Полигоны для обезвреживания и захоронения токсичных ПО являются природоохранными сооружениями, предназначенными для регулярного централизованного сбора, удаления, обезвреживания и захоронения неутилизируемых токсичных отходов, загрязнений и некондиционных продуктов (веществ) промышленных предприятий, научно-исследовательских организаций и учреждений, расположенных в одной или нескольких промышленных зонах. Количество и мощность полигонов для каждого промышленного района обосновывается технико-экономическими расчетами.
В соответствии с /33/, в составе полигонов предусматривается строительство трех основных объектов, которые могут быть расположены на одной или нескольких отдельно расположенных площадках:
1) цеха для обезвреживания токсичных ПО и некондиционных продуктов (веществ), предназначенного для сжигания и физико-химической переработки этих отходов и продуктов с целью их полного обезвреживания или понижения токсичности (класса опасности), перевода их в нерастворимые формы, обезвреживания и сокращения объема отходов и загрязнений, подлежащих захоронению;
2) участка захоронения отходов и загрязнений, представляющего собой территорию, на которой располагаются специально оборудованные карты, или котлованы, куда складируют различные группы токсичных твердых отходов;
3) гаража специализированного парка автомашин, предназначенных для транспортирования токсичных ПО.
Обработка ПО на полигонах является более прогрессивным способом, чем сброс на свалки ТБО, поскольку наряду с захоронением и примитивным сжиганием, здесь предусматривается обработки некоторых видов ПО на промышленных установках.
В России проектирование полигонов для централизованной обработки ПО регламентируется санитарными правилами. Требования этих правил распространяются на проектирование, строительство и эксплуатацию полигонов только для захоронения и сжигания отходов производства, для которых еще не разработаны методы утилизации. Полигоны следует располагать в свободных от застройки, открытых, хорошо проветриваемых незатопляемых местах, на которых возможно осуществление мероприятий и инженерных решений, исключающих загрязнение населенных пунктов, зон массового отдыха и источников питьевого водоснабжения (открытых водохранилищ и подземных вод).
Приему на полигоны не подлежат: радиоактивные отходы; нефтепродукты, подлежащие регенерации; древесные отходы (опилки, тара и т.д.); производственные и строительные отходы.
Размер санитарно-защитной зоны от полигона до населенных пунктов и открытых водоемов устанавливается с учетом местных условий (климата, рельефа, типа почв, направления ветров и т.д.), но не менее 3000 м. Полигоны должны располагаться на расстоянии не менее 200 м от сельскохозяйственных угодий и транзитных магистральных дорог и не менее 50 м от лесных массивов и лесных посадок. Полигоны следует размещать, как правило, на участках со слабо фильтрующими грунтами (глиной, суглинками, сланцами и т.д.), характеризующимися коэффициентом фильтрации не более 10-5 см/с. Уровень грунтовых вод при их наибольшем подъеме с учетом подъема воды при эксплуатации полигона должен составлять не менее 2 м от нижнего уровня захороняемых отходов (заглубление 7…15 м).
Горючие отходы подлежат сжиганию. Для этого на специально выделенном участке полигона должна быть построена печь, режим работы которой должен обеспечивать сжигание при температуре 1 000…1 200 °С, исключающее загрязнение окружающего воздуха. Печь должна быть оснащена газоочистными и пылеулавливающими сооружениями.
В процессе эксплуатации полигона необходимо проводить систематический текущий контроль службой полигона и выборочный контроль санэпидемстанции (СЭС) за уровнем содержания токсичных ингредиентов в грунтовых водах, в почве территории, прилегающей к полигону, в растениях, а также в атмосферном воздухе в радиусе 3000 м.
Приему на полигоны подлежат только ПО 1, 2, 3 и 4 классов опасности, перечень которых в каждом конкретном случае согласовывается с органами санитарного надзора и заказчиком проекта полигона.
Одним из самых освоенных полигонов для захоронения и обработки ПО является введенный в действие у нас в стране еще до принятия указанных нормативных документов опытный полигон «Красный Бор», расположенный в 5 км от г. Колпино под Санкт-Петербургом. С учетом сведений о количестве и составе ПО на каждом предприятии был разработан проект опытного полигона. Комплексная геологическая экспедиция определила участок под полигон. При этом принимали в расчет близкий выход к поверхности водоупорных кембрийских глин; незатопляемость полигона паводковыми водами; отсутствие водоемов для водоснабжения и водоносных горизонтов.
Полигон (рис. 3.4) окружен кольцевым каналом, отводящим подземные и поверхностные воды с окружающей территории в р. Большая Ижора. На полигон принимают осадки очистных сооружений и все ПО, за исключением радиоактивных и подлежащих регенерации. Привозимые отходы сопровождаются паспортом, являющимся финансовым и технологическим документом.
