способ возведения полигонов твердых бытовых отходов на многолетнемерзлых грунтах

Формула изобретения

Способ возведения полигонов твердых бытовых отходов на многолетнемерзлых грунтах, включающий разметку и выемку на площадке полигона траншей, отличающийся тем, что выемку траншей проводят в период начала промерзания грунтов, затем в период начала оттаивания грунтов устанавливают слои тепло- и гидроизоляции на дне и поверх траншей, после этого траншеи заполняют твердыми бытовыми отходами, а в следующий период промерзания грунтов проводят выемку траншей с обеих сторон от траншей, заполненных твердыми бытовыми отходами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству на многолетнемерзлых породах (ММП) комплексов природоохранных сооружений, предназначенных для складирования твердых бытовых отходов (ТБО).

Известен способ возведения траншей для складирования ТБО, когда основание (дно) траншеи в климатических зонах, где возможно образование фильтрата, должно быть не менее чем на 0,5 м заглублено в глинистые грунты ("Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов. СанПиН 2.17.1038-01"). Ограниченность рассматриваемого способа применительно к полигонам ТБО на многолетнемерзлых породах заключается в отсутствии сооружений для предохранения попадания фильтрата на дно траншей, его удаления и защиты многолетнемерзлых пород от оттаивания.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ возведения траншей для складирования ТБО со сбором и обезвреживанием фильтрата. "Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов", утвержденная Министерством строительства РФ 5.11.1996 г. - Москва, 1996. По этой схеме осветленный в грязеотстойнике фильтрат самотеком попадает в насосную станцию и перекачивается в систему перфорированных труб с дальнейшим разливом фильтрата по поверхности покрытых промежуточной изоляцией рабочих карт полигона.

В качестве недостатков известного способа можно перечислить следующие:

- образование фильтрата на дне траншей ввиду отсутствия устройств, предохраняющих от попадания атмосферных осадков в траншеи;

- оттаивание грунта в летнее время;

- отсутствие дополнительного охлаждения многолетнемерзлых пород;

- низкая надежность системы сбора и обезвреживания фильтрата - выход из строя перекачивающих насосов, перебои со снабжением электроэнергией могут привести к переполнению фильтратом траншей.

Ограниченность способа по прототипу заключается также в том, что его можно применять только для строительства полигонов ТБО на талых грунтах. Для строительства упомянутых полигонов на многолетнемерзлых грунтах, особенно высокотемпературных термодинамически неустойчивых, известный способ применить нельзя.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности защиты от загрязнения почвы и грунтовых вод ТБО за счет ликвидации возможности попадания и накопления фильтрата на дне траншей, а также предохранения от оттаивания пород.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в способе возведения полигонов ТБО на многолетнемерзлых грунтах, включающем разметку и выемку на площадке полигона траншей, их выемку проводят в период начала промерзания грунтов, затем в период начала оттаивания грунтов устанавливают слои тепло- и гидроизоляции на дне и поверх траншей, после этого траншеи заполняют ТБО, а в следующий период промерзания грунтов проводят выемку траншей с обеих сторон от траншей, заполненных ТБО.

Заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что в качестве элементов, повышающих эффективность защиты почв и грунтовых вод от загрязнения полигоном ТБО на многолетнемерзлых грунтах, используют дополнительное их охлаждение с последующим устройством слоев тепло- и гидроизоляции, причем изоляцию дна и верха незаполненных траншей осуществляют в период начала оттаивания грунтов.

Способ возведения полигонов ТБО на многолетнемерзлых грунтах можно объяснить следующим образом. Известно, что сплошное распространение толщи ММП, являющихся, по существу, идеальным водоупором, обуславливает эффективную естественную защиту подземных вод и почв от проникновения в них загрязняющих веществ. С другой стороны, возможное оттаивание ММП становится причиной экологического риска, связанного с загрязнением компонентов природной среды. Особенно это касается высокотемпературных ММП, которые по сути являются термодинамически неустойчивыми криогенными водоупорами. Изменение температурного режима и теплового состояния пород, вызванное разработкой грунтов основания полигона и складированием ТБО, приведет к повышению среднегодовой температуры и постепенному образованию таликов. Инфильтрация атмосферных осадков в траншее вызовет фильтрационную деградацию ММП. Следует также учесть и повышение температуры грунтов за счет биохимического разложения ТБО. Учитывая, что в сезонно-талом слое и надмерзлотных водах происходит концентрирование загрязняющих веществ, а в толще ММП их консервация, такая ситуация недопустима. Это связано с дальнейшим развитием техногенных геокриологических процессов, ведущих к ухудшению качества природной среды и возникновению зон экологического риска.

Таким образом, природный криогенный водоупор на площадке полигона ТБО не сможет обеспечить надежную защиту подземных вод и почв от загрязнения без применения специальных мероприятий.

