СПОСОБ БИОДРЕНИРОВАНИЯ ПОЧВЫ
METHOD OF BIOLOGICAL DRAINAGE OF SOIL

Изобретение относится к области экологии и позволяет существенно снижать ущерб, наносимый окружающей среде объектами захоронения твердых бытовых отходов (ТБО) при их деструкции, и осуществлять биологическую рекультивацию почвы полигонов захоронения ТБО.
Анализ жизненного цикла полигонов захоронения ТБО свидетельствует о том, что после закрытия на прием и в процессе рекультивации полигонов весь объем образующихся токсичных фильтрационных вод (ФВ) будет поступать в окружающую среду, загрязняя ее.
Следуя «Инструкции про проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов», утвержденной Министерством строительства РФ 2 ноября 1996 г., работы по гидроизоляции поверхности массива ТБО, которые проводят в период рекультивации полигона, не позволяют полностью исключить проникновение атмосферных осадков в почву и тело полигона с образованием токсичного фильтрата, т.е. обеспечить защиту окружающей среды от загрязняющих веществ.
Известны способы дренирования почв, заключающиеся в выпаривании жидкости с целью уменьшения объема ФВ, в которых используют резервуары с известью для нейтрализации, испарители, баки реакции денитрификации и печи (CN 101182049, опубл. 21.05.2008 г., CN 202898170, опубл. 24.04.2013 г.).
Недостатком этих способов является наличие выбросов загрязняющих веществ в атмосферу во время процесса испарения высокотоксичных ФВ в условиях полигонов ТБО, что неприемлемо с точки зрения экологии.
Наиболее близким к заявляемому является способ биодренирования поливных земель, который позволяет ликвидировать подпочвенные воды, образующиеся на орошаемом поле вследствие фильтрации (RU 2320815, опубл. 27.03.2008 г.).
Способ осуществляется путем посадки верхнего рекультивационного слоя многолетних растительных культур (лесополосы), который служит биологическим испарителем дренажных вод, т.е. осуществляет биодренирование почвы.
В качестве многолетних растительных культур используют иву, тополь и вяз, т.е. деревья, которые растут медленно и только в десятилетнем возрасте приобретают свойства, необходимые для выполнения функции биодренирования почвы, когда сформирована достаточно разветвленная корневая система и крона с листьями, обеспечивающие продуктивную транспирацию ФВ по всей корнеобитаемой толще почвы без капиллярного поднятия к поверхности и без фильтрации ее в почве.
Однако применительно к полигонам захоронения ТБО возникает необходимость защиты окружающей среды в первый же год рекультивации полигона захоронения ТБО, что возможно только путем существенного увеличения степени транспирации растительных культур для обеспечения минимизации расхода токсичных ФВ в первый год рекультивирования почвы.
Технический результат заключается в создании высокоэффективного способа биодренирования почвы, который позволяет в первый год рекультивации полигона захоронения ТБО минимизировать объем просачивающихся ФВ, превышающий годовой объем атмосферных осадков, т.е. свести объем образующихся токсичных ФВ к минимально возможному при деструкции отходов.
Технический результат достигается за счет того, что при осуществлении способа биодренирования почвы, включающем посадку рекультивационного слоя многолетних растительных культур, в качестве растительных культур используют лопух паутинистый (Árctium), или/и борщевик Сосновского (Heracléum sosnówskyi), или/и кипрей узколистный (Epilóbium angustifolium).
Экспериментально установлено, что лопух (Árctium), а также борщевик Сосновского (Heracléum sosnówskyi), а также кипрей узколистный (Epilóbium angustifolium) являются растительными культурами, которые отличаются большим потреблением влаги и имеют большую вегетативную и корневую массы. При их использовании для биодренирования существенно снижается количество проникающей влаги в тело полигона путем ее поглощения и дальнейшей транспирации. Уровень транспирации указанных растений за теплый период года составляет от 85 до 120% от годового слоя атмосферных осадков.
