Матеріал для рекультивації полігонів ТПВ і кар’єрів на основі відходів феррованадіевого виробництва

МАТЕРІАЛ ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦІЇ ПОЛІГОНІВ ТПВ І КАР'ЄРІВ НА ОСНОВІ ВІДХОДІВ ФЕРРОВАНАДІЕВОГО ВИРОБНИЦТВА

1 Пермський державний технічний університет

Розроблено матеріал для рекультивації полігонів твердих побутових відходів (ТПВ) і кар'єрів на основі шлаку від діяльності ВАТ «Чусовской металургійний завод», де ведеться виробництво феррованадия сілікоалюмінотерміческім методом в дугових електропечах на електрометалургійному ділянці феросплавного цеху. На даний момент шлак від виробництва розміщується в заплаві річок Вильва і Чусовая на необладнаному майданчику, що створює потенційну можливість міграції компонентів шлаку в водні об'єкти, а також в грунт. Переважним компонентом в шлаку є оксид кальцію, який при реакції з водою переходить в гідроксид (вапно), що характеризується дезинфікуючим, протипаразитарною і дезодорує дією. Разом з тим, в шлаку міститься оксид магнію, який володіє антацидних, адсорбуючих і детоксірующім дією.

На терріторііУкаіни знаходиться велика кількість полігонів, які є переповненими або термін експлуатації яких закінчився. Дані території чинять негативний вплив на компоненти навколишнього середовища, тому необхідно їх знешкодження і повернення в нормативний стан. Також зараз при рекультивації як полігонів твердих побутових відходів (ТПВ), так і кар'єрів, вилучається велика кількість природного грунту для виготовлення рекультиваційних сумішей.

Дослідження є актуальними, тому що допомагають вирішити перераховані вище проблеми за рахунок розробки матеріалу, що дозволяє рекультивувати полігони ТПВ та кар'єри, з мінімальним використанням природних матеріалів при спрощення технології, скорочення часу його отримання та розширенні сировинних ресурсів.

Проблема рекультивації на даний момент є однією з актуальних екологічних проблем у світі. При закритті полігонів ТПВ неминуче виникнення потреби в рекультивації, для повернення земель у придатний для експлуатації стан. Особливо ця проблема турбує країни, що мають порівняно невеликі площі.

Рекультивація полігонів і кар'єрів призначена для повернення навантажених територій в нормативний стан, щоб згодом використовувати дані території повторно без шкоди для навколишнього середовища. Рекультивація є завершальним етапом життєвого циклу полігону і здійснюється по закінченню експлуатації полігону і при досягненні ним стійкого стану. Методи рекультивації можна умовно розділити на три групи:

# 9679; витяг, видалення і захоронення;

# 9679; знищення на місці;

# 9679; фіксація забруднювачів.

Вибір методу рекультивації залежить від типу грунтів і напрямки повторного використання територій. Основні напрямки повторного використання даних територій - сільськогосподарське, будівельне, рекреаційне. Для рекультивації полігонів найчастіше застосовуються методи фіксації забруднювачів на місці.

Рекультивація полігонів ТПВ методом фіксації забруднювачів на місці виконується в два етапи: технічний і біологічний. Технічний етап полягає в розробці технологічних і будівельних заходів, рішень і конструкцій по влаштуванню захисних екранів підстави і поверхні полігону, збору і утилізації біогазу, фільтрату і поверхневих стічних вод [3].

З нормативно-технічної літератури і наукових розробок зарубіжних і українських учених відомо, що в складах рекультиваційних матеріалів для полігонів ТПВ використовуються:

1. У зимовий період дозволяється використовувати будівельні відходи, відходи виробництва - відходи вапна, крейди, соди, гіпсу, графіту і т.д.

2. Відсортований звалища грунт.

3. Промислові відходи IV класу небезпеки, які задовольняють наступним вимогам:

# 9679; біохімічна потреба в кисні (БПК20) - і хімічна потреба в кисні (ХПК) - не вище 300 мг / л;

# 9679; повинні мати однорідну структуру з розміром фракцій менш 250 мм [4].

Відповідно до інструкції з проектування полігонів ТПВ матеріал для рекультивації повинен бути: інертним по відношенню до ТПВ, збирати і відводити просочуються поверхневі води, атмосферні опади і біогаз, надійно ізолювати ТПВ від контакту з комахами, перешкоджати доступу птахів і гризунів до відходів, незручним для пристрою лазівок і нор гризунами, добре ущільнюватися.

