Способ рекультивации участков хранения бытовых отходов
METHOD FOR RECLAMATION OF HOUSEHOLD WASTE STORAGE AREAS

Изобретение относится к способам рекультивации участков хранения твердых бытовых отходов, расположенных на заболоченных территориях.
В районах с малой плотностью населения и плохо развитой транспортной инфраструктурой, где сложно организовать вывоз и утилизацию бытовых отходов, вблизи поселений возникают санкционированные и несанкционированные свалки бытовых отходов. Во многих случаях они размещаются на болотах, считающихся бросовыми землями. Из-за того, что загрязняющие вещества аккумулируются залегающим в основании свалок торфом, экскавация и вывоз отходов не предотвращают загрязнение природной среды. В течение длительного времени после ликвидации свалки поллютанты выносятся грунтовыми водами в водоемы (И.В. Тельминов, А.Л. Невзоров. Изучение выноса загрязняющих веществ с заболоченной территории// Вестник МГСУ. 2015. № 4, с. 115—125.). Тем не менее, по-прежнему, наиболее распространенным способом рекультивации участков размещения бытовых отходов, в том числе и на заболоченной местности, является их изоляция с поверхности.
Известен способ рекультивации мест хранения бытовых отходов, включающий сплошную планировку участка и последующее послойное нанесение речного ила, ила очистных сооружений и опилок (Патент РФ № 2612214, МПК A01B 79/02 - аналог).
Недостатком способа, кроме выноса загрязняющих веществ грунтовыми водами из основания свалки после осуществления мероприятий по рекультивации, является использование в покрытии ила очистных сооружений, в составе которого присутствуют загрязняющие вещества.
Известен способ рекультивации болотных земель, включающий укладку отсортированных бытовых отходов, формирование прослойки из древесной золы, укладку почвенного слоя и высев травы (Патент РФ № 2437263, МПК A01B 79/02, B09B 1/00, B65F 5/00 - аналог).
Недостатком способа является дополнительное загрязнение торфа при инфильтрации дождевых и талых вод через проницаемый почвенный слой и бытовые отходы, содержащие вещества-поллютанты.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ рекультивации хвостохранилищ, включающий проведение в первый год технического этапа рекультивации путем создания песчано-гравийного изоляционного дренажного слоя, укладки геосинтетика и нанесения искусственного плодородного субстрата, а во второй год – проведение биологического этапа рекультивации путем посева растений (Патент РФ № 2643038, МПК A01B 79/02 - прототип).
Недостатком способа является вынос загрязняющих веществ из основания хвостохранилища потоком грунтовых вод, как в период проведения рекультивации, так и после ее завершения. Кроме того, предполагаемый процесс усадки искусственного грунта, то есть уменьшение его объема при снижении влажности, будет иметь место лишь в районах с сухим климатом (В.П. Ананьев, А.Д. Потапов. Инженерная геология. М.: Высшая школа, 2000. – 511 с.).
Задачей изобретения является повышение эффективности мероприятий по рекультивации участка хранения бытовых отходов за счет предотвращения выноса потоком грунтовых вод загрязняющих веществ из слоя торфа, подстилающего отходы.
В способе рекультивации участка хранения бытовых отходов, включающем укладку изоляционного покрытия и посев растений, осуществляемый после технологического перерыва, рекультивацию начинают с отрывки по контуру участка дренажной канавы, после чего приступают к укладке изоляционного покрытия, затем на него отсыпают слой глинистого грунта, который после технологического перерыва, продолжительность которого определяют из условия завершения фильтрационной консолидации подстилающего слоя торфа, перемещают в дренажные канавы и используют для планировки участка.
е
t.
Последовательность выполнения рекультивации иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан разрез участка в исходном состоянии; на фиг. 2 – то же, после отрывки канав, укладки изоляционного покрытия и отсыпки слоя глинистого грунта; на фиг. 3 – то же, после завершения технологического перерыва; на фиг. 4 – то же, после завершения рекультивации; на фиг. 5 – график зависимости коэффициента пористости торфа  от логарифма времени
Способ осуществляется следующим образом.
