Дослідження наукових публікацій пов’язаних з актуальними проблемами полігонів ТПВ та шляхи їх вирішення

Полігон ТПВ створює значний негативний вплив практично на усі компоненти довкілля і є однією з найбільших екологічних проблем м. Львова та області. Термін експлуатації полігону перевищив у три рази проектні показники. В зв’язку з протестами громадськості в 2005 – 2006 роках розпочаті дослідницькі і наукові роботи з вирішення проблеми ліквідації сміттєзвалища і організації сучасної системи збору і складування ТПВ [1].

Відділення гірничо-хімічної сировини Академії гірничих наук України у м. Львові були розробленні працівниками І.І. Зозуля, А.М. Гайдін та В.О. Дяків, для вирішення проблеми з утилізацією та рекультивацію львівського полігону ТПВ.

Міські побутові відходи у 90-ті роки по вазі були представлені наступними складниками: харчові відходи – 45%, дерево – 4%, чорний метал 4, 5%, кольоровий метал - до 0.3%; текстиль – 7%; будівельне сміття, каміння, фаянс, скло – 5%; шкіра, гума, взуття – 4%; вироби з пластмаси та пластику 5%; інше сміття – 5%. В останні десятиліття спостерігається тенденція до подвоєння кількості пластикових відходів. Суттєво зменшилася кількість харчових відходів (до 30-35%). Натомість збільшилася доля пакувальних матеріалів, особливо поліетилену та пластику (до 30% по масі та до 50% по об’єму, з них пластик - 13% по масі і 30% по об’єму).

Їхньою метою була розроблена цілісна концепція поводження з ТПВ у м. Львові, яка б лягла в основу розробки комплексного проекту рекультивації. Очевидно, що цілковите вирішення проблеми Львівського полігону ТПВ можливе лише за умови наявності комплексного проекту. Останній повинен бути ретельно розглянутим та погодженим з громадськістю, а виявлені у ньому недоліки усунені перед отриманням позитивних висновків державної екологічної експертизи. [2].

Метою рекультивації є повернення території до господарського використання, а також попередження виділення з відходів парникових газів і фільтрату. Згідно державних будівельних норм України (ДБН В.2.4.-2-2005), при рекультивації обов’язково передбачають створення наступних шарів (знизу до верху):

1. вирівнювальний шар і газовий дренаж товщиною 50 см, в якому розташовують трубопроводи для біогазу;

2. газоізоляційний шар із глини товщиною 1 м;

3. плівка товщиною не менше 3 мм;

4. захисний дрібно піщаний шар завтовшки 20 см;

5. дренажний піщаний шар товщиною не менше 30 см;

6. рекультиваційний шар товщиною не менше 1 м, в тому числі родючий товщиною 0, 3-0, 5 м.

Сумарна потужність відкладів, які перекривають товщу ТПВ, складає близько 3м. Для рекультивації Грибовицького звалища площею 34 га необхідно 1 млн 20 тис.м³ ґрунту. В безпосередній близькості від звалища є всі необхідні для рекультивації матеріали. Щоб не вилучати з використання і не порушувати гірничими роботами додаткові землі, пропонується прибрати накопичені відходи з території, де товщина відходів найменша і таким чином відкрити земну поверхню на площі приблизно 10 га.

Важливим етапом освоєння рекультивованої території є закріплення поверхні від водної та вітрової ерозії. Для цього Р.М. Панас [3] рекомендує висівати на цій території конюшину лучну. Вона має добре розвинутий стрижневий корінь, який глибоко проникає у ґрунт і утворює багато розгалужень. Одночасно конюшина є сидеральною рослиною, оскільки вона засвоює азот із повітря та фіксує азотні сполуки на кореневій системі.

