Технология депонирования обезвоженного осадка городских сточных вод

Экологически безопасная технология депонирования обезвоженного осадка городских сточных вод в отработанных карьерах и на бросовых территориях с целью их рекультивации и возвращения в землеоборот

Борткевич С. В., Воронин С. Г., ЗАО Проектно-изыскательское научно-исследовательское бюро «ГИТЕСТ», Москва, Россия

Основу современной технологической схемы обработки и размещения осадка сточных вод московских станций аэрации составляют метановое сбраживание, механическое обезвоживание и размещение осадка на полигонах депонирования, которые устраиваются на территории карьеров, малопригодных и бросовых территориях. Существующие способы захоронения осадка в узких (менее 3 м) и широких (более 3 м) траншеях, включающие устройство траншей в грунте, укладку осадка в траншеи и перекрытие осадка изолирующим слоем грунта, вынутого из траншей, загрязняют окружающую среду. Кроме того, вследствие наличия разделительных массивов грунта между траншеями и малой глубины траншей нагрузка осадка на площадь захоронения получается небольшая — 2 300-10 600 м3/га для узких и 6 000—27 400 м3/га для широких траншей. Известны способы захоронения осадка на полигонах с размещением осадка в виде насыпей или на полигонах с послойной укладкой осадка. Однако первый из них требует обязательного смешивания осадка с грунтом в качестве наполнителя в соотношении 0,5—2 части грунта на каждую часть осадка, а другой дает низкий коэффициент использования земельной площади с нагрузками на площадь захоронения от 3 780 до 17 000 м3/га, не исключая загрязнения окружающей среды. Проектно-изыскательским бюро «ГИТЕСТ» разработана (пат. 2214974 РФ «Способ захоронения обезвоженного осадка сточных вод в обвалованном полигоне») и МГП «Мосводоканал» внедрена новая экологически безопасная технология депонирования обезвоженного осадка в котловане, образованном дамбами обвалования или выемкой. При осуществлении этой технологии откосы и дно котлована покрываются защитным водонепроницаемым экраном. По контакту экрана с депонируемым иловым осадком укладывают пластовый дренаж, служащий для сбора и отвода фильтрата и дождевой воды. Котлован заполняют осадком на всю глубину одним ярусом и затем устраивают верхнюю часть дренажа, замыкающую его по периметру осадка. После окончания работ по устройству верхней части дренажа его также перекрывают защитным экраном (пат. 2255055 РФ «Способ создания грунтового изолирующего слоя на обезвоженном осадке в обвалованном полигоне»). Защитный экран выполняют из местных суглинков с числом пластичности более 0,1. Укладку суглинков в защитный экран производят при среднем коэффициенте водонасыщения 0,9. При этом допускаются примеси песка, гравия и щебня в определенном количестве, в зависи-мости от гранулометрического состава грунта. Уплотнение суглинков твердой консистенции про-изводится тяжелыми катками или самосвалами, имеющими высокое удельное давление на грунт, что соответствует стандарту AASHO США. Для уплотнения суглинков пластичной консистенции применяется шведский метод, в котором уплотняющими механизмами являются бульдозеры. Такая гибкая технология при соответствующем геотехническом контроле позволяет использовать для возведения защитных экранов грунты естественной влажности. Толщина экранов составляет 0,4—0,6 м, в зависимости от литологичсского строения подстилающей грунтовой толщи. Фильтрационные испытания суглинков, уложенных и уплотненных по разработанной техно-логии, производились при напорных градиентах до 600 и показали, что эти грунты характеризуются коэффициентами фильтрации Кф = 10 -7—10-8 см/с, полностью отвечающими требованиям СНиП 2.01.28-85 «Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов. Основные положения по проектированию».
Применение защитных экранов из местных суглинков в сочетании с пластовым дренажом по контакту экрана с массивом депонируемого осадка позволяет снять напоры фильтрации с экрана, собрать и направить загрязненную воду поверхностного стока и фильтрат на очистку, тем самым исключить возможность отрицательного влияния депонируемого осадка на природную среду. Дренаж из щебня по откосам и в основании емкости депонирования устраивают до укладки осадка. При этом щебень отделяют от суглинка экрана и осадка геотекстилем. Верхнюю часть дренажа выполняют из песка, который укладывают на полотнища геотекстиля, расстилаемые по поверхности массива депонируемого осадка для повышения его несущей способности. Надвижку песка на полотнища геотекстиля производят легким бульдозером с удельным давлением под гусеницами 0,02 МПа. Последующее перекрытие песка защитным экраном из суглинка производят также по геотекстилю. Работы ведут бульдозерами по всему участку депонирования от бортов вмещающей емкости к центру насыпи. Обезвоженный на фильтр-прессах осадок разгружается из автосамосвалов
