книги / Управление метаногенезом на полигонах твердых бытовых отходов
..pdfТаблица 6.4
Матрица ранжирования сценариев дегазации
Частые Численное |
Ранг |
Численное |
Ранг |
Численное |
Ранг |
Сумма |
Приоритет |
Комплекс. |
|
критерии |
значение |
(0, |
ЗНЗ*1С1ЩС |
|
значение |
о, |
рангов |
Р, |
критерий |
Сценарии |
критерия |
|
критерия |
|
критерия |
|
- a.i |
|
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с , |
з , |
1 |
в„ |
2 |
Ва, |
3 |
б |
р, |
Р ОН |
Г1 |
|||||||||
с2 |
32 |
2 |
в* |
4 |
Ва2 |
2 |
8 |
р2 |
Р ото |
Г2 |
|||||||||
С, |
3, |
3 |
CD |
1 |
|
1 |
5 |
Р |
рото |
|
Ъ |
|
|
|
|
|
i |
||
ZP, |
|
|
|
|
|
|
|
I P , |
|
ной зоны и т.д. Эти критерии не могут быть выражены в численной форме. Простое суммирование ранжировок в таких случаях недопустимо, так как эти критерии имеют различную значимость (весовой коэффициент) в суммар ном критерии, на основе которого принимается решение. Такая задача относится к разряду слабоструктуризованных и должна решаться с помощью методов экспертных оценок. Значимость локальных критериев для каждого сценария может быть определена методом расстановки приоритетов, который обладает определенными преимуще ствами по сравнению с другими методами экспертных оце нок, так как не требует непосредственной количественной оценки отношений между объектами, позволяет использо вать нетранзитивную информацию [20].
В задачах расстановки приоритетов в качестве метода высказывания суждений экспертами принимается метод парных сравнений, что дает возможность согласования соотношений между объектами с помощью подбора коэф фициента а.. [21].
Объектами ранжировки являются частные критерии Х;. Решение многокритериальной задачи с применением ме тода расстановки приоритетов осуществляется на основе линейного свертывания критериев, для каждого из кото рых должна быть определена весомость (значимость) в сум марном критерии.
Матрица для определения значимости критериев пока зана в табл. 6.5.
Приоритет i-ro критерия Р ”т" определяется на основе матрицы смежности, полученной методом парных сравне-
Таблица 6.5
Матрица смежности для определения значимости критериев
|
х , |
х , |
...X, |
1 а , |
Р. |
рГ |
х , |
а „ |
3 .2 |
а >з |
а л |
Р . |
р,°™ |
х , |
ч, |
3*2 |
h |
S |
Р 2 |
р Г |
...X, |
|
3 * |
а . |
Зз, |
Рз |
рГ |
|
|
ч |
ний критериев. Значимость i-ro критерия р, определяется путем перемножения матрицы столбца Ха,, на матрицу стро ки X Хц.
Суммарный критерий рассчитывается как сумма взве
шенных частных критериев: |
|
p = i/p ° mHр,« |
(б.в) |
где: Р°тн—приоритет i-ro критерия, р°тн —значимость i-ro критерия, п —число частных критериев.
Принятие решения по выбору системы дегазации мо жет проводиться на основе экспертных оценок и другими способами. На наш взгляд, наиболее простой является оцен ка эффективности альтернатив [21], которая позволяет учесть и сопоставить все указанные критерии, выражен ные в численной и стохастической форме. Рассматривае мые варианты систем дегазации представляют собой аль тернативы А, Б, В, которые оцениваются, например, по стоимости, эффективности системы, экологическому эффек ту (табл. 6.6).
Таблица 6.6
Матрица оценки эффективности принимаемых решений
|
|
Эффектив |
Экологи |
Преимущества |
Недостатки |
Альтернатива |
Стоимость |
ность |
ческий |
||
|
|
системы |
эффект |
|
|
А |
3 , |
Э .. |
В ., |
А, |
D , |
Б |
3 , |
э * |
В * |
А, |
°2 |
В |
З 3 |
|
ВЛ |
А, |
|
|
|
|
203
Выбор систем дегазации
|
|
Пассивные системы дегазации |
Активные системы дегазации |
||||
Мощность |
Минимальный |
дренажные |
|
|
|
|
Получение |
полигона, |
расчетный метановый |
Газовые |
Био |
Сбор и |
Сжигание |
тепловой и |
|
тыс. м3 |
потенциал, м3/Час |
траншеи с |
колодцы |
фильтры |
рассеивание |
электри |
|
|
|
газо- |
|
|
|
|
ческой |
|
|
выпусками |
|
|
|
|
энергии |
Менее 50 |
Менее 30 |
|
|
+ |
|
|
|
|
|
4 - |
|
+ |
|
|
|
|
3 0 -4 0 |
+ |
+ |
+ |
|
5 0 -8 0 0 |
Менее 40 |
|
+ в) |
+ |
+ |
|
4 0 -6 0 |
|
|
|
+ |
Более 800 |
Более 60 при сроке |
|
|
|
+ |
эксплуатации менее 20 лет
Более 60 при сроке |
+ |
эксплуатации |
|
более 20 лет |
|
Примечание
Без промежуточных гидроизоляционных слоев или обводненные
С промежуточными гидроизоляционными слоями;
при избыточном давлении не менее 0,49 кПа (50 мм водн. ст.)