Рекультивацию участка, на котором бытовые отходы 1 размещены на слое торфа 2, а минеральное дно болота представлено водонепроницаемым грунтом 3, начинают с отрывки по контуру участка дренажных канав 4. После планировки поверхности отходов на них укладывают изоляционное покрытие 5, например, из чередующихся слоев водонепроницаемых и дренирующих материалов, таких как, глины, пески, различные типы геосинтетиков и др. Поверх изоляционного покрытия отсыпают временную насыпь из глинистого грунта 6. Нагрузка от насыпи обеспечивает сжатие подстилающего слоя торфа, которое сопровождается удалением из него поровой воды и снижением водопроницаемости. Поровая вода, обогащенная загрязняющими веществами, поступает в дренажные канавы 4.
S
Во время технологического перерыва ведут мониторинг осадки временной насыпи  и периодически отбирают пробы воды из дренажных канав 4. В случае несоответствия проб гигиеническим нормативам воду в канавах обеззараживают, а при наличии токсичных веществ в опасных концентрациях - откачивают и транспортируют на очистные сооружения.
Продолжительность технологического перерыва определяют по моменту завершения фильтрационной консолидации в слое торфа. При выполнении указанного условия часть глинистого грунта из временной насыпи 6 перемещают на периферию участка, заполняют им дренажные канавы 4, создавая тем самым водонепроницаемый барьер по его контуру. Оставшийся глинистый грунт используют для планировки всего участка.
Завершается рекультивация посевом растений.
3
3
Плотность торфа обычно изменяется от 0,9 до 1,1 т/м (Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения. М.: Изд-во АСВ, 2016, с. 488). Плотность бытовых отходов в зависимости от способа их уплотнения составляет 0,53-0,96 т/м(D. R. V. Jones, N. Dixon. Stability of Landfill Lining Systems: Literature Review, R&D Technical Report P1-385/TR1, 2003. p. 91). Исходя из приведенных значений плотности следует, что слой отходов небольшой толщины создает на основание незначительную нагрузку, а значит, небольшими будут и деформации торфа. Тогда как под действием, например, нагрузки 60-100 кПа от временной насыпи из глинистого грунта высотой 3-5 м осадка может составить 50 и даже 70% от исходной толщины торфа. (Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения. М.: Изд-во АСВ, 2016, с. 490, рис. 9.11).
t*
е
t
e = f (log t)
Как отмечалось выше, продолжительность технологического перерыва определяют по моменту завершения фильтрационной консолидации. Выполнение этого условия обеспечивает удаление из торфа свободной или гравитационной воды, содержащейся в макропорах и обогащенной загрязняющими веществами. Остающаяся в микропорах вода является связанной и не может вовлекаться в движение потоком грунтовых вод (Г.Ю. Ивахнова, А.Л. Невзоров. Особенности интерпретации результатов компрессионных испытаний торфа/ Строительство и архитектура, 2020, т. 8, №1 (26), с. 26-32). Продолжительность технологического перерыва  определяют с помощью графика зависимости коэффициента пористости торфа  от логарифма времени , который строят по данным мониторинга осадки временной насыпи. Завершение фильтрационной консолидации имеет место при резком изменении наклона графика  к оси абсцисс (Is. Ishibashi, H. Hazarika. Soil mechanics fundamentals. London: CRC Press, 2011, p. 193, fig. 9.23).
Коэффициент фильтрации торфа в результате столь значительных деформаций уменьшается в 100 и даже 1000 раз и достигает значений, характерных для водонепроницаемых грунтов - около 0,001 м/сут (Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения. М.: Изд-во АСВ, 2016, с. 489, рис. 9.10).
В связи с тем, что в торфе преобладают остаточные, а не упругие деформации, перемещение глинистого грунта в дренажные канавы, то есть снятие нагрузки от временной насыпи, приводит к его незначительному разуплотнению. Так, по данным лабораторных испытаний одного из видов торфа коэффициент пористости образцов при воздействии нагрузки 100 кПа уменьшился с 11,5 до 6,5, а полная разгрузка образцов привела к разуплотнению всего лишь до коэффициента пористости 7,0 (S. Muraro, C. Jommi. Pre-failure behaviour of reconstituted peats in triaxial compression/ Acta Geotechnica, 2020. DOI: 10.1007/s11440-020-01019-2). Таким образом, удаление временной насыпи не приведет к повторному открытию макропор в торфе и практически не повлияет на его водопроницаемость.
Предлагаемый способ рекультивации участков хранения бытовых отходов позволяет повысить эффективность защиты природной среды за счет надежной изоляции как самих отходов, так и подстилающего слоя торфа.
Способ рекультивации может применяться на накопителях нетоксичных промышленных отходов.