Більш того матеріал повинен володіти бактерицидними властивостями, щоб не допускати впливу небезпечних і шкідливих компонентів ТПВ на навколишнє середовище. Крім того, він повинен бути доступним, як в економічному плані, так і в технічному.

Біологічний етап рекультивації полігонів включає агротехнічні та фітомеліоративні заходи щодо відновлення порушених земель [5].

Проведення рекультивації регламентується наступними стандартами:

2. ГОСТ 17.5.3.04-83 Охорона природи. Землі. Загальні вимоги до рекультивації земель.

5. СП 2.1.7.1038-01 «Гігієнічні вимоги до улаштування та утримання полігонів для твердих побутових відходів».

Поряд з національними стандартами в різних суб'єктах Україна розроблені регіональні акти, що регламентують здійснення процесу рекультивації полігонів ТПВ.

Умови приведення порушених земель у стан, придатний для подальшого використання, а також порядок зняття, зберігання і подальшого застосування родючого шару грунту, встановлюються органами, які надають земельні ділянки в користування і дають дозвіл на проведення робіт, пов'язаних з порушенням ґрунтового покриву, на основі проектів рекультивації , які отримали позитивні висновки державних експертиз.

Рекультивація в країнах Європи здійснюється різними методами, але переважно проводиться засипка полігону спеціально розробленими геосинтетичних матеріалів, такими як бентонітові мати, захисний геотекстиль і дренажні мати. Даний досвід також широко застосовується в Німеччині.

Проблема рекультивації полігонів і кар'єрів є актуальною дляУкаіни, так як ми маємо велику кількість полігонів, які є переповненими або термін експлуатації яких закінчився. Дані території чинять негативний вплив на компоненти навколишнього середовища, тому необхідно їх знешкодження і повернення в нормативний стан.

Як приклад можна використовувати полігон в місті Чусовой, розташований в Пермському краї. Даний полігон знаходиться в безпосередній близькості від міста і експлуатується вже понад сто років. На нього щодня надходять великі обсяги промислових і побутових відходів. Полігон не відповідає всім вимогам охорони навколишнього середовища і справляє негативний вплив на атмосферне повітря, грунт і підземні і поверхневі води. У зв'язку з цим для полігону необхідна розробка проекту рекультивації.

В даний час на підприємстві ВАТ «Чусовской металургійний завод» ведеться виробництво феррованадия сілікоалюмінотерміческім методом в дугових електропечах на електрометалургійному ділянці феросплавного цеху [4].

Основний потік твердих відходів при виробництві феррованадия представлений кінцевим зливним шлаком, мінералогічну основу якого складають оксиди кальцію, кремнію і магнію. Шлаки розміщується в заплаві річок Вильва і Чусовая на необладнаному майданчику, що створює потенційну можливість міграції компонентів шлаку в водні об'єкти і грунт [4].

Актуальною екологічною проблемою для підприємства є зниження негативного впливу відвалу на об'єкти навколишнього середовища.

Переважним компонентом в шлаку є оксид кальцію, який при реакції з водою переходить в гідроксид (вапно), що характеризується дезинфікуючим, протипаразитарною і дезодорує дією. Вапно згубно діє на бліх, клопів і їх яйця, вбиває патогенні мікроорганізми холери, черевного тифу та сибірської виразки (але не суперечки останньої), навіть в слабкої концентрації. Разом з тим в шлаку міститься оксид магнію, який володіє антацидних, адсорбуючих і детоксірующім дією [4].

Проведені дослідження показали, що великотоннажне використання шлаку металургійного заводу, одержуваного при виробництві феррованадия сілікоалюмінотерміческім методом, може здійснюватися в двох напрямках: в складі рекультивационного матеріалу полігонів ТПВ і в складі для рекультивації кар'єрів. Цю можливість підтверджують висновки, видані лабораторіями Росспоживнагляду, щодо віднесення шлаку і рекультивационного матеріалу, отриманого на його основі, до матеріалів четвертого класу небезпеки [4].

