Отправляясь на полигоны и свалки, отходы не перестают представлять опасность: в процессе их разложения и при попадании осадков образуется ядовитая жидкость — фильтрат, насыщенный тяжелыми металлами, кислотами, бактериями. При контакте с подземными водами, он разносится на километры, заражая токсинами грунт и водоемы. Чтобы оградить полигоны устаревшего типа и свалки применяются технологии подземного строительства с возведением цементных стен. Раньше качество таких сооружений проверяли только через месяц-два, когда цемент полностью застывал, поэтому для исправления дефекта приходилось снова завозить технику, и на это уходило много времени и денежных средств. Ученые Пермского Политеха запатентовали систему, которая позволяет контролировать процесс в реальном времени и запечатывать проблемные стыки, не дожидаясь застывания и не давая фильтрату уйти в грунт.
На изобретение получен патент.
По данным Минприроды, в России сегодня эксплуатируется приблизительно 900 официальных полигонов твердых коммунальных отходов. Еще почти 8,7 тысячи несанкционированных свалок выявляет Росприроднадзор. При этом каждый год под новые места размещения мусора отводится около 400 тысяч гектаров земли — это почти в полтора раза больше площади Москвы. Если такие темпы сохранятся, к 2050 году полигоны и свалки могут занять уже около 1% всей территории России.
У переработки есть физический и экономический предел. Какая-то часть отходов — смешанная, загрязненная, непригодная для вторичного использования — все равно образуется. Сейчас их либо сжигают, либо закапывают. Захоронение на современном полигоне, оснащенном защитными экранами и системой сбора жидкости, во многих случаях остается единственным реальным и относительно безопасным вариантом. Так что полигоны не временное решение, а неизбежная часть системы обращения с отходами на десятилетия вперед.
Главная опасность таких объектов — фильтрат. Это ядовитая жидкость, которая образуется внутри полигона, когда осадки (дождь или талый снег) просачиваются сквозь многометровые слои отходов. В процессе разложения мусора вода вымывает из него опасные соединения: тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий), соли, органические кислоты и сильнейший канцероген бензапирен. Эти вещества попадают в отходы отовсюду: из выброшенных батареек и аккумуляторов, старой электроники, остатков краски, растворителей и бытовой химии, а также из строительного мусора, просроченных лекарств и даже пластиковой упаковки, которая разлагается сотни лет. Разложение отходов сопровождается бурной активностью бактерий, в том числе патогенных. Накапливаясь внутри полигона, отравленная жидкость при отсутствии надежной защиты просачивается в грунт и отравляет почву, поверхностные и подземные воды.
Один из основных способов сдержать фильтрат с необорудованных полигонов и свалок — строительство подземной противофильтрационной завесы, своего рода стены из трудно проницаемого материала, например, цемента. Их делают прямо в земле: бурят скважину, а при подъеме инструмента подают цемент под давлением, который размывает грунт и, затвердевая, образует прочный столб-сваю.
Самое уязвимое место такой конструкции — стыки между соседними сваями. Если там останется зазор или незамеченный дефект, стена потеряет герметичность и не будет препятствовать потоку токсинов.
До сих пор качество таких завес проверяли двумя основными методами. Первый — ультразвуковое тестирование через специальные трубки, которые заранее закладывают в бетон. Он работает только на готовых сваях, не контролирует стыки между ними и требует сложной подготовки. Второй — отбор керна: из застывшей стены выбуривают образцы и испытывают в лаборатории. Этот метод разрушающий, дорогой и дает информацию лишь в отдельных точках. Общий недостаток обоих подходов: контроль проводится после полного застывания цемента (через 28–60 дней). Если дефект найден, его устранение требует разбуривания и повторной цементации — это дополнительные недели работы и расход материалов, а иногда вернуться к проблемному участку и вовсе становится невозможно, потому что полигон продолжает эксплуатироваться.
Ученые Пермского Политеха разработали новый способ контроля, работающий прямо во время строительства подземных стен полигонов. Одна из причин вероятных зазоров в том, что скважины для свай бурят «вслепую»: оператор не видит, ровно ли идет бурение, не повело ли в сторону буровой инструмент. Если он отклонится, соседние сваи не сомкнутся — останется зазор, через который фильтрат будет уходить в грунт. Чтобы отслеживать это, в буровую установку исследователи встроили инклинометр — датчик, измеряющий наклон скважины с точностью до одной десятой градуса.
Из-за трения и давления температура бурового инструмента сильно поднимается, поэтому корпус инклинометра сделан так, чтобы не препятствовать доступу промывочной жидкости сквозь него, а при подаче цементного раствора прибор защищает специальный клапан, реагирующий на рост давления в системе. Таким образом, точное оборудование может безопасно применяться.
«Оператор видит на экране показания каждые 15 секунд непрерывно. Пока установка опускается, прибор следит за вертикальностью скважины. Самое важное — это контроль стыка между соседними сваями. Если появляется отклонение, оператор сразу это видит, и при подъеме инструмента и заливке подает дополнительный цемент и „залечивает“ проблемное место до того, как раствор застынет», — дополнил Арсений Трушков.
Раньше дефекты проблемных стыков были заметны только через месяц-два, когда материал стены уже застывал. Новая система позволяет увидеть и исправить это сразу, пока раствор еще не затвердел.
«Способ можно применять на старых полигонах в разных регионах России. Это позволит строить подземные стены без дефектов, надежно изолируя фильтрат на десятилетия вперед», — отметил Владимир Коротаев, декан факультета химических технологий, промышленной экологии и биотехнологий ПНИПУ, доктор технических наук.
Работоспособность системы подтверждена. Метод контроля прошел испытания на опытном участке противофильтрационной завесы. Кроме того, способ применим и за пределами полигонов и свалок, в условиях любого объекта, где важно отслеживать отклонение при подземных работах.
