Как работают мусорные полигоны
CRAIG FREUDENRICH, PH.D. 2000
How Landfills Work
https://science.howstuffworks.com/environmental/green-science/landfill.htm
Закончив трапезу в ресторане быстрого питания ты бросаешь в мусорную корзину свою объедки, упаковку от еды, посуду и салфетки. Ты больше не думаешь об этом мусоре. В день уборки мусора в вашем районе ты вытаскиваешь свой мусорный бак на обочину, а рабочие сбрасывают содержимое в большой грузовик и вывозят его. Тебе не нужно снова думать об этих отходах. Но, может быть, ты задумывался, глядя на мусоровоз, где этот мусор заканчивает свой путь.
Американцы производят мусор с удивительной скоростью 2,1 кг в день на человека, что составляет 228 миллионов тонн в год [все цифровые данные взяты отсюда. На душу населения это почти вдвое больше мусора, чем в большинстве других крупных стран. Производство мусора в Соединенных Штатах почти утроилось с 1960 года.
Что происходит с этим мусором? Часть подвергаются переработке или утилизации, а что-то сжигаются, но в основном его захоранивают на мусорных полигонах. В этой статье мы рассмотрим, как устроен мусорный полигон, что происходит с мусором, какие проблемы связаны с захоронением мусора и как эти проблемы решаются.
Собранный мусор в основном состоит из бумажной продукции, садовых обрезков, пластмасс и пищевых отходов. Около 32,5% мусора перерабатывается или компостируется, 12,5% сжигается и 55% захоранивается на свалках. Количество мусора, захороненного на свалках, удвоилось с 1960 года. США занимают одно из первых мест в мире в сфере захоронения отходов. Первое место занимает Великобритания, закапывающая около 90 процентов своих твердых отходов на свалках.
Что такое свалка?
Есть два способа похоронить мусор:
Свалка — открытое отверстие в земле, где похоронен мусор, вокруг которого роятся различные животные (крысы, мыши, птицы). Именно так большинство людей представляют себе современное состояние мест захоронения мусора.
Мусорный полигон (МП) — тщательно спроектированное инженерное сооружение на поверхности земли или заглубленное, в которой мусор изолирован от окружающей среды (грунтовые воды, воздух, дождь). Эта изоляция осуществляется с помощью нижнего изолирующего слоя и ежедневного покрытия почвой.
На санитарном МП используют слои непроницаемой глины, чтобы изолировать мусор от окружающей среды.
На муниципальных МП твердых бытовых отходов используют синтетический (пластиковый) слой для изоляции мусора от окружающей среды.
Целью захоронения отходов является изоляция мусора от грунтовых и атмосферных вод и воздуха. В этих условиях мусор не будет сильно разлагаться. МП не похож на компостную кучу, где мусор разлагается быстро.
Организация мусорных полигонов регулируется федеральными и местными законами.
Предварительные проектно-изыскательские работы должны определить:
• площадь земельного участка, необходимого для захоронения
• состав подстилающего грунта и коренной породы;
• потоки поверхностных вод в районе участка;
• влияние предлагаемой свалки на местную окружающую среду и животный мир;
• историческую или археологическую ценность предлагаемого объекта.
Во-первых, необходимо определить, достаточно ли земли для захоронения. Чтобы дать вам представление о том, сколько земли необходимо для свалки, мы будем использовать пример North Wake County Landfill — мусорного полигона в г. Роли, административном центре штата Северная Каролина, который мы посетили. На этом участке есть как санитарный МП, который была закрыта в 1997 году, так и работающий мусорный полигон для твердых бытовых отходов. Участок занимает 1 км2 земли, но только треть этой площади занята собственно мусорным полигоном. Оставшаяся земля предназначена для зон обслуживания и поддержки (пруды для сбора стоков, пруды для сбора фильтрата, места выгрузки, участки с которых берется почва и буферные зоны от 15 до 30 м).
Во-вторых, необходимо определить состав подстилающей почвы и коренной породы. Камни должны быть максимально водонепроницаемыми, чтобы предотвратить утечку грунтовых вод. Коренная порода не должна быть растресканной, иначе вы не сможете предсказать, куда попадут отходы. Нежелательно, чтобы участок находился рядом с шахтами или карьерами, потому что эти сооружения часто связаны с источником подземных вод. В то же время вы должны быть в состоянии пробурить скважины в различных точках вокруг площадки, чтобы контролировать подземные воды или собирать жидкие отходы.
