Разработайте алгоритм выбора материала для устройства противофильтрационного экрана полигона

Защита горных пород зоны аэрации, подземных и поверхностных вод от загрязнения в период эксплуатации полигона достигается благодаря наличию естественного геохимического барьера или искусственно создаваемому защитному экрану, устраиваемому в основании полигона с дренажной системой сбора и удаления фильтрата, а также системы выполнения послойной изоляции ТБО связным грунтом. После окончания эксплуатации полигона и его закрытия, охрану горных пород зоны аэрации, грунтовых и поверхностных вод, атмосферного воздуха осуществляют устройством верхнего перекрытия (защитного экрана поверхности полигона) в сочетании с защитным экраном и системой сбора и удаления фильтрата в основании полигона.

Защитные экраны основания и поверхности полигона - это конструктивные элементы, обеспечивающие природоохранные функции.

Срок службы защитных экранов определяется как периодом эксплуатации полигона (заполнение полигона до проектной вместимости полигона), что составляет 15-30 лет, так и пассивным периодом, когда полигон закрыт и не принимает отходы. Однако в теле полигона после его закрытия и рекультивации протекают активно аэробные и анаэробные процессы разложения органического вещества, сопровождающиеся образованием биогаза и фильтрата, и, следовательно, веществ, представляющих угрозу окружающей среде. Длительность этого периода определяется морфологическим составом отходов, климатическими условиями и другими факторами, и по оценкам различных авторов этот период составляет от 30 до 100 лет. Таким образом, срок службы защитных экранов полигонов ТБО должен составлять от 45 до 100 лет.

Элементы защитных экранов основания и поверхности полигона находятся в непосредственном контакте с агрессивной средой - фильтратом и биогазом. Поэтому при подборе материалов для выполнения этих конструкций следует оценивать их устойчивость к агрессивным средам.

Для устройства защитных экранов применяют сертифицированные материалы.

Противофильтрационный экран в основании полигона совместно с защитным экраном, устраиваемым при перекрытии верха полигона после окончания его эксплуатации, образуют замкнутую систему типа «саркофаг». В роли противофильтрационного экрана могут выступать природные (естественные) геохимические барьеры и искусственные барьеры.

4.1 Природные геохимические барьеры

Природными геохимическими барьерами называют естественное грунтовое основание, которое обладает достаточными противофильтрационными свойствами, мощность слоя которого обеспечивает нераспространение загрязняющих веществ в горные породы зоны аэрации и грунтовые воды. Подобными свойствами обладают глины с коэффициентом фильтрации см/с. Минимальная мощность природного геохимического барьера должна быть не менее 1 - 3 м.

В случае отсутствия подобных пород в основании проектируемого полигона то устраивают искусственные противофильтрационные экраны и завесы.

4.2 Искусственные противофильтрационные экраны

Для отходов III, IV, Vклассов опасности выбирают следующие противофильтрационные экраны:

1. Экран глинистый однослойный. Наиболее простой по конструкции и дешевый вид экрана. Исходная глина ненарушенной структуры должна иметь коэффициент фильтрации не более 0,001 м/сут. При использовании ее в экранах глина превращается в пасту путем перемешивания, в результате чего достигается необходимый коэффициент фильтрации. Толщина экрана обосновывается расчетами, исходя из допустимого градиента напора i = 10, но должна быть не менее 0,5 м [1].

2. Экран грунтобитумный. Он служит основанием 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. Перед внесением добавок грунт протравливается гербицидами на глубину до 20 см [1].

3. Экран из железобетонных плит. В чистом виде бетон или железобетон в экранах применяется редко, так как этот материал имеет сравнительно высокий коэффициент фильтрации (= 0,01 м/сут). Для снижения коэффициента фильтрации бетонных и железобетонных конструкций до = 0,00001 м/сут элементы плит покрывают торкретом или применяют силикатизацию. В связи с тем, что это требует значительных затрат, железобетон применяется в небольших емкостных сооружениях типа резервуаров и отстойников. По фильтрационным и прочностным соображениям толщина монолитных или сборных железобетонных плит принимается не менее 10-15 см, бетон марки не ниже В30,F100,W8 в соответствии со СНиП 2.03.01-84 [1].

