(495) 123 4567
эл. почта: 7821844@mail.ru

Современные противофильтрационные экраны полигонов захоронения ТБО

Авторы — В.В. Егоров, Б.В. Трушин

Скачать статью:

Захоронение твердых бытовых отходов на полигонах остается основным способом их  утилизации. В прошлом веке в подавляющем большинстве случаев полигоны ТБО образовывались стихийно в отработанных карьерах, различных выемках, котлованах – без учета природоохранных требований. В частности, не учитывалось геологическое строение, гидрогеологические и ландшафтно-геохимические условия, сложившаяся социально-экономическая обстановка и культурно-исторический облик региона. Защитные инженерные мероприятия не предусматривались и правильнее подобные участки захоронения ТБО называть не полигонами, а свалками отходов. Практически все действующие участки захоронения ТБО служат мощными источниками комплексного негативного воздействия на окружающую среду.

Современный полигон ТБО это комплекс природоохранительных сооружений, предназначенный для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения ТБО, предотвращения попадания вредных веществ в окружающую среду, загрязнению атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых вод, препятствующие распространению грызунов, насекомых и болезнетворных микроорганизмов.

Основным конструктивным элементом современного полигона ТБО является противофильтрационный экран. В практике сооружения полигонов естественные геологические барьеры встречаются достаточно редко, обычно приходится сооружать в основании и по поверхности полигонов искусственные защитные экраны, которые должны исключать или сводить к минимуму загрязнение компонентов окружающей среды в зоне влияния полигонов. Сегодня существует огромное количество  способов создания экранов, но мы остановимся на нескольких основных.

Противофильтрационные экраны подразделяются на защитные экраны основания полигона и защитные экраны поверхности полигона (финальное перекрытие). По виду используемого материала их можно разделить на:

  • экраны, сооружаемые из естественных минеральных грунтов (глины или суглинки);
  • экраны из синтетических (искусственных) материалов.

Синтетические экраны (геомембраны), в свою очередь, могут быть изготовлены из полимерных материалов на основе полиэтилена высокой плотности (HDPE) или полиэтилена низкой плотности (LDPE) и геосинтетических глинистых пленок в виде бентонитовых матов. Геотекстиль изготавливается из 100% синтетического волокна, обеспечивающего его прочность и долговечность.

Противофильтрационные экраны могут быть однослойными, двухслойными и композитными. Однослойный экран состоит из одного слоя синтетического или природного материала с низкой проницаемостью. Двухслойный экран включает два слоя, изготовленных из одного и того же или различных материалов. Композитный экран состоит из разнородных материалов (геомембрана, бентомат, глинистый слой), в качестве защитного, фильтрующего и дренажного слоя используется геотекстиль. Как правило, в этом случае синтетический экран располагается поверх минерального экрана из слабопроницаемого грунта. Более надежную изоляцию отходов обеспечивают двойные и композитные экраны.

Подстилающие экраны (экраны оснований полигонов).

1. Минеральные (глиняные) экраны.

Минеральные экраны используются как в однослойных, так и композитных системах. Из доступных материалов широко используется уплотненная глина или суглинок. Из-за относительной доступности глинистого грунта по сравнению с синтетическими материалами минеральные экраны чаще встречаются в проектах полигонов.

Глиняный экран может использоваться в качестве самостоятельного экрана, либо входить в состав двухкомпонентной системы (рис. 1, 2). При использовании в качестве самостоятельного экрана глина может снижать или полностью исключать миграцию фильтрата из тела полигона в окружающую среду. Будучи нижним слоем двухкомпонентного экрана, глина создает защитную подушку для расположенной поверх нее геомембраны и выполняет страховочные функции в случае ее прорыва. Полезным свойством минерального экрана является создание долговременной, структурной устойчивой основы для расположенных поверх нее компонентов полигона.

Рис. 1. Минеральный однослойный экран основания полигона.

Рис. 2. Композитный двухслойный экран основания полигона.

В идеальном случае величина коэффициента фильтрации глинистого экрана должна составлять не более 1*10-7 см/сек при уплотнении в полевых условиях. После уплотнения экран должен выдерживать как собственный вес, так и вес расположенных выше элементов полигона. Экран из глиняного материала не должен терять прочность и проницаемость под воздействием выделяемого фильтрата. В глину может быть добавлен бентонит для снижения проницаемости. Минеральный противофильтрационный экран обычно сооружается из уплотненного слоя глины толщиной от 0,5 м до 1,0 м.