при потоке менее 30 м3/час
6 Глава
Сопоставление альтернатив производится следующим образом. Каждому преимуществу и недостатку методом шрных сравнений придается вес, и альтернативы сопос тавляются по средневзвешенному отклонению. Количе ственная оценка эффекта от реализации альтернативы A i внчисляется по формуле:
ДЛ) - 1 Л • W |
) - £ A , • p(D, \ |
(6.9) |
y=l |
7=1 |
|
где Аг —преимущества альтернативы, Dt. —ее недостатки,
Р(А '), P(Dt.) —ожидаемые вероятности осуществления
Ач и D ir
Качественное преимущество той или иной альтернати вы учитывается в виде весового коэффициента k количе ственной оценки.
Проверка возможности использования предлагаемого метода расчета комплексных ресурсно-эколого-экономичес- ких критериев на примере выбора сценариев дегазации проектируемых, закрытых для приема ТБО, находящихся на стадии рекультивации и в пострекультивационном пе риоде полигонов захоронения ТБО в Пермской области показала его практическую применимость. Предлагаемый подход позволяет произвести оценку сценариев дегазации полигонов, находящихся на различных этапах жизненно го цикла, различающихся по инженерной инфраструкту ре, возрасту и мощности рабочего тела, морфологии отхо дов, независимо от изменения нормативов качества окру жающей среды, нормативов платы за ее загрязнение, цен на природные и вторичные ресурсы и других изменяющих ся во времени показателей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Offermann-Clas С. The new EU-low on the landfills of waste / Environmental impact, aftercare and remediation of landfills. Vol. IV / 7 International waste management and landfill simposium. - Sardinia, 1999. P. 203-217.
2. Рабочие материалы учебных курсов «Проектирование и эк сплуатация полигонов захоронения ТБО в странах с переходной экономикой». —М., 2001. 208 с.
3. Deponiegas N iederO sterreich. Gefahrdungs |
und |
Nutzungpotential allgemeine grundlagen. Teil 1. - Amt der |
NO |
Landesregierung, 1991. |
|
4.Deponiegas NiederOsterreich. Deponieuntersuchungen Gashaushalt. Teil 2. - Ajnt der NO Landesregierung, 1991 / Freserick M. Gate, Werner Heller. Deponiegas NiederOsterreich, департамент строительства земли в Нижней Австрии.
5.Гурвич В. И., Лифшиц А. Б. Инженерный консалтинг в области переработки отходов и охраны окружающей среды. - ЗАО «Фирма Геополис*.
6.Абрамов Н. Ф., Проскуряков А. Ф. Сбор и утилизация биогаза на полигонах твердых бытовых отходов: Обзорная ин формация. - М.: ЦБНТИ Минжилкомхоза РСФСР, 1989. 40 с.
7.Landfill off-gas collection and treatment systems. U.S. Army Corps of Engineers. - Washington, DC, 1995.
8.Ryser W. Erfahrungen und Methoden zur Zwansentgasung. - TU Berlin, 1979. 15 s.
9.Гурвич В. И., Лифшиц А. Б. Добыча и утилизация свалоч ного газа (СГ) - самостоятельная отрасль мировой индустрии. - http://www.ecoline.ru, 2001. 11 с.
10.Brunner Р., Lahner Т. Die Deponie. - TU Wien: Institut fur Wassergute und abfallwirtschaft, 1994-1995.
11.Седогин M. П., Чупшев В. Г. Опыт строительства системы
сбора биогаза на полигоне ТБО. - М.: Вэйсттэк, 2002.
12.Рудакова Л. В. Научно-методическое обоснование сниже ния эмиссии загрязняющих веществ полигонов захоронения твер дых бытовых отходов (ТБО) биотехнологическими методами / Дисс. на соиск. уч. степ. докт. биол. наук. - Пермь, 2000.
13.СНиП 2.04.08-87. Газоснабжение.
14.СНиП 3.05.02-88. Газоснабжение.
15.ГОСТ 15836-79. Мастика битумно-резиновая изоляцион
ная. Технические условия.
16.Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекуль тивации полигонов для твердых бытовых отходов / Министер ство строительства РФ. АКХ им. Памфилова. - М., 1998. 63 стр.