Поступающие на полигон ПО условно можно разделить на пять основных групп:
1) жидкие отходы, содержащие органические примеси;
2) жидкие отходы гальванических производств;
3) нефтеотходы;
4) отходы условно твердые;
5) особо вредные отходы.
Жидкие отходы, содержащие органические примеси, составляют более половины всех привозимых на полигон ПО. В состав жидких отходов входят в разных количествах и сочетаниях органические соединения, продукты органического синтеза, высокомолекулярные соединения, отходы производства пластических масс и смол, органические растворители, отходы производства синтетических каучуков и т.д.
Жидкие отходы гальванических производств (влажность 96…98 %) имеют в своем составе соли тяжелых металлов, реакция среды колеблется от кислой до щелочной. Нефтеотходы – смесь легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, а также отработанные масла (машинные, турбинные, веретенные), мазуты, загрязненные растворители (бензол, толуол, ксилол, керосин, ацетон, метанол, амилацетат, бутилацетат, бутанол). Содержание воды в нефтеотходах – 70…90 %. Отходы условно твердые (в том числе сыпучие и пылевидные материалы (сажа, пигменты, красители, наполнители, каолины, различные порошки, химреактивы, грязь из мазутных резервуаров) представляют собой смесь нефтебитума, гудрона с водой и песком.
Особо вредные отходы содержат соединения циан-группы, ртути, мышьяка и других сильнодействующих ядовитых веществ.
Все принятые отходы должны ликвидироваться путем захоронения или сжигания в открытых бункерах на поверхности земли. Практика показала, что захоронение жидких отходов в котлованах, отрытых в толще кембрийских глин, сопряжено с большими трудностями, а сжигание нефтеотходов в открытых бункерах ведет к сильному задымлению и загрязнению воздушного бассейна токсичными продуктами неполного сгорания.
Жидкие отходы характеризуются большой влажностью, поэтому их предварительно сгущают перед засыпкой котлована вынутой кембрийской глиной и растительным грунтом. В качестве поглотителя жидкостной фазы применяют также древесные опилки. Для захоронения принятых отходов в толще кембрийской глины отрывают котлованы глубиной до 15 м, ширина и длина их может быть различной, угол откоса составляет 45°. Для захоронения отходов необходимы большие земельные площади, тяжелая техника (экскаваторы, бульдозеры, автосамосвалы), а также большие материальные затраты.
В настоящее время на полигоне внедрен термический метод обезвреживания жидких ПО. Около 10 % отходов, получаемых в результате предварительного отстоя в котлованах полигона, являются жидкими горючими отходами, не подлежащими регенерации.
На полигоне с 1975 г. действуют установки по сжиганию жидких горючих отходов с утилизацией тепла для обезвреживания негорючих жидких отходов. Установки-печи просты в изготовлении и при обслуживании, надежны в эксплуатации и обеспечивают обезвреживание жидких горючих и негорючих отходов. При сжигании 1 т горючих отходов одновременно обезвреживается до 6 т жидких негорючих отходов.
Особенностью промышленного варианта печи является то, что в ней наряду со сжиганием жидких горючих отходов обезвреживаются жидкие негорючие отходы, содержащие органические и минеральные примеси. Горючие отходы вместе с воздухом поступают в камеру сгорания I (рис. 3.5) . Продукты сгорания охлаждаются в рекуператоре II и выбрасываются в атмосферу, жидкие негорючие отходы поступают в рекуператор, где нагреваются отходящими газами. Пары легколетучих органических соединений и азеотропных смесей, а также упаренный раствор, насыщенный высококипящими органическими примесями, поступают в камеру сгорания I, где термически обезвреживаются.
Камера сгорания I и рекуператор тепла отходящих газов II (рис. 3.5) являются единым аппаратом, представляющим собой металлическую цилиндрическую трубу, закрытую с торцов. Один конец трубы футерован на 1/5 часть длины, к нему тангенциально подвешены воздухо- и паропроводы 10. На противоположном конце трубы расположен патрубок отвода отходящих газов с паровой рубашкой 11. В рубашку по паропроводу поступают жидкие промышленные негорючие отходы, которые нагреваются теплом отходящих газов и поступают через штуцер в резервуар для упаривания. Труба горизонтально закреплена на дне резервуара, который закрыт крышкой 18 и паросборником 23, служащим для отвода паров ПО и соединенным паропроводом с камерой сгорания I.