В случае если местные глинистые (суглинистые) грунты обладают необходимыми характеристиками, их использование при строительстве полигона наиболее рентабельно. В противном случае необходимо обеспечить доставку на полигон подходящего глинистого материала и в этом случае решающую роль играют транспортные расходы. Перевозка грунта на значительное расстояние может быть менее выгодна, чем использование синтетических экранов.

При проектировании минерального противофильтрационного экрана необходимо следовать общепринятым геотехническим процедурам с учетом местных геологических условий и требований, предъявляемых к эксплуатации полигона. Оборудованию минерального противофильтрационного экрана требует предварительной подготовки основания и откосов котлована. Рекомендуемые боковые уклоны при оборудовании экрана составляют 1:4 (соотношение вертикали и горизонтали).

Минеральные экраны из глинистых материалов сооружаются из серии последовательно уплотняемых слоев. Толщина уплотняемого слоя составляет обычно составляет 15-25 см. При использовании более тонких слоев уплотнение глины облегчается, но строительные расходы значительно возрастают.

Для небольшого полигона оборудуется один сплошной экран. Для крупных полигонов целесообразно сооружать экран по очередям. В этом случае прием отходов осуществляется на участках уже оборудованных экраном, и одновременно ведется строительство экрана на других участках полигона.

2. Синтетические (геомембранные) экраны.

Геомембранные (синтетические) противофильтрационные экраны изготавливаются из полимерного листового материала. Термины «экран» и «геомембрана» иногда используются в качестве синонимов.

Существуют различные способы применения геомембранного экрана. Например, его можно использовать в качестве однослойного экрана поверх основания полигона или как элемент композитного экрана, размещаемого поверх минерального экрана (рис.2). Наконец, его можно размещать выше или ниже системы определения утечек на полигоне с двухслойным экраном.

Проект экранной системы с использованием геомембраны во многом совпадает с проектом полигона с минеральным экраном, в частности, он включает водонепроницаемое основание, систему сбора и дренажа, а также систему труб для удаления собранного фильтрата (рис. 3).

Рис.3. Композитный синтетический экран основания полигона.

При проектировании геомембранных экранов необходимо учитывать их стоимость и практические возможности по их сооружению.

При использовании геомембран можно выделить следующие этапы: 1) выбор материала; 2) проект противофильтрационного экрана (однослойный, двухслойный, композитный и т.п.); 3) укладка противофильтрационного экрана.

Важные критерии при выборе геомембраны включают:

  • химическая стойкость по отношению к фильтрату;
  • обеспечение необходимых физических параметров (толщина, эластичность, прочность и степень удлинения при разрыве);
  • долговременная устойчивость;
  • наличие и стоимость.

Наличие и стоимость – весьма важные критерии выбора геомембранного экрана. С ними связаны вопросы наличия оборудования и квалифицированных кадров.

Также следует уделять внимание следующим физическим свойствам:

  • стойкость к пробоям;
  • термическое расширение;
  • характеристики, важные для образования стыков швов;
  • стойкость к эрозии;
  • стойкость к биологическим воздействиям (бактерии, грибы, грызуны).

Подстилающий слой, находящийся под геомембраной, играет решающую роль в сохранении ее целостности. Он должен служить основанием экрана и препятствовать накоплению газа и жидкости под его поверхностью. Необходимо исключить использование в качестве подстилающего слоя грунтов, подверженных сильной усадке и деформации. На стадии проектирования необходимо предусмотреть и предотвратить возможность возникновения напряжений, просадок, оползания откосов и других нежелательных явлений.

Среди проблем, связанных с гранулированным дренажным слоем, следует отметить затрудненное сооружение на откосах, неустойчивость на крутых склонах и повреждение рабочими во время монтажа. Все эти проблемы удастся избежать, если использовать в качестве защитного дренажного слоя геотекстиль (нетканый геотекстильный материал). Кроме того, этот материал защищает противофильтрационный экран от внешних воздействий.

Защитные экраны поверхности полигонов (финальные перекрытия).