В-третьих, должны быть изучены поверхностные воды этого района. Вы не хотите, чтобы лишняя вода с МП сбрасывалась на чужие участки или наоборот. Точно так же вы не хотите, чтобы МП находился близко к рекам, ручьям или болотам угодьям, чтобы потенциальная утечка не попала в грунтовые воды или водосбор.
В-четвертых, вам необходимо определить потенциальное воздействие возможного загрязнения от МП на местную природу. Например, вы не хотели бы размещать его вблизи мест гнездования птиц или навредить местному рыболовству.
Наконец, если на этом месте есть какие-либо исторические или археологические артефакты, вы не захотите строить там МП.
После того, как изыскания будут завершено, необходимо получить разрешения от местного, государственного и федерального правительства. Кроме того, для строительства и эксплуатации полигона необходимо будет собрать деньги. North Wake County Landfill обошлась в 19 миллионов долларов и была оплачена муниципальными облигациями. (Муниципальные облигации — облигации, выпускаемые городскими, местными властями в виде займа под муниципальную собственность с целью финансирования различных проектов. Обычно доход от муниципальных облигаций освобожден от государственного и местного налогов). Поскольку финансирование обычно поступает из какого-либо общественного источника, общественное одобрение должно быть получено через местные органы власти или референдум).
Строительство полигона
После того, как исследование воздействия на окружающую среду завершено, разрешения выдаются и деньги собраны, начинается строительство. Во-первых, необходимо построить подъездные пути к МП, если они еще не существуют. Эти дороги будут использоваться строителями, санитарными службами и широкой общественностью. После того, как дороги будут построены, можно копать.
Основными частями полигона, как показано на рисунке, являются:
A — грунтовые воды;
B — уплотненная глина;
C — пластиковый лайнер;
D — труба сбора фильтрата;
E — геотекстильный мат;
F — гравий;
G — дренирующий слой;
H — почвенный слой;
I — старые ячейки;
J — новые ячейки;
K — пруд для сбора фильтрата.
* * *
• Система нижнего слоя — отделяет мусор от нижележащих слоев, в которых может быть вода.
• Ячейки (старые и новые) — места хранения мусора.
• Система ливневой канализации — собирает дождевую воду, которая льется на МП.
• Система сбора фильтрата- собирает фильтрат — воду, которая просочилась через мусор и содержит загрязняющие вещества.
• Система сбора метана — собирает газообразный метан, который образуется при разложении мусора
• Покрытие или крышка — запечатывает верхнюю часть МП.
Каждая из этих частей предназначена для решения конкретных проблем, возникающих на свалке. Обсуждая каждую часть свалки, мы объясним, какая проблема решается.
Система нижнего вкладыша (лайнера).
Основная цель свалки и одна из ее самых больших проблем состоит в том, чтобы хранить мусор так, чтобы он не создавал проблем для окружающей среды. Нижний вкладыш МП предотвращает мусор от контакта с почвой игрунтовыми водами. На МП лайнер обычно представляет собой прочный, устойчивый к проколам синтетический пластик (полиэтилен, полиэтилен высокой плотности, поливинилхлорид) толщина 0,8-2,5 мм. Пластиковый вкладыш также можно комбинировать с уплотненными глинистыми грунтами в качестве дополнительного слоя. Пластиковый вкладыш также может быть окружен с обеих сторон тканевым геотекстильным ковриком, который поможет предотвратить разрыв или прокол пластикового вкладыша от соседних слоев камня и гравия.
Ячейки (старые и новые)
Возможно, самая главная проблема МП — это его емкость. От нее зависит срок службы полигона. Если вы можете увеличить емкость, то вы можете продлить срок службы полигона. Для этого весь объем полигона разделен на ячейки, которые содержат только мусор,собранный в один день. На нашем МП ячейка — это куб 15,25 х 15,25 высотой 4,26 м. Объем мусора внутри ячейки составляет 2500 тонн, а его сжатие составляет 900 кг/м3. Это сжатие выполняется тяжелой техникой (тракторы, бульдозеры, катки и грейдеры), которые несколько раз трамбуют кучу мусора. Как только ячейка заполнена, она покрывается 15 см почвы и на ней организуется новая ячейка.