Общие свойства, которые позволяют указанным растениям служить культурами для биодренирования, следующие:
- основная масса корней горизонтальных и вертикальных располагаются в слое почвы до 30 см, а отдельные корни могут достигать длины 1,5-2 м;
- многолетники (2 и более лет);
- корневища толстые и ползучие, на вертикальных и горизонтальных корнях развиваются дополнительные почки, которые способствуют быстрому вегетативному размножению;
- высота растения достигает 1,5 м;
- листья и соцветия достигают 40-80 см;
- высокий уровень транспирации;
- устойчивость к условиям произрастания на свалках и засоренных участках (http://ru.wikipedia.org/wiki/).
Изобретение проиллюстрировано следующими чертежами.
На фиг. 1 представлена сравнительная таблица транспирации воды растениями и без растений по месяцам.
На фиг. 2 показан сравнительный график среднегодового слоя атмосферных осадков с суммарным слоем испарения с поверхности почвы и транспирации заявленными растениями.
На фиг. 3 представлены климатические условия окружающей среды в условиях Пермского края.
На фиг. 4 - таблица, на которой представлены экспериментальные данные по количеству атмосферных осадков, просочившихся через верхнее рекультивационное покрытие при использовании заявленных растений.
Как следует из фиг. 1, уровень транспирации при использовании заявленных культур в 1,2-2,3 раза превышает уровень испарения с не покрытой растениями почвы и в 1,5-2,5 раза превышает количество выпавших осадков за аналогичный период времени. При этом общее количество воды, испарившейся заявленными растениями за три месяца, соответствует годовому объему испарения с поверхности почвы.
Как видно на графике фиг. 2, суммарный уровень испарения с поверхности почвы и транспирации растениями превышают годовое количество осадков для каждого из указанных растений.
Было рассчитано количество влаги, проникающей в тело полигона через верхний рекультивационный слой с различными растительными культурами.
Расчет выполнялся для климатических условий Западного Урала (Пермского края).
Количество атмосферных осадков и значение среднемесячных температур по месяцам приняты по данным ФГБУ "ГИДРОМЕТЦЕНТР России".
Для расчета количества испарившейся влаги принимались СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» и СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика», а также методика А. Р. Константинова «Расчет испарения с почвы, воды и снега».
В результате расчетов было получено, что слой фильтрата, образующийся на полигоне с использованием растительных культур, рекомендованных «Инструкцией по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов», утвержденной Министерством строительства РФ 2 ноября 1996 г., так же как и на полигоне без растительности, составляет 110-150 мм/год.
Экстраполируя полученные экспериментальным путем данные по транспирации растениями на весь календарный год с учетом отсутствия испарения с поверхности растений в холодный период года, были получены результаты, представленные на фиг. 4.
Таким образом, при использовании заявленных растений для биодренирования при рекультивации полигонов захоронения ТБО количество потребляемой растениями влаги превышает количество атмосферных осадков, оставшихся после испарения с поверхности почвы, то есть превышает количество доступной влаги для климатических условий Пермского края. При этом образующийся дефицит влаги позволяет потреблять растениями весь паводковый объем воды на поверхности массива отходов.
Можно сделать вывод о том, что применение лопуха паутинистого (Árctium),борщевика Сосновского (Heracléum sosnówskyi), а также кипрея узколистного (Epilóbium angustifolium) в качестве растительных культур ведет к существенному изменению значимой расходной статьи водного баланса - испарению.
Экспериментально доказано, что с помощью вышеуказанных растений можно значительно уменьшить количество образующегося токсичного фильтрата, а при выполнении всех необходимых по рекультивации массива ТБО работ полностью исключить образование токсичных ФВ. При этом экспериментально установлено, что растения, рекомендуемые действующими нормативными документами для биологического этапа рекультивации полигонов ТБО, практически не влияют на водный баланс полигона ТБО и не позволяют сократить количество фильтрата, образующегося после закрытия полигона.
Уровень транспирации указанных растений за теплый период года составляет от 85 до 120% от годового слоя атмосферных осадков.
Таким образом, заявленный способ позволяет компенсировать проникновение атмосферных осадков в почву в постэксплуатационный период жизненного цикла полигона ТБО и, следовательно, свести объем образующихся токсичных ФВ к минимально возможному при деструкции отходов.