Екологічний стан території Львівського полігону твердих побутових відходів досліджували науковці М. Гайдін – кандидат геолого-мінералогічних наук, Відділення гірничо-хімічної сировини Академії гірничих наук України; В. О. Дяків – кандидат геологічних наук, доцент, Львівського національного університету імені Івана Франка; В. Д. Погребенник – доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри екологічної безпеки і аудиту і А. В. Пашук – старший викладач кафедри екологічної безпеки і аудиту Національного університету «Львівська політехніка» оцінювали як критичний і навіть катастрофічний, у тому числі через об’єми накопичених фільтратів. Завдання роботи полягає у визначенні хімічного складу фільтрату Львівського полігону твердих побутових відходів. Аналітичні дослідження проводили за стандартними методиками титрометричного, гравіметричного та фото колориметричного аналізів. Для визначення вмісту важких металів застосовано рентгено-флуоресцентний аналіз сухого залишку, що утворився під час випаровування фільтрату. Описано умови формування та хімічний склад фільтратів Львівського полігону твердих побутових відходів. Установлено, що фільтрат Львівського полігону характеризується високим вмістом органічних речовин – понад 12, 8 г/л, хлориду натрію (близько 9 г/л), ХСК, БСК-5, підвищеними вмістом важких металів. Проведеними дослідженнями встановлено, що скидання фільтрату на міські очисні споруди неможливе без спеціального попереднього очищення. [4]

Велика пустотність побутового сміття, наявність у його складі різних за розчинністю компонентів та відсутність систем інженерного захисту сміттєвого тіла від надходження атмосферних опадів та ґрунтових вод із прилеглих пагорбів призводить до утворення фільтрату – специфічної стічної води, яка є одним із головних джерел забруднення поверхневих і підземних вод. Фільтрат утворюється також при відсипці відходів із вологістю понад 55% при їх зневодненні, а також при біохімічному анаеробному розкладі з утворенням звалищного газу [5].

Профільтрована через сміття вода височується в підніжжя схилів сміттєвого тіла та через дренажні канави стікає в збірники. Фільтрат, що витікає зі сміттєвого тіла, акумулюється в збірниках біля підніжжя сміттєвого тіла. Параметри збірників виміряні в натурі за допомогою електронного далекоміра, глибина визначалась узимку 2012 р. при прорубуванні ополонок (табл. 1.1., рис. 1.1).

Таблиця 1.1

Розрахунок об’єму накопичувачів

Загальний об’єм становить близько 25 тис.м³.

Рис.1.1 Загальний вигляд (а) та параметри збірників фільтрату на космознімку Earth (б) [4]

За літературними даними [5], залежно від кліматичних умов об’єм фільтрату, що утворюється за рік із площі сміттєвого тіла 1 га, складає в середньому від 2000 до 4000 м³ за рік.

Кількість опадів за останні 50 років змінювалася в межах від 447 до 1039 мм. При площі звалища 260 000 м² на територію випадає від 116 до 270 тис.м³ опадів, у середньому від 317 до 740 м³/добу. Якщо випаровування становить 50%, то живлення в середньому дорівнює від 160 до 370 м³/добу. За даними підприємства «Збиранка» середньодобова кількість фільтрату, яка стікає у збірники, становить від 70 м³ у засушливі періоди до 300 м³ у періоди рясних дощів.

Однак опади випадають дуже нерівномірно, часто надмірні опади призводили до переповнення збірників фільтрату та перетоку в систему дренажних канав та р. Малехівки. Для попередження переповнення збірників здійснюється перекачування фільтрату з витратою від 100 до 400 м³ на добу на звалище.

Фільтрат має буре та темно-буре забарвлення, неприємний гнилісний запах, підвищену в’язкість, зумовлену насамперед високим вмістом завислих частинок. Хімічний склад фільтрату наведено в табл. 1.2.

Таблиця1.2

Хімічний склад фільтратів Львівського полігону ТПВ станом на червень 2012р

Наведені дані засвідчують про те, що фільтрат Львівського полігону характеризується високим вмістом органічних речовин – понад 12, 8г/л, оскільки сухий залишок при випарюванні за температури 90°С становить 28, 3г/л, а при прожарюванні до 800°С – 15, 5г/л. Близько 40% осаду за таких умов згорає. У неорганічному сухому залишку домінує хлорид натрію (близько 9г/л), що становить близько 75% від суми розчинених мінеральних солей.

Високі значення ХСК, БСК-5 та повного БСК фільтрату вказують, що його хімічний склад відповідає фазі стабільного метаногенезу. Підвищені вмісти важких металів зумовлені наявністю в сміттєвому тілі металовмісних відходів, здатних піддаватися корозії і утворювати комплексні сполуки з органічними лігандами – продуктами біохімічного розкладу органічної речовини.