В дополнение к сжатию мусора в камеры, место экономится исключением из мусора громоздких материалов, таких как ковры, матрасы, пена и садовые отходы.
Ливневая канализация
Важно, чтобы МП был как можно более сухим, чтобы уменьшить количество фильтрата. Это можно сделать двумя способами:
• Исключите жидкости из твердых отходов. Твердые отходы должны быть проверены на наличие жидкостей перед отправкой на полигон. Это делается путем пропускания образцов отходов через стандартные фильтры для краски. Если через 10 минут из образца не выделяется жидкость, то мусор попадает на свалку.
• Не допускайте попадания дождевой воды на свалку. Для исключения дождевой воды на полигоне имеется система ливневого дренажа. Пластиковые дренажные трубы и ливневые желоба собирают воду с участков МП и направляют ее в дренажные каналы, окружающие основание МП. Дренажные канавы бетонные, либо с гравийным покрытием, несут воду в пруды для сбора отходов, которые расположены рядом с МП. В прудах взвешенные частицы оседают, а вода проверяется на наличие опасных химических веществ. Как после осаждения и анализа вода отводится за пределы объекта.
Ни одна система для защиты от воды не является идеальной, так что вода попадает на МП и просачивается через ячейки и почву. По мере того, как вода просачивается через мусор, она собирает загрязняющие вещества (органические и неорганические химические вещества, металлы, биологические отходы разложения). Эта вода с растворенными примесями (фильтрат) имеет кислую реакцию.
Перфорированные трубы для сбора фильтрата проходят по всему МП и сбрасывают раствор в специальный пруд для фильтрата. Фильтрат в пруду проверяют на приемлемые уровни различных химических веществ (биологическая и химическая потребность в кислороде, органические вещества, pH, кальций, магний, железо, сульфат и хлорид). Там же оседают взвешенные частицы. Затем фильтрат обрабатывают так же, как и любые другие сточные воды; очистка может происходить на месте или за пределами участка. На нашем МП фильтрат сбрасывают на очистные сооружения г. Роли, где его очищают и сбрасывают в реку Neuse. Некоторые МП рециркулируют фильтрат, а затем обрабатывают его. Этот метод уменьшает объем фильтрата с МП, но увеличивает концентрации загрязняющих веществ в фильтрате.
Система сбора метана
Бактерии на свалке разрушают мусор в отсутствие кислорода (анаэробно), потому что свалка герметична. Побочным продуктом этого анаэробного разрушения является свалочный газ (биогаз), который содержит приблизительно 50 процентов метана и 50 процентов углекислого газа с небольшим количеством азота и кислорода. Этот газ опасен, потому что метан может взорваться и/или загореться и поэтому должен быть удален. Для этого на МП организована серия труб для сбора газа. На некоторых МП этот газ выпускается в атмосферу или сжигается.
Совсем недавно было признано, что этот свалочный газ представляет собой полезный источник энергии. Метан может быть извлечен из газа и использован в качестве топлива. На нашем МП собирают свалочный газ, извлекают из него метан и продают его ближайшей химической компании для питания своих котлов. Система извлечения представляет собой сплит-систему, что означает, что газообразный метан может поступать в котлы и/или факельные установки, которые сжигают газ. Причина раздельной системы заключается в том, что МП будет со временем увеличивать добычу газа (с 8,5 м3 в минуту до 35,5 м3 в минуту) и превысит мощность котлов в химической компании. Следовательно, избыточный газ придется сжигать. Продавать сжиженный метан не выгодно
Покрытие или крышка
Как упомянуто выше, каждая ячейка закрывается 15 см слоем уплотненной почвы. Это покрытие изолирует уплотненный мусор от воздуха и предотвращает попадание в мусор вредителей (птиц, крыс, мышей, насекомых). Эта почва занимает довольно много объема. Поскольку пространство является ценным ресурсом, многие МП экспериментируют с брезентом или аэрозольным покрытием из бумаги или цементно-бумажных эмульсий. Такие эмульсии могут эффективно покрывать мусор, но занимают только 6 мм вместо 15 см!
