Реферат: Реферат виконавці

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ГОСПОДАРСТВА ТА ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ


ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНЕ ЗБЕРЕЖЕННЯ ТВЕРДИХ ПОБУТОВИХ ВІДХОДІВ ІЗ ВИКОРИСТАННЯМ ПРИРОДНИХ СОРБЕНТІВ


РЕФЕРАТ


Виконавці:

Жомирук Руслан Валентинович – к.т.н., доцент кафедри електротехніки і автоматики Національного університету водного господарства та природокористування;


Маланчук Євгеній Зіновійович – к.т.н., доцент кафедри електротехніки і автоматики Національного університету водного господарства та природокористування;


Громаченко Сергій Юрійович – аспірант кафедри гідромеліорацій Національного університету водного господарства та природокористування;


Гіроль Анна Миколаївна – інженер І категорії кафедри водовідведення, теплогазопостачання та вентиляції Національного університету водного господарства та природокористування.


Рівне 2010

Екологічно-безпечне збереження твердих побутових відходів з використанням природних сорбентів

Экологически – безопасное сохранение твердых бытовых отходов с использованием природных сорбентов

Environmentally safe conservation of solid domestic waste using natural sorbent materials


Жомирук Р.В., Маланчук Є.З., Громаченко С.Ю., Гіроль А.М.

Жомырук Р.В., Маланчук Е.З., Громаченко С.Ю., Гироль А.Н.

Zhomiryk R.V., Malanchuk E.Z., Gromachenko S.J., Girol A.M.


Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне, Україна



Проблема відходів загалом, а також твердих побутових відходів (ТПВ) зокрема, була і лишається надзвичайно актуальною і має сьогодні загальнопланетарні масштаби.

Натепер, маса ТПВ, що надходять у біосферу сягнула геологічних масштабів. Щорічно світ породжує близько 400 млн. тонн побутових відходів.

У містах України щорічно утворюється 35 млн.м3 (близько 9 млн. тонн) ТПВ. При цьому полігони, звалища, сховища, шламонакопичувачі, терикони займають площу 165 тис. га, а загальна кількість накопичених відходів в Україні, за приблизними підрахунками, становить близько 5 млрд. м3.

Полігони відходів є джерелом забруднення атмосфери та підземних вод.

Основний і найбільш небезпечний забруднювач у зоні розташування полігонів ТПВ – фільтрат, який формується у відвалах звалища при взаємодії відходів з атмосферними опадами, що інфільтруються.

Фільтрат містить численні компоненти розпаду органічних і мінеральних речовин, з’єднання миш’яку, кадмію, хрому, свинцю, ртуті, нікелю та ряду інших токсичних речовин, які практично ні на одному з сміттєзвалищ не знешкоджуються, а інфільтруються у ґрунт і потрапляють у ґрунтові води, а звідти забруднення прямує до водного об’єкту, прилеглої до полігону ТПВ території, тобто у навколишнє природне середовище.

Не менш важлива проблема – утворення парникових газів (СН4, СО2) у відвалах ТПВ – пов’язана з анаеробними процесами, які відбуваються у захоронених шарах сміття без доступу повітря.

Слід зазначити, що викиди метану з полігонів ТПВ становлять від 5% до 20% від його глобальної емісії і сягають загрозливого рівня, зважаючи на те, що потенціал глобального потепління метану, як парникового газу, в 21 раз перевищує потенціал вуглекислого газу. Тому полігони ТПВ відіграють вирішальну роль у створенні парникового ефекту на регіональному рівні.

Так, на приклад, у Рівненській області щорічно тільки в районних центрах на 17 сміттєзвалищах, які займають площу понад 100 га, накопичується близько 230 тис. тонн твердих побутових відходів, загальний обсяг видалених відходів складає 1200 тис. тонн. Щороку з 1 тонни ТПВ в анаеробних умовах утворюється не менше 5 м3 біогазу. Шляхом нескладних підрахунків можна визначити об’єм біогазу, що утворюється у межах відвалів ТПВ Рівненської області – 5...7 млн. м3. В перерахунку на парникові гази СО2 та СН4 близько 3,5 млн. м3 та 2,5 млн. м3 відповідно.

На основі викладеного була сформульована наступна мета науково-технологічної розробки: забезпечення достатнього рівня надійності та еколого-економічної ефективності щодо застосування комплексу інженерних заходів для створення та підтримання екологічно безпечного стану атмосферного повітря, земельних та водних об’єктів у зоні розташування сміттєзвалищ.