Основной задачей этих мероприятий является, как минимум, сохранение природного температурного режима ММП и, как максимум, понижение их температуры до значений, обеспечивающих устойчивое состояние пород как криогенного водоупора. С этой целью верхний слой ММП, находящийся в непосредственной близости от возможного источника теплового влияния (дна траншеи), подвергают принудительному охлаждению (промораживанию). Промораживанию подвергается и оставшийся слой сезонно-талого грунта. Таким образом, температурный режим грунтов основания траншей становится менее восприимчивым к отепляющему влиянию атмосферного воздуха и складированных в летнее время ТБО. Для полного исключения упомянутого влияния на кровлю ММП, а также предупреждения их фильтрационной деградации дополнительно к промораживанию основания траншей устраивают тепло- и гидроизоляцию их дна и верха. Изоляция верха незаполненных траншей должна носить временный характер - до момента ее загружения ТБО с последующим устройством постоянного изолирующего слоя.

Таким образом, создание в основании траншеи зон с пониженными значениями температуры (по сравнению с естественным температурным режимом), а также применение постоянной тепло- и гидроизоляции дна и временной, поверх траншеи, является профилактическим средством сохранения ММП с целью исключения экологического риска при устройстве полигонов ТБО по траншейной схеме на высокотемпературных многолетнемерзлых породах. В отличие от прототипа, где допускается образование на дне траншеи фильтрата, попадание в них теплого воздуха, а также возможно тепловое влияние на окружающий массив грунта твердых бытовых отходов, в заявленном способе отепляющее влияние на ММП воздуха, фильтрата, ТБО исключается.

На фиг.1 показаны открытая траншея 1, слой глинистого грунта 2, положение верхней границы 3 ММП на начало разработки траншеи, дополнительное охлаждение траншеи в зимний период холодным воздухом 4.

На фиг.2 показаны слой теплоизоляции 5, слой гидроизоляции 6, изоляция верха траншеи 7.

На фиг.3 показан Вид А на фиг.2.

На фиг.4 показана траншея 8, заполненная твердыми бытовыми отходами 9, постоянный изолирующий слой 10.

На фиг.5 показаны открытые траншеи 1, находящиеся слева и справа от продольной оси 11 траншеи 8, дополнительное охлаждение траншей 1 в зимний период холодным воздухом 4.

Способ осуществляют следующим образом:

исходя из фактической годовой приемной емкости полигона определяют необходимое количество траншей и их параметры (длина, ширина, глубина и заложение откоса);

на площадке полигона определяют местоположение потребного годового количества траншей для складирования ТБО с учетом того, чтобы траншеи следующего года эксплуатации полигона ТБО располагались слева и справа от продольной оси траншей предыдущего года;

с началом промерзания грунтов слоя 2 ведут выемку траншеи 1 до проектной отметки ее дна, находящегося выше границы ММП 3;

траншеи оставляют открытыми в течение всего зимнего периода. В траншеях за счет понижения отметки природного рельефа изменяются условия теплообмена на поверхности грунта и он охлаждается (промораживается) холодным воздухом 4;

с началом оттаивания грунтов слоя 2 траншея 1 очищается от снега и на ее дне устраивают слои тепло- 5 и гидроизоляции 6;

для исключения попадания в траншеи 1 теплого воздуха и атмосферных осадков в летний период над траншеями устраивают поверхностную изоляцию в виде переносных двухскатных щитов 7;

загрузку ТБО 9 в траншеи 1 осуществляют следующим образом. С целью уменьшения отепляющего воздействия воздушной среды на ММП и исключения попадания атмосферных осадков в траншею, укладку и уплотнение ТБО 9 производят бульдозером в траншеи, открытые только перед укладкой. Открытие траншей осуществляют путем снятия переносных двухскатных щитов 7. Бульдозер сдвигает ТБО 9 в траншею с послойным их уплотнением. Для этого бульдозер перемещают вдоль траншеи 1. После заполнения траншеи ТБО ее закрывают постоянным изолирующим слоем 10, например глинистым грунтом, полученным при разработке траншеи 1;

с началом промерзания слоя грунта 2 слева и справа от продольной оси 11 траншеи 8, заполненной твердыми бытовыми отходами 9, разрабатывают грунт для устройства траншеи 1;

траншеи оставляют открытыми в течение всего зимнего периода. Помимо охлаждения собственных оснований траншей 1, происходит дополнительное промораживание основания траншеи 8;

с началом оттаивания грунтов слоя 2, траншеи 1, расположенные слева и справа от продольной оси 11 траншеи 8, очищают от снега и на дне каждой из них устраивают слои тепло- 5 и гидроизоляции 6;

для исключения попадания в траншеи 1 теплого воздуха и атмосферных осадков в летний период над траншеями устраивают поверхностную изоляцию в виде переносных двухскатных щитов 7;

дальнейшие процедуры по укладке, уплотнению и изоляции ТБО в траншеях аналогичны процедурам первой траншеи.

В предлагаемом изобретении положительный эффект заключается в следующем:

- ликвидация возможности попадания и накопления фильтрата на дне траншей;

- уменьшение отепляющего влияния атмосферного воздуха и твердых бытовых отходов на многолетнемерзлые породы;

- повышение надежности криогенных водоупоров за счет дальнейшего понижения их температуры и возможного перевода из пластично-мерзлого в твердомерзлое;

- снижение до минимума экологического риска, связанного с эксплуатацией полигонов ТБО на высокотемпературных многолетнемерзлых породах.