Когда участок МП заполнен, его накрывают полиэтиленовой крышкой (1 мм). Затем укладывают 60 сантиметровый слой уплотненной почвы. Чтобы предотвратить эрозию почвы дождем и ветром в эту почву сажают растения — траву и лианы. Никакие деревья, кусты и другие растения с глубоко проникающими корнями не используют, чтобы корни растений не соприкасались с мусором и не позволяли ему вымываться из ячеек.
Изредка фильтрат может просочиться через слабое место в покрытии и выйти на поверхность в виде окрашенных пузырящихся пятен. Такое просачивания ликвидируют путем выкапывания участка вокруг пятна и заполнения его хорошо уплотненной почвой для отвода потока фильтрата обратно.
Мониторинг подземных вод
Во многих точках, окружающих полигон, находятся станции мониторинга подземных вод — трубы, которые погружаются в грунтовые воды, чтобы можно было брать пробы воды, проверять ее на наличие химических веществ и измерять температуру. Повышение температуры грунтовых вод может указывать на то, что туда попадает фильтрат, поскольку температура повышается при разложении твердых отходов. На просачивание фильтрата может указывать и закисление подземных вод.
Что происходит с мусором на свалке?
Мусор на МП останется неизменным очень долго. Внутри ячеек мало кислорода и влаги. В этих условиях мусор разрушается медленно. Известно, что когда раскапывали старые МП или оттуда брали пробы, то находили 40-летние газеты с легко читаемым текстом. МП не предназначены для того, чтобы мусор там разлагался, они служат лишь для его захоронения. Когда МП закрывают, она должна обслуживаться и контролироваться в течение 30 лет, особенно грунтовые воды
Как работает полигон?
МП, такой как North Wake County Landfill, должен быть открыт и доступен каждый день. Заказчиками, как правило, являются муниципалитеты и компании по строительству/сносу, хотя жители также могут использовать МП. Схема типичного полигона показана на схеме.
A — центры переработки;
B — весовая;
C — въездная дорога;
D — старый полигон (закрыт);
E — действующий полигон;
F — район подготовки новых ячеек;
G — наполняемые ячейки;
H — коллектор ливневого дренажа;
I — пруд фильтрата;
J — метановая вентиляция;
K — метановый трубопровод;
L — метановая станция;
M — труба мониторинга;
N — бассейн сбора стока;
O — бассейн ливневого дренажа;
P — труба ливневой воды;
Q — к городской системе водоочистки.
Рядом с входом на площадку находится центр переработки, где жители могут сдавать перерабатываемые материалы (алюминиевые банки, стеклянные бутылки, газеты, бумагу и картон). Это помогает уменьшить количество материала на МП. Некоторые из этих материалов запрещено захоранивать по закону, потому что они могут быть переработаны.
Грузовики с мусором взвешиваются на весах. Клиенты платят за использование МП по весу мусора. Оплата варьируется от 10 до 40 долларов за тонну. Эти сборы используются для оплаты кредитов и операционных расходов. Оперативный бюджет North Wake County Landfill составляет около 4,5 млн. долларов США, и часть этого бюджета составляют выплаты пользователей.
Рядом с МП расположены станции сбора того мусора, который нежелателен или запрещен законом для захоронения. Эти станции используют для шин, машинного масла, свинцово-кислотных аккумуляторов и гипсокартона. Некоторые из этих материалов могут быть переработаны.
Имеется и пункт сбора опасных бытовых химических отходов (краски, пестициды, другие химические вещества), которые запрещены на МП. Эти химические вещества утилизируются частными компаниями. Некоторые краски могут быть переработаны, а некоторые органические вещества сжигают в мусоросжигательных установках или электростанциях.
Другие сооружения, расположенные рядом со МП, — это арендованная территория, которая дает почву для свалки, пруд для сбора стока, пруды для сбора фильтрата и станция метана.
Мусорные полигоны — это сложные сооружения, которые при правильном проектировании и управлении служат важной цели. В будущем новые технологии, называемые биореакторами, будут использоваться для ускорения расщепления мусора и производства большего количества метана.