Зрозуміло, що адекватне вирішення цього питання та його наступна реалізація забезпечать не тільки комфортні умови життя людей і оптимальні санітарно-гігієнічні умови їхньої виробничої діяльності, але і саму можливість існування біосфери загалом та людини зокрема. Біосфера при цьому, визначається не як джерело і постачальник ресурсів, а як фундамент життя, збереження якого повинно бути обов’язковою умовою функціонування соціально-економічної системи та її окремих елементів.

Отже, в ситуації що склалася, одним зі шляхів вирішення проблеми екологічно безпечного збереження відходів, захисту ґрунтів і водних об’єктів від техногенного забруднення можна вважати інноваційну розробку безпечного збереження побутових відходів, створену науковцями Національного університету водного господарства та природокористування разом з виробничниками.

В основі запропонованого способу лежить ідея підвищення сорбційної здатності ізолюючого шару сміттєзвалищ і локальних забруднювачів з одночасною можливістю захисту ґрунту, безпечного відведення вологи з масиву відвалів ТПВ за рахунок очищення інфільтрату, що містить шкідливі речовини, і також забезпечується важлива для збереження навколишнього середовища дезодорація повітря.

Вирішення поставленої задачі досягається тим, що в способі безпечного збереження відходів на існуючих полігонах, що передбачає укладання відходів, їхнє пошарове пересипання ізолюючим матеріалом, і влаштування відвідних засобів, що представляють собою траншеї-поглиначі, заповнені ізолюючим матеріалом, які виконують по периметру полігона ТПВ і дублюють у міру заповнення полігона, в якості ізолюючого матеріалу для збереження відходів використовують цеолітовий туф або інший матеріал-сорбент з товщиною шару його укладання потужністю, що витримає масу накопичених відходів.

Цеолітовий туф, як потужний природний сорбент і побічний продукт видобутку базальту для потреб будівництва, може бути ефективно використаний для вирішення сформульованої задачі.

Цеолітові туфи мають високу селективність поглинання і здатність розділяти за розмірами іони і молекули різних речовин, досить високу механічну і хімічну стійкість. Висока міжзернова пористість природних сорбентів, у порівнянні з кварцовим піском, забезпечує збільшення об’єму закумульованого бруду. Вони в процесі своєї експлуатації мало змінюють свої фізико-хімічні властивості, зберігають високу іонообмінну селективність до цілого ряду хімічних елементів, вміст яких строго нормується.

Цеолітові туфи мають властивість адсорбувати аміак з повітря і їх доцільно застосовувати для дезодорації території складування відходів. Дослідженнями підтверджено, що 1 кг цеоліту може адсорбувати до 100 г аміаку і 400 г різних хімічних сполук.

Вміст у туфі невеликих домішок оксидів заліза, гематиту, кальциту, слюди, кварцу, плагіоклазів і хлоритів виявляє його цінні сорбційні і катіонообмінні властивості. Так, вибіркова адсорбція радіоактивного цезію Cs137 у туфах складає 99,5 %, а стронцію Sr90 - 97%. Ця властивість є позитивною для цеолітових туфів, оскільки дає можливість поглинати радіоактивні ізотопи, що можуть попадати у відвал ТПВ.

Характерною рисою цеолітів є також наявність системи пустот і каналів у їхній структурі, що можуть складати до 50% від загального об’єму цеоліту, що обумовлює його властивості як природного сорбенту. Вхідні отвори з каналів у пустотах цеолітів, утворені кільцями з атомів кисню, - найбільш вузькі місця каналів. Формою і розмірами цих вікон (0,26...0,67 нм) визначаються величини іонів і молекул, що можуть проникнути у пустоти. Це дає змогу використовувати цеоліти в якості молекулярних сит.

Цеоліти на 30-40% краще очищують воду від мікроорганізмів. Цеолітові

туфи забезпечують очистку не лише від грубих часток, які знаходяться у вигляді суспензій, а і від колоїдних часток мінерального та органічного походження 1).

Поглинальна здатність туфів різних родовищ представлена в табл. 1.

Таблиця 1

Поглинальна здатність туфів


Родовище

Катіонообмінна здатність мг-екв/100г

Nа+

г/кг

H+

г/кг

NH4+

г/кг

Pb+

г/кг

Cs137-

%

Pb2+

г/кг

Hg22+

г/кг

Zn2+

г/кг

Sr90

%

Cu2+

г/кг

Co2-

г/кг

Mn2+

г/кг

Поганське (Кемеровська область, Росія)

45

51

83

30

117

95

150

400

56

92.5

53

47

47

Тендзамське, Грузія

109

54

75

45

119

97

175

380

57

94

58

62

61

Полоцьке, Рівненська обл. Україна

118

57

79

48

162

99.5

179

420

62

97

65

60

75

Щодо поширення та умов залягання туфової сировини, то можна зауважити, що за даними глибинного картування вулканічні туфи простежуються під мезозойсько-кайнозойськими відкладами вздовж західного крила Поліської сідловини і західного схилу Українського кристалічного щита у вигляді смуги шириною 1...10 км на глибинах 5...200 м. Тобто в межах північно-західної території України, зокрема Рівненської області, цеолітовий туф наявний у значних об’ємах і високої технологічної якості.