со специальных разгрузочных площадок, выполненных в виде пирсов. Разгрузочные площадки-пирсы располагают равномерно по площади депонирования. При сбрасывании осадка с пирсов временно нарушается искусственно сформированная структура обезвоженного осадка, и он равномерно распределяется между пирсами, восстанавливая затем структуру и набирая прочность. Таким образом, для укладки обезвоженного осадка одним ярусом используется его свойство тиксотропии. Способ депонирования осадка одним ярусом позволяет исключить один-два изолирующих слоя грунта, а вместо них уложить осадок, чем значительно увеличить нагрузку осадка на площадь депонирования. Описанный способ депонирования осадка одним ярусом с устройством защитного экрана и пластового дренажа применяется в настоящее время при реконструкции иловых площадок московских станций аэрации для увеличения нагрузки осадка и сокращения площади депонирования, в чем заключается его эффективность. Этот способ депонирования осадка реализован при реконструкции иловой площадки № 8 Курьяновской станции аэрации. На полигоне депонирования площадью 18 га и глубиной 10 м было уложено 910 тыс. м3 обезвоженного илового осадка и произведено его перекрытие. Нагрузка осадка при депонировании составила 50,5 тыс. м3/га, что практически в два раза выше максимальной нормы, установленной мировой практикой.
Разработан также проект рекультивации карьеров с заполнением выработанного пространства строительным мусором и обезвоженным иловым осадком сточных вод. В этом проекте основным элементом рекультивации является защитный экран из местных суглинков, которыми выстилается дно, откосы выработки и перекрывается свальное тело, т. е. образуется изолирующая капсула, как при депонировании осадка. Свальное тело формируется послойной укладкой строительного мусора и обезвоженного осадка. При послойной укладке этих составляющих достигается наиболее полное использование выработанного пространства и удобство проведения строительных работ. Свальное тело получается жестким и водонепроницаемым. Жесткий каркас свального тела создается отсыпкой строительного мусора, состоящего из обломков железобетонных конструкций, кусков известняка, кирпичного боя, песчаной-гравийной смеси и покровных суглинков в различных пропорциях, а водонепроницаемость — заполнением иловым осадком пор в отсыпке строительного мусора. Иловый осадок заполняет поровое пространство в строительном мусоре при размещении на уложенный слой строительного мусора пионерным способом «на себя», т. е. отступая. Последующие слои строительного мусора отсыпаются пионерным способом «от себя» (наступая) с перемещением его на ранее уложенный слой илового осадка. Толщина слоя строительного мусора составляет 1,0 м, а илового осадка — 0,8 м. Избыток илового осадка, образующийся на карте при отсыпке в него строительного мусора, отжимается в соседнюю карту. Строительный мусор и осадок подвозится автосамосвалами, а их перемещение и планировка слоев отсыпки производится бульдозерами. Сформированное таким образом свальное тело после его перекрытия защитным экраном, который должен укладываться непосредственно на верхний слой строительного мусора, будет иметь малую неравномерность деформаций, исключающую возможность развития эрозионных процессов на дневной поверхности.
ENVIRONMENTALLY SAFE TECHNOLOGY FOR DEWATERED MUNICIPAL SEWAGE SLUDGE DISPOSAL AT THE CLOSED QUARRIES AND ABANDONED SITES WITH THE PURPOSE OF THEIR RESTORATION AND REUSE
Bortkevich S. V., Voronin S. G., CJSC Research, Design and Survey Bureau «GITEST», Moscow, Russia
The paper describes a new technology for wastewater sludge disposal, featuring a single sludge layer with a thickness of up to 10 m, with lining and drainage system. Under the proposed arrangement, the sludge load is 50 500 m3/ha, which is nearly twice as much as the maximum load established in the world practice. The lining system is based on the use of clay soil with plasticity higher than 0,1. The clay liner and drainage layer encapsulate the sludge placed within a cell, the risk of environmental contamination is thereby eliminated. A newly developed project enables the restoration of closed quarries and abandoned sites once they have been filled up with dewatered sludge and construction waste, emplaced in alternate layers.