4. Экран из полимербетона. Полимербетоны обладают повышенной плотностью (< 0,001 м/сут), трещиностойкостью, морозостойкостью и устойчивостью к воздействию агрессивных сред. В отличие от обычного бетона, в полимербетонах в качестве вяжущего вещества вместо цемента используются эпоксидные смолы [1].

5. Экран асфальтобетонный однослойный с битумным покрытием. Асфальтобетонные экраны выполняются из гидротехнического мелкозернистого асфальта. Основанием однослойного экрана могут быть практически любые грунты, поддающиеся обработке грейдером, с модулем деформации после уплотнения не менее 10 МПа (100 кгс/см²). После планировки грунты подвергаются обработке (протравливанию) гербицидами на глубину 20 см. Затем производится поверхностная обработка грунта на глубину 10-15 см с внесением битума или сырой нефти из расчета 1,5-2,0 кг/м². После чего основание уплотняется 5-тонными катками до полного устранения деформации. При сравнительно слабых пылеватых супесях и суглинках перед розливом нефти или битума рекомендуется вносить активные добавки. На подготовленное основание укладывается мелкозернистый асфальтобетон слоем 40-60 мм. Поверхность асфальтобетона покрывается слоем жидкого битума толщиной 2-4 мм с последующей подсыпкой слоя песка толщиной 5-10 мм. При напорах до 5-10 м экран считается нефильтрующим [1].

6. Экран асфальтобетонный с покрытием битумно-латексной эмульсией. Технология устройства данного экрана предусматривает розлив битумно-латексной эмульсии слоем 4-6 мм, состоящей из 20 % латекса и 80 % битума по массе. Битумно-латексная эмульсия наносится на горизонтальную поверхность 1-2 слоями, а на откосы,- 2-3 слоями толщиной 2 мм. Ввиду чувствительности экрана к свету поверхность его засыпается защитным слоем из однородного грунта или промышленных отходов фракцией не более 3 мм. Толщина защитного слоя не менее 0,5 м. Работы выполняются при температуре не ниже 10 °С. Битумно-латексная эмульсия приготовляется в специальном битумном котле, где битум разогревается до 140-150 °С и при непрерывном перемешивании в него вводится латекс. Время приготовления 5-10 ч (уточняется в процессе испытания перед началом работ). Охлажденная до 120°С битумно-латексная эмульсия наносится на асфальт автогудронатором с гладилкой или с помощью распылителя набрызгом [1].

7. Экран асфальтополимербетонный. Конструктивно асфальтополимер-бетонные экраны почти не отличаются от обычных асфальтобетонных. Различие лишь в том, что асфальтобетоны выполняются на вяжущем из битума, а асфальтополимербетоны - на модифицированном вяжущем, состоящем из битума с добавлением каучука или других полимеров в количестве 10-20% массы битума. Это придает асфальтополимербетону повышенную морозостойкость и эластичность и снижает его водопроницаемость, что обусловливает целесообразность его применения при строительстве противофильтрационных экранов. Асфальтополимербетонные экраны могут выполняться монолитными и сборно-монолитными [1].

Таким образом, из всех выше перечисленных экранов подходящих для данных классов опасности, предпочтительнее использовать экран асфальтобетонный однослойный с битумным покрытием, т.к. в основании полигона находится песок, который обладает очень большим коэффициентом фильтрации.

Полигоны размещаются за пределами городов и других населенных пунктов. Размер санитарно-защитной зоны от жилой застройки до границ полигона 500 м (СНиП 2.07.01-89*, табл.12). Кроме того, размер санитарно-защитной зоны уточняется при расчете газообразных выбросов в атмосферу. Границы зоны устанавливаются по изолинии 1 ПДК, если она выходит из пределов нормативной зоны. Уменьшение зоны менее 500 м не допускается.

 

1.3. Перед проектированием заказчик с заинтересованными организациями (архитектурно-планировочным управлением, отделом по делам строительства и архитектуры, органами экологии и санэпиднадзора и гидрогеологической службой) определяет район, в котором осуществляется подбор участка для размещения полигона.

