекультивацион-ным этапом жизненного цикла полигона.

1.13.    В аэробной фазе (рН=6,5-7,2) (на глубине до 50 - 80 см), длящейся несколько месяцев, протекает гидролиз и окисление пищевых отходов. Большинство металлов подвергаются коррозии с кислородной деполяризацией. Кислоты, образующиеся при окислении органических соединений, способствуют растворению металлов и переходу их в фильтрат.

Окисление и разложение отходов в аэробных условиях сопровождается выделением тепла, и температура тела полигона может достигать 80° С. Рост температуры и присутствие антимикробных соединений абиотического происхождения приводят к гибели или инактивации патогенных микроорганизмов, личинок насекомых. Обычно на аэробной стадии в связи с ее непродолжительностью образуется незначительное количество фильтрата.

1.14. В ацетогенной фазе (рН=4,5-6,5), длящейся от 1года до 4 лет, происходит дальнейший распад быстро и средне разлагаемых фракций ТБО, основными продуктами которого являются уксусная и пропионовая кислоты, углекислый газ и вода, приводящие к значительному снижению величины pH

фильтрата и ускорению процессов деструкции, гидролиза древесины, целлюлозы, некоторых видов пластмасс, синтетических волокон.

В кислой среде активные металлы (цинк, железо, никель, хром, кадмий и др.) способны окисляться ионами водорода. Ионы металлов могут образовывать устойчивые комплексные соединения с органическими соединениями, а также осаждаться в виде карбонатов, фосфатов.

ФВ в этот период характеризуются высокими значениями ХПК и ВПК (десятки и сотни тысяч мг 0₂/дм³) и концентрацией ионов тяжелых металлов (до 70 мг/дм³);

1.15.    На стадии активного метаногенеза (до 30 лет с момента депонирования) протекает ферментативное разложение образованных в ацетогенной фазе кислот, которое сопровождается значительным выделением газов (метан, углекислый газ, меркаптаны, аммиак и др.) и повышением pH среды (7,2-8,6). На этой стадии происходит разложение 50-70% целлюлозы и гемицеллюлозы с образованием биогаза и соединений гумусовой природы, полифс-нолов и др.

В фильтрационных водах снижается содержание органических веществ (ХПК = 3000-4000 мг/л, ВПК, =100-400 мг/л) и увеличивается доля биорези-стентных компонентов (ПАВ, хлорорганические соединения, гуматы металлов и гуминовыс соединения), о чем свидетельствует уменьшение соотношения ВПК₅ / ХПК на порядок;

1.16.    В стабильной фазе метаногенеза (до 100 лет) снижаются скорость и величина эмиссии метана, при этом основным источником загрязнения окружающей среды становятся ФВ. На этой стадии в щелочной среде протекают ферментативный гидролиз лигнина с образованием ароматических и жирных кислот, дальнейшая биодефадация целлюлозы и химическая деструкция трудно разлагаемых фракций ТБО (полимерных материалов).

Фильтрационные воды характеризуются высоким содержанием биорези-стентных компонентов, повышенной минерализацией (до 7000 мг/дм³).

1.17.    Химический состав фильтрационных вод типичного полигона в зависимости от этапа биодеструкции ТБО характеризуется показателями, представленными в табл.2., табл.З.

1.18.    Изменение химического состава фильтрационных вод в зависимости от этапа биохимической деструкции ТБО можно представить схемой, представленной на рис.2.

1.19.    При разработке эффективных технологий очистки ФВ конкретного полигона, а также при проектировании новых объектов, оценке потенциального воздействия фильтрата на природные водные объекты необходимо прогнозировать количественные изменения состава сточных вод на различных этапах биодеструкции ТБО.

1.20.    Изменение химического состава фильтрата в течение жизненного цикла полигона может быть оценено по методике, основанной на кинетическом анализе анаэробного разложении целлюлозосодержащих фракций ТБО.

9