17.Marticorena В., Attai A., Camacho P.t Manem G., Hesnault D., Salmon P. Prediction rules for biogas valorization in municipal solid Waste landfills / Wat. Sci. Tech. V. 27, 1993, №2. P. 235-241.
18.Методика определения предотвращенного экологического ущерба. ГК РФ по охране окружающей среды. - М., 1999.
19.Санитарные правила № 4946-89 по охране атмосферного воздуха населенных мест.
20.Блюмберг В. А., Глущенко В. Ф. Какое решение лучше. Метод расстановки приоритетов. - Л.: Лениздат, 1982. 159 с.
21.Бешелев С. Д., Гурвич Ф. Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. —М.: Статистика, 1980. 271 с.
22.Экология и промышленность России, 2000, сентябрь. С. 42-45.
23.Вайсман Я. И., Петров В. Ю. Полигоны депонирования ТБО. - Пермь: ПГТУ, 1996. 145 с.
Глава 7
УПРАВЛЕНИЕ МЕГАНОГЕНЕЗОМ В ПЕРИОД ЗАКРЫТИЯ И РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЛИГОНОВ ТБО
Рекультивация закрытых полигонов —комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народ нохозяйственной ценности территорий, а также окружаю щей среды [1]. Рекультивация территории завершает ком плекс работ по экологическому управлению полигонами в целом и управлению метаногенезом в частности.
На рекультивационном этапе жизненного цикла поли гона происходит стабилизация биохимических процессов. В этой фазе метаногенеза снижаются скорость и объем эмиссий метана, начинают протекать процессы гумифика ции целлюлозосодержащих отходов, формирующие свалоч ный грунт. При этом основным источником загрязняющих веществ становятся фильтрационные воды полигона. Кон струкция и качество окончательного покрытия, его содер жание, выбор метода рекультивации и направление даль нейшего развития восстановленной территории позволяют свести к минимуму потенциальные опасности и экологи ческие риски, предотвратить чрезвычайные ситуации и незапланированные расходы.
Мероприятия по управлению метаногенезом в период закрытия включают формирование поверхности свалочно го тела в соответствии с направлением рекультивации, инвентаризационные наблюдения за состоянием объектов окружающей среды. При рекреационном, сельскохозяй ственном и лесотехническом использовании территории закрытого полигона необходимы мероприятия по предуп реждению эрозии почвы, наблюдения за просадкой сва лочного тела и своевременный ремонт покрытия. Если при этом полигон используется в качестве источника энергии, то необходим технологический мониторинг инженерных сооружений.
7.1. Формирование слоя окончательной засыпки
как фактор управления метаногенезом
I
Закрытие полигона по существующим нормативам со провождается устройством окончательного (верхнего) изо лирующего покрытия. Конструкция и целостность этого покрытия определяет характер процессов, происходящих в свалочном теле.
Баланс состава газа и интенсивность его образования могут существенно меняться в тедение года под влиянием сезонных условий и изменения напора грунтовых вод. Это приводит к значительным колебаниям давления в системе рыхлых образований. При наличии свободного, незатруд ненного у поверхности обмена с атмосферой поток биогаза может усиливаться. Установлено, что средний поток мета на со свалочного тела в атмосферу может достигать вели чин примерно в 300 раз выше, чем от дерново-подзолистой почвы (около 0,025 г * м '2*сут10), а средняя величина по тока С02 - в 5 и более раз [2].
Вместе с тем окончательное покрытие может способ ствовать окислению метана и снижению эмиссий. Напри-
1—плодородный слой йочвы;
2' - фильтрующий (верхний) слой;
3 - биотический барьер;
4 - дренажный слой;
5 - гидравлический барьер;
6 - фундаментный слой (буфер);
7 - фильтрующий (нижний) слой;
8 - слой для вентиляции газа
^ |
V |
|
- а ? » |
|
з ч э * . ч : к > . |
|
|
* |
1 |
|
|
|
|
|
i t 2*I |
t |
V |
; f* 2 |
3
4
5
6
7
Р ис. 7.1. У ст ройст во окончат ельного покрыт ия с ги дравли чески м барьером [ 5 ]
|
1 |
?*Л |
2 |
Е |
3 |
- ‘ р ъ ^ р |
4 |
1*” плодородный слой; 2 —1?авий, щебень для дренажа воды; 3 —минеральный слабофильт^ующий слой (глины, суглинки); 4 - слой для дренажа биогаза
Р ис* 7.2. С ост ав окон чат ы ъ н ого покры т ия без ги дравли ческого эк р а н а
мер, в анаэробной зоне свалки «Кучино» ежегодно генерируется 4 • 107 м3 СН4 и 2,4 • 107 м3 С62, а в аэробной при поверхностной зоне более 50% метана, поступающего из зоны генерации, окисляется. В результате в атмосферу выделяется 1,7 • 107 м3 СН4 и 3,2 • 107 м3 С02. На свалке «Раменки* весь метан окисляется и в атмосферу выделя ется лишь С02 [3, 4].