Применительно к полигонам для твердых отходов, сооружение верхнего изолирующего покрытия (финального перекрытия) является единственным способом ограничения образования фильтрата и, следовательно, уменьшение потенциального загрязнения грунтовых вод на участках полигонов (свалок). Уменьшение объемов образования фильтрата достигается за счет ограничения притока атмосферных осадков в тело полигона. В то же время, организация финального перекрытия способствует продуктивному использованию закрытого полигона и прилегающих территорий.

Финальные перекрытия поверхности полигонов также как и подстилающие экраны могут сооружаться из естественного минерального грунта и из синтетических материалов (рис. 4, 5).

Рис. 4. Финальное перекрытие поверхности полигона с минеральным экраном.

Рис. 5. Финальное перекрытие поверхности полигона с использованием геомембраны и геотекстиля.

Верхнее изолирующее покрытие (финальное перекрытие полигона) выполняет следующие функции:

  • обеспечить физический барьер поверх захороненных отходов, предотвращая контакт с человеком, снижая до минимума опасность распространения болезней и устраняя неприятный запах;
  • препятствовать эрозии, в результате которой могут быть обнажены складированные отходы;
  • препятствовать инфильтрации, в результате которой образуется фильтрат;
  • создать предпосылки для возможного повторного использования территории.

Верхнее изолирующее покрытие для полигона сооружается, как правило, многослойным. Базовый проект верхнего изолирующего покрытия состоит из четырех основных слоев: 1) плодородный слой с растительностью; 2) дренажный защитный слой; 3) гидравлический барьер (противофильтрационный экран); 4) выравнивающий газодренажный слой.
Слой плодородного поверхностного грунта поддерживает растительный покров из выносливых многолетних трав, способствующих эвапотранспирации и препятствующих ветровой и водной эрозии. Плодородный слой должен стать аналогом органоминерального гумусового горизонта природных окультуренных почв. В процессе производства работ необходимо избегать перемешивания плодородного слоя с другими слоями финального перекрытия.

Под поверхностным плодородным слоем находится защитный дренажный слой сооружаемый из песчаных, песчано-гравийных, гравийных грунтов и синтетических дренажных материалов. Дренажный слой необходим для защиты противофильтрационного экрана от проникновения корневых систем растений, для обеспечения запаса влаги в плодородном слое (перехвата нисходящего потока инфильтрации и распределение его в горизонтальном направлении), для отвода атмосферных осадков, для сглаживания просадочных явлений.

Противофильтрационный экран (гидравлический барьер) – слой препятствующий инфильтрации воды из поверхностного слоя, оставшейся после стока и эвапотранспирации, а также удерживающий воду для последующей эвапотранспирации. Противофильтрационный экран является основным слоем финального перекрытия поверхности полигона. Экран в составе финального перекрытия сооружается из уплотненных глинистых грунтов или с использованием синтетической геомембраны. Мощность экрана из минерального грунта зависит от индивидуальных условий полигона и может изменяться от 0,3 м до 0,6 м. При применении в составе финального перекрытия полигона синтетических геомембран целесообразно в качестве защитных, разделительных и фильтрующих слоев применять нетканые иглопробивные геотекстильные материалы (рис. 5).

Выравнивающий слой, сооружаемый из песчано-гравийных и гравийных грунтов, кроме своего прямого назначения, выполняет функции сглаживающего слоя при просадочных явлениях и пластового дренажа для отведения биогаза.

Эффективность противофильтрационного экрана основания полигона или финального перекрытия находится в прямой зависимости от сохранения его целостности. Отрицательное воздействие на целостность гидравлического барьера могут оказывать химическое, механическое и экологическое разрушение. Химическое разрушение возникает в результате реакций между парами и газами с материалом, из которого изготовлен барьер. Механическое разрушение вызвано, главным образом, строительными дефектами, такими как плохо сваренные швы, перегрузки, чрезмерное уплотнение и пробои твердыми предметами. Разрушение вследствие экологических факторов включает пересыхание, увлажнение, замораживание, оттаивание и проникновение корней растений.

Степень повреждения противофильтрационного экрана определяет уровень загрязнения подземных вод участка. Загрязнение подземных вод зависит от статического напора на экране и  от гидрогеологических условий участка (фильтрационных свойств водоносного горизонта, его мощности и т.п.).

Скачать статью:
Вверх