Український кристалічний щит є південно-західною частиною фундаменту Східноєвропейської платформи. Він простягається з північного заходу України на південний схід, приблизно на 1 000 км від річки Горинь до Азовського моря. Найбільша ширина 250 км, площа в контурах виходу докембрійських утворень складає 136 500 км2, тому доцільно розглянути варіант використання туфів також у центральних та південних областях України (звичайно за умови залягання туфової сировини на невеликих глибинах).

У тих регіонах країни, де використання цеолітового туфу є проблематичним чи взагалі неможливим, у якості ізолюючого покриття можна використовувати інші природні матеріали – глину, мул, сапропель або їх комбінацію з піском або гравієм.

Пропонується три основні технологічні схеми, що передбачають екологізацію сміттєзвалищ на різних етапах їхнього створення та функціонування:

на стадії проектування полігонів ТПВ (рис. 1);



Рис. 1. Схема безпечного збереження ТПВ на стадії проектування полігонів сміттєзвалищ

на існуючих полігонах ТПВ (рис. 2);



Рис. 2. Схема безпечного збереження ТПВ на існуючих полігонах сміттєзвалищ.

на стадії закриття полігонів ТПВ, що вичерпали свій ресурс (рис. 3).



Рис. 3. Схема консервації полігону сміттєзвалища

Досить актуальним і розповсюдженим заходом підвищення екологізації сміттєзвалищ у розвинених країнах світу є видобування із твердих побутових відходів біогазу, що може бути використаний як альтернативне джерело пального, а в неконтрольованому стані виступає активним фактором формування парникового ефекту на регіональному рівні.

Тому на основі вищезгаданих технологічних схем екологізації полігонів ТПВ був також розроблений спосіб, у рамках здійснення якого передбачається відведення і накопичення біогазу, який є нетрадиційним енергоносієм, з одночасною можливістю безпечного відведення вологи з масиву відвалів твердих побутових відходів за рахунок очищення інфільтрату (рис. 4).



Рис. 4. Спосіб безпечного збереження твердих побутових відходів із відведенням біогазу

При проектуванні полігонів ТПВ як інженерно-екологічних споруд в системі природно-техногенного комплексу, необхідно визначити об’єм інфільтрату, який утворюється у відвалах ТПВ, тобто спрогнозувати водний режим та розрахувати водний баланс полігону-сміттєзвалища.

В даній роботі об’єм інфільтрату розраховується за допомогою методу водобалансових розрахунків з використанням моделей прогнозу типових метеорологічних режимів на довготерміновій основі.

Для вирішення поставленої задачі використовується метод водного балансу, який є універсальним інструментом для оцінки і прогнозу водного режиму будь – якої території.

Наявні методи водобалансових розрахунків для прогнозу й оцінки водного режиму грунтів внаслідок їх складності та громіздкості виконуються на ЕОМ. Прогноз водного режиму полігону ТПВ виконують методом водного балансу для умов дуже вологого, вологого, середнього, сухого й посушливого років розрахункової забезпеченості за опадами відповідно 10, 30, 50, 70, 90%. У якості розрахункових періодів доцільно розглядати як теплий (IV-IX місяці), так і холодний (X-III місяці) року.

Визначення сумарної ефективної величини інфільтрату відповідного року забезпеченості опадами потребує безпосереднього врахування мінливих у часі та невизначених за своїм характером природно-кліматичних умов та основних метеофакторів, оскільки саме вони справляють визначальний вплив на загальний природно-меліоративний режим полігону ТПВ та відповідний еколого-економічний ефект.

Маючи справу зі складним стохастичним процесом, яким є метеорологічний режим, важко сподіватися отримати задовільну детерміновану модель для будь-якого випадку. Але з іншого боку, з огляду на рівень задач, що розглядаються, мета метеорологічних прогнозів має дещо обмежений характер. Вона полягає в отриманні типових схем метеорологічних режимів у вигляді розподілу сукупності основних метеофакторів у багаторічному та річному перерізах.

Для визначення величин основних метеофакторів (деякі з них є складовими частинами рівняння водного балансу), найбільш доцільно скористатися моделлю їх типового розподілу за відсутності даних багаторічних спостережень (також розроблена науковцями НУВГП).