С учетом этих свойств окончательного покрытия, его конструкция должна обеспечивать физический Оярьер между захороненными отходами и объектами окружаю щей среды, регулировать эмиссии биогаза из тела полиго на, обеспечивать прочное основание для возможного ин женерного освоения территории, препятствовать фильтра ции атмосферных вод в тело полигона, препятствовать эрозии, в результате которой могут быть обнажены скла дированные отходы.
Комплексное перекрытие может состоять из 8 различ ных слоев, каждый из которых выполняет определенные функции (рис. 7.1).
В развитых в промышленном отношении странах суще ствуют нормативные требования по обязательной изоля ции рабочего тела полигона после закрытия его для при ема ТБО [5]. Конструкция перекрытия схематически мо жет быть представлена в следующем виде (рис. 7.2).
В наружном изоляционном слое должна быть пре дусмотрена система вентиляции и выпуска газов, обра зующихся в т'еле полигона после сооружения покры тия. Механизм вентиляции газа предусматривает уст ройство пористого слоя с проницаемостью 10'2 см/с, толщиной не менее 30 см, расположенного как можно ближе к отходам.
Втех случаях, когда необходимо полностью исключить инфильтрацию осадков в тело полигона и неорганизо ванный выход биогаза снизу, в конструкцию перекрытия вносится дополнительный элемент - искусственная водо непроницаемая пленка толщиной 2,5 мм (полиэтилен вы сокого давления, стабилизированный сажей).
По действующим в России нормативам [1] не требуется обязательного устройства изоляционного покрытия. Обычно ограничиваются уплотнением верхнего слоя ТБО и нанесе нием подстилающего грунта и почвенного слоя.
Качество материала для подстилающего грунта и его толщина зависят от характера последующего использова ния участка полигона.
Вкачестве материала культурного слоя используется плодородная почва, содержащая глины и суглинки, ком пост. Подготовленный таким образом изолирующий слой отличается высокой устойчивостью к ветровым воздействи ям и размыву водой, содержит достаточный минимум пи тательных веществ для растений-пионеров, сохраняет вла гу, исключает накопление биогаза в подпочвенном слое, что важно для обеспечения нормальных условий вегета
ции растений [6].
Правильно подобранная засыпка приводит к образова нию метанотрофного слоя почвы, естественного «приспо собления» для улавливания свалочных газов, одновремен но выполняет санитарную и газорегуляторную функции. Интенсивность окисления метана в покровных почвах сва лок может достигать весьма больших величин —до 45 г/м2 в сутки [8, 9, 10].
Проведенные исследования показали, что в почвенных профилях разрезов на участках с нормальным развитием растительности выделяются следующие горизонты: верх ний гумусовый, слабодифференцированный переходный («красный слой»), глеевый [11].
Первый густо пронизан корнями и корневищами расте ний и имеет черно-коричневый цвет и волокнистую струк туру, напоминающую торф. Необычным является прояв ление второго слоя, который назвали «красный слой» за его хорошо выраженную, довольно равномерную краснобурую окраску. Его цвет обусловлен характерной специ фической пигментацией населяющих его метано- и метилотрофных микроорганизмов. Этот слой не является пре пятствием для распространения корней растений.
Далее идет горизонт, где встречается специфическая разновидность глееобразования — свалочное (биогазовое) глееобразование. Корни растений в этом слое не встреча ются.
Конструкция и качество окончательного покрытия, на личие системы сбора газа по всей площади объекта, со гласно современным представлениям, являются главны ми факторами, влияющими на процесс эмиссий биогаза в окружающую среду. Полигон ТБО с соответствующей засыпкой и хорошо работающей системой сбора и конт роля газа может иметь средние поверхностные эмиссии метана ниже 10 4 мг •м'2 • с 2. У объектов без такой системы поверхностные эмиссии метана на несколько порядков выше.
Далее (табл. 7.1) показаны результаты исследований вли яния типа засыпки и системы сбора биогаза (табл. 7.2) на величину поверхностных эмиссий [12].
Для небольших молодых свалок и свалок промежуточ ного возраста, построенных без систем сбора газа, целесо образно устройство изолирующего покрытия из рыхлого грунта, способствующего активации аэробных процессов в верхнем слое, выполняющего роль окислительного био фильтра. В сочетании с такими техническими средствами регулирования движения биогаза, как дренажные кана вы, траншеи и т.д., это эффективное средство предотвра щения эмиссии биогаза.
Для больших полигонов, имеющих высокий потенциал использования биогаза как источника энергии, целесооб разно устройство непроницаемого окончательного покры тия. Пострекультивационный период таких полигонов зна чительно длиннее. Соответственно затраты на закрытие и рекультивацию такого полигона будут во много раз превы-