По гидрогеологическим условиям лучшими являются участки с глинами или тяжелыми суглинками и грунтовыми водами, расположенными на глубине более 2 м. Исключается использование под полигон участков с выходами грунтовых вод в виде ключей, затопляемых паводковыми водами территорий, районов геологических разломов, а также земельных участков, расположенных ближе 15 км от аэропортов.

Под полигоны отводятся отработанные карьеры, свободные от ценных пород деревьев, участки в лесных массивах, овраги и другие территории.

 

1.4. При отводе участка выдается задание на дальнейшее использование его после закрытия полигона (создание лесопаркового комплекса, устройство открытых складов строительных материалов и тары непищевого применения и т.п.).

Возможность капитального строительства на участках складирования твердых бытовых отходов (ТБО) определяется в каждом конкретном случае дополнительными исследованиями.

 

1.5. Площадь участка, отводимого под полигон, выбирается, как правило, из условия срока его эксплуатации не менее 15-20 лет. В табл.1 приведена ориентировочная площадь участка складирования полигона на расчетный срок эксплуатации 15 лет.

 

Таблица 1

Средняя численность обслуживаемого населения, тыс. чел.	Высота складирования ТБО, м
	12	20	25	35	45	60
50	6,5	4,5*-5,5	-	-	-	-
100	12,5	8,5	6,5* -7,5	-	-	-
250	31,0	21,0	16,0	11,5*-13,5	-	-
500	61,0	41,0	31,0	23,0	16,5*-20	-
750	91,0	61,0	46,0	34,0	26,0	-
1000	121,0	81,0	61,0	45,0	35,0	27*-31,0
________________ * указана площадь участков в га, по форме близких к квадрату.

 

1.6. Наиболее экономичны земельные участки, близкие по форме к квадрату и допускающие максимальную высоту складирования ТБО (с учетом заложения внешних откосов 1:4). В отдельных случаях при благоприятных горно-геологических условиях, заложение откосов может быть увеличено при условии разработки специального проекта и прохождения технической экспертизы в организации - разработчике инструкции. Схематический разрез полигона представлен на рис.1.

 

Рис.1. Схематический разрез полигона ТБО

Рис.1. Схематический разрез полигона ТБО

1 - наружная (окончательная) изоляция; 2 - промежуточная изоляция; 3 - ТБО;
4 - водоупорное основание; Н - высота; н - показатель снижения высоты; Ш - ширина; УГВ - уровень грунтовых вод

 

1.7. На выбранном под полигон участке выполняются топографическая съемка, геологические, гидрогеологические изыскания и санитарные исследования. Для проектирования полигона необходимо иметь план всего участка в масштабе 1:1000 с горизонталями через 1 м. План участка хозяйственной зоны, инженерных сооружений и внешних коммуникаций составляется в масштабе 1:500 с горизонталями через 0,5 м (проект внешних сетей большой протяженности может выполняться в масштабе 1:1000).

Геологические исследования определяют порядок напластования, мощность и состав пород, слагающих основание полигона, коэффициенты фильтрации грунтов всех разностей. Минимальная глубина разведки 10 м. При разнородных грунтах необходимо исследования проводить до водоупорного слоя и углубляться в него на 1-1,5 м.

Гидрогеологические исследования определяют уровень грунтовых вод (УГВ) и направление их потока. Для расчета водоотводных канав, защищающих полигон от потока поверхностных вод (дождевых и талых), собираются сведения об интенсивности и испаряемости атмосферных осадков и площади их водосбора.

В результате геологических и гидрогеологических изысканий должны быть составлены: план расположения шурфов (скважин), геологические (литологические) профили, заключение гидрогеолога о пригодности намеченного участка под полигон ТБО и рекомендации по инженерной защите окружающей природной среды.

Для полигонов с нагрузкой на основание 10 т.м или 100 тыс. т.га проводятся комплексные геологические исследования, включающие более полное изучение гидрогеологических, геофизических, ландшафтно-геофизических и других условий отведенного земельного участка с составлением прогноза возможного отрицательного воздействия объекта на природные экосистемы в перспективе (30-50 лет).

С учетом этих материалов заключение о пригодности выбранного участка под устройство полигона ТБО выдают органы охраны природы и санитарно-эпидемиологического надзора города (района, области, края).