Сутність розрахунку полягає в тому, щоб на підставі використання системи базових рівнянь Фур’є 2-го порядку отримати необхідну нову їх систему для полігону ТПВ, розташованого в межах відповідної адміністративної області, що описує типовий розподіл основних метеорологічних елементів у характерні періоди для обраного розрахункового кроку дискретизації моделі.

Таким чином, визначивши сумарну ефективну величину живлення відповідного року забезпеченості опадами за допомогою водобалансових розрахунків та моделі типового розподілу метеофакторів, і знаючи дольові частки різних років щодо умов водозабезпеченості в межах проектного терміну існування об’єкту, науково обґрунтовується і розраховується кількість інфільтрату, який буде утворюватися в межах проектного полігону ТПВ.

Дану розробку доцільно використовувати для екологізації полігонів ТПВ, сміттєзвалищ, сховищ промислових відходів, скотомогильників, тваринницьких ферм, відпрацьованих сховищ та складів отрутохімікатів, локальних біологічних, хімічних та радіологічних забруднень, тобто досягається локалізація та подальша нейтралізація шкідливих речовин і сполук захист ґрунту, підгрунтових вод, інших природних водних об’єктів, дезодорація приземного шару повітря та зниження викидів парникових газів у зоні розташування згаданих об’єктів.

Застосування вищенаведених технологій екологічно-безпечного збереження ТПВ забезпечує одночасну можливість оздоровлення території в зоні розташування джерела забруднення на 60...80% і зниження ризику захворювання населення в прилеглій зоні на 40...60%. Питомі капіталовкладення на екологічно безпечну утилізацію об’єктів-забруднювачів складають 200...400 тис. грн /га в залежності від умов господарювання конкретного реального об’єкту.

Результати наукових досліджень за даним проектом впроваджені в проект „Реконструкція сміттєзвалища твердих побутових відходів – м. Остріг Рівненської області”, затвердженого сесією міської Ради м. Остріг 11.11.2008р. за №518. Економічний ефект від впровадження розроблених інноваційних технологій екологічно-безпечного збереження твердих побутових відходів становить 130 тис. грн., або до 65 тис. грн. на 1 га.


^ СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ТА ПАТЕНТІВ

Результати за темою роботи опубліковано 18 наукових праць, в тому числі 4 статті у спеціалізованих виданнях затверджених ВАК України та 9 тез доповідей у матеріалах конференцій, 5 патентів України.


Маланчук З.Р., Рокочинський А.М., Жомирук Р.В.,Терещенко В.М., Хмилецький О.В. Спосіб безпечного збереження побутових відходів. - Патент на корисну модель № 25546, 2007. – 2 с.

Гіроль А.М. Дослідження диференціального рівняння процесу фільтрування суспензії через зернисте середовище // Матеріали студентської наукової конференції, Рівне, 2007. – С. 150-153.

Гурин В.А., Гіроль М.М., Маланчук З.Р., Жомирук Р.В. Перехоплення високо мінералізованих вод відвалів фосфогіпсу природними сорбентами. - Тези доповідей Восьмої щорічної промислової конференції “Ефективність реалізації наукового, ресурсного і промислового потенціалу в сучасних умовах”, Славське, Карпати. – К.: «Наука. Техніка. Технологія». - 2008.-С.371-372.

Маланчук З.Р., Гіроль М.М., Рокочинський А.М., Жомирук Р.В., Гринюк Д.В. Використання природних сорбентів для екологізації полігонів твердих побутових відходів. - Тези доповідей Восьомої щорічної промислової конференції “Ефективність реалізації наукового, ресурсного і промислового потенціалу в сучасних умовах”, Славське, Карпати. – К.: «Наука. Техніка. Технологія». - 2008.-С.373-374.

Маланчук З.Р, Рокочинський А.М., Жомырук Р.В. Использование естественных сорбентов для решения проблемы твердых бытовых отходов. - Тези доповідей Міжнародної науково-технічній конференції «Проблемы технологии механизации разработки полезных ископаемых»- Мінськ, БТУ.-2008.–С.243- 246

Колодич П.Д., Жомирук Р.В., Мельник В.С., Гринюк Д.В. Використання безпровідних мереж зв’язку для контролю забруднення навколишнього середовища. - Зб. наук. пр. Вісник НУВГП.- Рівне: НУВГП. - 2008. - Вип.№2. (42) - С.43-49.