Максимальный сбор и утилизация тепла, выделяющегося при сжигании, достигаются соотношением футерованной (зоны сжигания) и нефутерованной части трубы (теплообменника) 1 : 5…1 : 8, а также тем, что труба закреплена на дне резервуаpa, заполненного негорючими ПО. Энергозатраты на испарение ПО снижаются в результате предварительного нагрева их остаточным теплом отходящих газов. В установке обезвреживают горючие, а также негорючие ПО, содержащие органические и неорганические примеси, при удельном расходе 0,14…0,33 горючих отходов на 1 кг негорючих.
Горючие отходы сжигают в футерованной части камеры при тангенциальной подаче воздуха в три зоны с определенным соотношением расхода, причем в последнюю зону, расположенную около выхода из камеры сгорания, воздух подается с противоположного направления по отношению к двум другим. Температура в центре горения составляет 1200…1300 °С, температура газов на выходе из печи 400…600 °С. При выбранных режимах на одной установке ежесуточно в среднем сжигается до 10 т горючих отходов и термически обезвреживается до 60 т.
Около 40 % всех принимаемых полигоном жидких ПО уничтожается термическим методом с использованием в качестве топлива не подлежащих регенерации жидких горючих ПО. При большем поступлении из города жидких горючих ПО полигон смог бы соответственно большую часть принятых отходов уничтожать надежным и дешевым термическим методом вместо трудоемкого и дорогостоящего уничтожения путем захоронения в толще кембрийской глины.
На опытном полигоне разработали и внедрили каскадный метод обезвреживания отходов гальванических производств. Этот метод также не связан с захоронением всего объема отходов и заключается в химической нейтрализации токсичных примесей. Процесс происходит в последовательно соединенных емкостях, вырытых в толще кембрийской глины.
Жидкие отходы с влажностью 96…99 % и разным химическим составом поступают в приемник для естественного осаждения взвесей, солей, шламов, механических примесей. Осветленный раствор, содержащий растворимые соли металлов, переливают в емкость окисления-восстановления; туда же поступают ПО железного купороса. После окончания окислительно-восстановительного процесса жидкую фазу переливают в нейтрализатор, где осаждают катионы тяжелых металлов в виде гидроксидов и солей путем создания необходимой щелочной среды добавлением ПО, содержащих известь, едкий натрий, кальцинированную соду, поташ. Химизм процесса заключается в гидролизе извести, нейтрализации кислой среды, осаждении гидроксидов металлов, а также сульфат-ионов и карбонат-ионов.
Обезвреженную жидкость, содержащую в своем составе сульфат-ион, нитрат-ион, хлорид-ион, ионы кальция, калия, натрия, магния, кремния в концентрациях, не превышающих предельно допустимые, переливают в сборник обезвреженной жидкостной фазы и оттуда направляют на испарение. По мере накопления осадка в первой емкости каскад перемещается: вторая емкость становится первой, третья — второй, четвертая – третьей, для четвертой емкости отрывают котлован. Первую емкость покрывают слоем кембрийской глины и растительного грунта, затем сеют травы, сажают деревья и декоративные кустарники.
Каскадный метод обезвреживания отходов, содержащих минеральные примеси, позволяет вести процесс обезвреживания непрерывно, с небольшими затратами земельных площадей, так как непосредственному захоронению подвергается лишь небольшая часть отходов – твердые токсичные отходы, шламы и взвеси. Основную массу отходов (около 90 %) в виде обезвреженной жидкостной фазы не хоронят. Вместе с тем локальное накопление в определенных емкостях тяжелых металлов в виде гидроксидов и нерастворимых солей создает предпосылки для их дальнейшего извлечения и утилизации.
Особо вредные отходы поступают на полигон в стальных гермитично закрытых емкостях и обезвреживаются путем захоронения в отдельных специальных котлованах. Химическая лаборатория полигона проводит работы, связанные с технологией обезвреживания принимаемых отходов (физико-химический анализ), занимается изысканием более прогрессивных методов обезвреживания и утилизации отходов. Кроме того, совместно с областной СЭС, городской СЭС, комплексной геологической экспедицией и рядом научно-исследовательских институтов города лаборатория полигона изучает влияние захороненных ПО на прилегающую территорию, на воздушный бассейн (проводятся лабораторные анализы проб воды, грунта, атмосферного воздуха). С вводом в действие опытного полигона в городе и регионе была решена важная задача централизованного удаления и обезвреживания ПО и загрязнений.
Главным недостатком полигонов типа «Красный Бор» является большой удельный вес технологических процессов, связанных с захоронением отходов. Существование таких полигонов ограничено во времени имеющимися в наличии площадями, по использовании которых полигон должен быть закрыт.
Однако ценный опыт, накопленный при проектировании, строительстве и эксплуатации первого в стране полигона для организованного обезвреживания ПО, позволяет перейти к последующему широкому внедрению промышленной технологии обезвреживания и складирования отходов промышленных предприятий.