Перший напрямок великотоннажного використання шлаку - рекультивація полігонів ТПВ. Встановлено, що шлак феррованадіевого виробництва не горючий, не токсичний, не розчинний, має однорідну структуру з розміром фракцій менш 250 мм. Завдяки такій структурі шлак добре ущільнюється, і внаслідок цього незручний для пристрою гризунами лазівок і нор, перешкоджає доступу птахів, гризунів і вологи в робоче тіло полігону, надійно ізолює ТПВ від контакту з комахами [4].

Тим самим суміш шлаку і природного грунту, утворюючи рекультиваційний матеріал, відповідають нормам, що пред'являються нормативними документами до матеріалу для рекультивації полігонів ТПВ.

Технологічна схема для рекультивації полігону ТПВ включає наступні етапи: засипка тіла полігону ТПВ шаром рекультивационного матеріалу, що представляє собою суміш кінцевого шлаку, що утворюється при виробництві феррованадия алюміносілікотерміческім способом і природного грунту. Далі біологічний етап рекультивації з укладанням шару потенційно родючого шару грунту і висадкою насаджень (рис. 1).

Рис 1. Технологічна схема рекультивації полігонів ТПВ: 1 - тіло полігону ТПВ; 2 - шар рекультивационного матеріалу; 3 - потенційно родючий шар ґрунту; 4 - біологічний етап рекультивації; 5 - рекреаційні; сільськогосподарське; лісогосподарське напрямок рекультивації

Другий напрямок великотоннажного використання даного відходу - це використання його для рекультивації відпрацьованих кар'єрів. Як приклад було розглянуто варіанти використання для рекультивації відпрацьованих промислових і будівельних кар'єрів з видобутку грунту, гравію і каменю, що передбачають відновлення початкового рельєфу. Даний кар'єр розташований в межах населеного пункту, виведений з експлуатації і знаходиться поблизу металургійного заводу.

Санітарні правила СП 2.1.7.1038-01 «Гігієнічні вимоги до улаштування та утримання полігонів для твердих побутових відходів» допускають засипку кар'єрів і інших, штучно створених порожнин з використанням інертних відходів, твердих побутових та промислових відходів 3-4 класів небезпеки. При цьому в п. 7.2 санітарних правил вказується, що розміщення відходів має задовольняти вимогам встановленого порядку з проектування, експлуатації та рекультивації полігонів для твердих побутових відходів, розмір санітарно-захисної зони (п. 7.3) приймається як для сміттєперевантажувальної станції ТПВ і повинен становити 100 м від найближчої житлової забудови. У тих випадках, коли передбачається гідравлічний зв'язок з водними об'єктами, ґрунтовими водами, доцільно в якості захисних засобів на дно і борти кар'єру укласти гідроізоляційні екрани.

Технологічна схема рекультивації кар'єрів: засипка кар'єра сумішшю кінцевого шлаку, що утворюється при виробництві феррованадия алюміносілікотерміческім способом і природного грунту, утвореного при розробці кар'єру. Далі біологічний етап рекультивації з укладанням шару потенційно родючого шару грунту і висадкою насаджень (рис. 2).

Мал. 2. Технологічна схема рекультивації кар'єрів: 1 - потенційно родючий шар ґрунту; 2 - шар рекультивационного матеріалу

Отриманий матеріал по механічним і фізико-хімічними властивостями відповідає вимогам, що пред'являються до матеріалів рекультивації полігонів ТПВ і кар'єрів. Завдяки впровадженню цієї технології будуть вирішені наступні завдання:

1. Утилізація великотоннажних відходів металургійного заводу (накопичено на даний момент близько 1 млн тонн, і щороку додається 5-7 тис. Т).

2. відпаде необхідність застосування почвогрунта для рекультивації полігону ТПВ, для якого, як правило, додатково потрібно розробка кар'єру, а, отже, відпаде необхідність в проведенні додаткових робіт по рекультивації розробляється кар'єру [4].

Рудакова Л.В. д.т.н. професор кафедри охорони навколишнього середовища, ФГБОУ ВПО «Пермський державний технічний університет», м.Чернігів;

Довгих О.В. д.м.н. професор, завідувач відділом імунобіологічних методів діагностики, ФГУН «Федеральний науковий центр медико-профілактичних технологій управління ризиками здоров'ю населення» Росспоживнагляду, м. Чернігів;

Пропонуємо вашій увазі журнали, що видаються у видавництві «Академія природознавства»

(Високий імпакт-фактор РИНЦ, тематика журналів охоплює всі наукові напрямки)