Маланчук З.Р., Рокочинський А.М., Шапар А.Г., Сташук В.А, Гурин В.А., Надутий В.П., Жомирук Р.В., Терещенко В.М. Спосіб безпечного збереження твердих побутових відходів на існуючих полігонах. - Патент на корисну модель № 31819, 2008. – 2 с.

Клименко М.О., Рокочинський А.М., Колодич П.Д., Жомирук Р.В., Копач П.І., Кушнір С.О., Клименко О.М., Громаченко С.Ю. Спосіб безпечного збереження побутових відходів на існуючих полігонах. - Патент на корисну модель № 35803, 2008. – 2 с.

Клепач М.М., Жомирук Р.В., Мельник В.С. Моніторинг звалищ твердих побутових відходів з використанням безпровідних мереж зв’язку. - Тези доповідей Всеукраїнської наукової конференції «Мониторинг природных и техногенных сред»- Сімферопіль, ДИАЙПИ.-2008.–С.281- 285.

Рокочинський А. М., Клименко М. О., Колодич П. Д., Жомирук Р. В., Громаченко С.Ю. Сучасний стан та шляхи вирішення проблеми утилізації сміттєзвалищ у Рівненській області. - Вісник НУВГП, Збірник наукових праць, випуск 3 (43) Рівне 2008, - С. 84-91.

Жомирук Р.В., Гринюк Д.В. Проблема відходів та стан поводження з відходами в Рівненській області. - Зб. наук. пр. Вісник НУВГП.- Рівне: НУВГП. - 2008. - Вип.№4. (44) - С.259-265.

Жомирук Р.В., Волкошовець С.В. Дослідження міграції забруднення в ґрунтах від локального джерела. - Зб. наук. пр. «Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво».- Рівне: НУВГП. - 2008. - Вип.№33. - С.127-134.

Рокочинський А.М., Маланчук З.Р., Жомирук Р.В., Громаченко С.Ю., Гринюк Д.В., Вовк Л.В. Спосіб безпечного збереження відходів на існуючих полігонах. - Патент на корисну модель № 40775, 2009. – 6 с.

Маланчук З.Р., Рокочинський А.М., Жомирук Р.В., Громаченко С.Ю. Защита природных комплексов от техногенных загрязнений на основе инжинерно-мелиоративных мероприятий. - Тези доповідей шостої Міжнародної науково-практичної конференції «Актуальні питання та організаційно-правові засади співробітництва України та КНР у сфері високих технологій»»-К:,Киев ЦНТЭИ, 2009.–С.120- 125.

Маланчук З.Р., Рокочинський А.М., Жомирук Р.В., Окунєва І.Г., Маланчук Є.З. Спосіб очистки води промислової каналізації атомних електростанції. - Патент на корисну модель № 42102, 2009. – 4 с.

Рокочинський А.М., Маланчук З. Р., Громаченко С.Ю. Захист навколишнього середовища від техногенних забруднень на основі інженерно меліоративних заходів. – тези міжнародної науково-практичної конференції "Актуальні проблеми та перспективи розвитку водного господарства та мелиорації земель" 26-29 серпня 2009р., Херсон, С. 158-160.

Рокочинський А. М. Громаченко С.Ю. Экологически безопасная утилизация мусоросвалок на основе комплекса инженерно-мелиоративных мероприятий. – тезисы международной научно-практической конференции «Повышение эффективности мелиорации и сельскохозяйственного использования мелиорированных земель» Минск, 2009. – С. 154-156.

Жомирук Р.В. Екологічно безпечне утримання звалищ твердих побутових відходів. - Матеріали п’ятої міжнародної науково-практичної конференції «Проблеми природокористування , сталого розвитку та техногенної безпеки регіонів» - Дніпропетровськ, 2009. - частина ІІ. - С.141-143.

Girol A. Tertiary wastewater treatment with use of zeolite smectite tuffs. Water management – state and prospects of development; Collected articles of Young scientists. Rivne, April, 15-16, 2010, pp. 184-186.

Гіроль А.М., Доочищення стічних вод із застосуванням цеоліт-смектитових туфів рівненських кар’єрів. Міжнародна науково-практична конференція молодих вчених і студентів «Екологічні проблеми природокористування та ефективне енергозбереження», Київ, 27-29 квітня 2010, С. 129-132.


Виконавці:


К.т.н., доцент кафедри електротехніки

і автоматики Національного університету

водного господарства та природокористування Жомирук Р.В.


К.т.н., доцент кафедри електротехніки

і автоматики Національного університету

водного господарства та природокористування Маланчук Є.З.


Інженер І категорії кафедри гідромеліорацій

Національного університету водного

господарства та природокористування Громаченко С.Ю.


Студент Національного університету

водного господарства та

природокористування Гіроль А.М.