Як видно з порівняння даних хімічного аналізу з нормативами, скидання фільтрату на очисні споруди водоканалу без попереднього очищення неможливе. У зв’язку з перспективою поетапного закриття полігону питання утилізації фільтрату набуває великої актуальності. [5]

У 2009 році було проведено дослідження науковцями І.М. Петрушка, О.Р. Попович, і Г.О. Жук із Національного університету “Львівська політехніка”, кафедра екології та охорони навколишнього середовища про біогазовий потенціал Львівського полігону ТПВ.

Безпосередньо сміттєзвалище знаходиться у межах порівняно крутосхилої ерозійної розчленованої місцевості, де раніше проходила доволі вузька долина сезонного водостоку. В бік с. Малехів долина розширюється до 1, 5–2, 0 км; дуже заболочена, з розвинутою системою меліоративних каналів.

У масиві Львівського полігону накопичились значні запаси біогазу. В силу досить низької щільності і доброї проникності сміття частина газу вивільнюється у повітря. Починаючи з 2009р. східна частина полігону дегазується. Горючу складову біогазу – метан утилізують спалюванням на дослідно-промисловій установці ТзОВ «Гафса» [2].

Неконтрольована емісія біогазу у довкілля формує негативні ефекти як локального, так і глобального характеру. Звалищний газ є причиною підвищеної пожежо- і вибухонебезпечності звалищ, пригнічує розвиток рослинного покриву в районі їх розташування, має здатність заповнювати підземні комунікації і тим самим створювати загрозу для життя людини. На глобальному рівні біогаз є одним із найпотужніших чинників парникового ефекту на планеті [6].

Теоретичні розрахунки газопродуктивності ґрунтуються на відомих характеристиках твердих побутових відходів. Львівський полігон ТПВ має підземну густину 1 000 кг/м³ і вміст 50% органічних речовин біологічного походження, які, своєю чергою, складаються з 50% вуглеводнів, 5% протеїнів і 1% жирів. Підраховано, що під час розкладу без потрапляння кисню, кількість СО₂ та СН₄, яка виділяється з 1 кг вказаних компонентів, становить для метану відповідно 0, 455, 0, 548, 1, 095 м³ і для діоксину вуглецю – 0, 456, 0, 516 м, 0, 448 м³.

Після розкладу 1 кг твердих побутових відходів вихід метану та діоксиду вуглецю становить:

Таблиця1.3

Вміст метану та діоксиду вуглецю

Загальна кількість біогазу, що утворюється на звалищі з 1 тонн відходів, становитиме 263 м³. Отже, враховуючи, що сміттєзвалище у м. Львові експлуатується близько 50 років і в його межах накопичено близько 5 млн. тонн відходів, за цей час біогазовий потенціал полігону становить 1, 315 млрд. м³ біогазу, що відповідає генерації газу в розмірі 26, 3 млн. м³ на рік або 3000 м³ на годину.

Рівняння утворення біогазу на звалищах за цією методикою виглядає так:

Q = kL Me ^{− kt} (2.1)

де Q – об'єм утворення біогазу. м³;

k – швидкість розкладу відходів;

L – потенціал утворення метану, м³/м³;

M – кількість вивезених відходів, м³/рік;

t – вік відходів, роки.

Для полігону ТПВ м. Львів проведені розрахунки на період 2008–2012рр. за умови, що поверхня основного масиву буде рекультивована (перекрита ізолювальним шаром). Дані розрахунків наведено в таблиці 1.3.

таблиці 1.4

Дані розрахунків

На основі теоретичних розрахунків розкладу вуглеводнів, протеїнів і жирів, що є основними складниками органічних речовин побутових відходів і мають вміст відповідно 50, 5, 1%, співвідношення об'ємів метану і діоксиду вуглецю у звалищному газі становить СН₄ – 51%, СО₂ – 49% [7].

На основі розрахунку біогазового потенціалу можна сказати, що локалізація ТПВ на відведеній території без проведення спеціальних заходів є негативним чинником для довкілля цієї місцевості. Сьогодні існуючий полігон має негативний вплив на повітряне середовище, ґрунтові води, ґрунти і рослинність. Впровадження нових технологій дасть змогу:

− скоротити викиди парникових газів з 19 до 8 млн. м³/рік;

− знизити органолептичні, загально санітарні і міграційно-повітряні показники потрапляння шкідливих речовин в атмосферу;

− запропонована система контролю забезпечить чітке виконання вказаних природоохоронних заходів;

− одержані розрахунки підтверджують можливість використання енергетичного ресурсу біогазу для вдосконалення умов експлуатації полігону [6].