Archives of Waste Management and Environmental Protection Archiwum Gospodarki Odpadami http://ago.helion.pl ISSN 1733-4381, Vol. 12 nr 3 (2010), p-19-28 Analiza jakościowa odcieków ze składowisk miejskich w czasie ich eksploatacji Czop M., Pieniążek K. Katedra Technologii i Urządzeń Zagospodarowania Odpadów, Politechnika Śląska, ul. Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice tel. 32 237 21 04 e-mail: monika.czop@polsl.pl, kasiapieniazek@o2.pl Streszczenie Składowiska odpadów stanowią długotrwałe źródła zanieczyszczenia środowiska przyrodniczego. Jednym z ważniejszych problemów związanych z eksploatacją składowiska są odcieki. Skład odcieków składowiskowych jest różny i zależy od wielu czynników takich jak: rodzaj odpadów, wiek składowiska, faza degradacji, stopień zagęszczenia odpadów, proces eksploatacji obiektu. W artykule przedstawiono wyniki badań odcieków powstających w trakcie eksploatacji składowisk odpadów komunalnych, zlokalizowanych na terenie woj. śląskiego. Oba rozpatrywane składowiska spełniają wymagania prawne i są zaliczane do składowisk uporządkowanych. Quality analysis of the seepage from the municipal waste dumps during their exploitation Abstract Waste dumps are long lasting sources of the pollution for the natural environment. One of the major problem related to the exploitation of the waste dump is seepage. Composition of waste dump seepage waters depends on many factors such as: type of the wastes, age of the dump, degradation phase, compaction level of the wastes, exploitation process of the object. The article presents test results of the seepage which occurs during exploitation of municipal waste dumps located in the are of Silesian voivodship. Both dumps meet legal requirements and are considered as clean dumps. 1. Wstęp Składowiska odpadów są wiecznymi bioreaktorami, w których dochodzi do wielu procesów, którym towarzyszą zmiany zarówno w składzie jakościowym, jak również ilościowym odcieków. Na składowiskach występują różnego rodzaju wody, które znacząco wpływają na bilans wodny składowiska, a także na procesy samooczyszczania czy też ich brak. Przede
20 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 12 nr 3 (2010) wszystkim należy wziąć pod uwagę wielkość opadów atmosferycznych, przewidywaną ilość wody, która znajduje się w przeznaczonych do składowania odpadach, ilość wody jaką mogą wchłonąć deponowane odpady oraz tzw. parowanie terenowe. Wysokość opadów atmosferycznych i parowanie to najważniejsze parametry bilansu wodnego składowiska [1, 2, 3]. Wody infiltracyjne przepływające przez składowisko wraz z wymytymi i rozpuszczonymi w nich składnikami odpadów i produktami reakcji biochemicznych zachodzących w złożu odpadów to wszystkie wody zanieczyszczone w wyniku kontaktu z odpadami czyli odcieki[1, 3, 4, 5]. Ilość wody na składowisku można obliczyć z następującego wzoru[4, 5, 7]: gdzie: Q ilość odcieków [ mm/rok/m 2 składowiska], Q = N P (1.1) N przeciętna roczna wysokość opadu atmosferycznego [mm/rok/m 2 ], P wysokość parowania [mm/rok/m 2 ]. Parametry odcieków składowiskowych zmieniają się w zależności od wielu czynników. Do głównych czynników wpływających na skład odcieków zalicza się: rodzaj deponowanych odpadów gdy deponowaniu poddawane są odpady o dużej zawartości frakcji organicznych, to odcieki powstające w czasie składowania charakteryzują się wyższą zawartością parametrów tlenowych oraz wyższym stężeniem azotu amonowego i organicznego, wiek składowiska odcieki fazy kwasogennej wykazują wyższe wartości tzw. wskaźników tlenowych i związków azotowych niż odcieki fazy metanogennej, sposób eksploatacji składowiska silne zagęszczanie odpadów prowadzi do podwyższania stężeń wielu parametrów odcieków (w wyniku szybkiego wdrożenia fermentacji kwasogennej, a następnie metanogennej), natomiast w przypadku słabego zagęszczania odpadów mamy do czynienia z rozkładem substancji organicznych w warunkach tlenowo-beztlenowych, parametry składowiska tj. wysokość złoża odpadów, szybkość przyrostu wysokości, szybkość ułożenia pierwszej warstwy odpadów na dnie składowiska itp. [1, 3, 6]. Gospodarka odciekami na składowiskach powinna polegać przede wszystkim na zabiegach mających na celu jak największe zmniejszenie ich ilości. Do zabiegów ograniczających ilość powstawania odcieków zalicza się: ograniczanie ilości odcieków w początkowym etapie eksploatacji składowiska, kiedy brak jest złoża odpadów, mogącego absorbować odcieki, ograniczanie ilości odcieków poprzez rekultywację depozytu odpadów oraz właściwą eksploatację składowiska [4, 5, 7, 9]. W przeciwieństwie do ścieków komunalnych, odcieki ze składowisk odpadów trudno poddają się oczyszczaniu metodami biologicznymi. Choć ładunki zanieczyszczeń
Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol. 12 issue 3 (2010) 21 organicznych są podobne, to surowe odcieki składowiskowe nie spełniają warunków optymalnych i bez wstępnego zmodyfikowania ich składu przed wprowadzeniem do oczyszczalni biologicznej trzeba liczyć się z dużymi trudnościami w ich oczyszczeniu. W składzie odcieków bardzo niekorzystny jest stosunek węgla do związków azotu, mocno odbiegający od wartości optymalnych (duży nadmiar azotu głównie w formie azotu amonowego), również zawartość fosforu odbiega od optymalnej wartości. Ze względu na niską efektywność oczyszczania odcieków metodami biologicznymi poszukuje się technologii, które pozwoliłyby na obniżenie zawartości azotu amonowego przed wprowadzeniem odcieków do instalacji [3, 6, 8, 9]. 2. Charakterystyka analizowanych obiektów Do badań jakości odcieków wybrano dwa miejskie składowiska odpadów komunalnych zlokalizowane w sąsiednich miastach położonych w województwie śląskim. Wybrane obiekty różną się miedzy sobą w takich kwestiach jak: wiek składowiska, budowa, sposób prowadzenia eksploatacji itp. 2.1. Składowisko odpadów komunalnych w Gliwicach Składowisko zajmuje powierzchnię około 340000 m 3, kwatera, która jest obecnie w eksploatacji zajmuje powierzchnię 33000 m 3 [1, 10, 12]. Dno obszaru składowiska odpadów jest szczelne i zabezpieczone biomembraną, (przy zastosowaniu tego rodzaju uszczelnienia niepożądane składniki nie przedostają się do podłoża). Powstające odcieki ujmowane są siecią drenażową [10, 12]. Dzięki przepompowni odcieki zbierane są w zbiorniku retencyjnym (rys. 3.1), z którego w razie potrzeb są odprowadzane i wykorzystywane do nawadniania starej części składowiska lub wierzchniej warstwy części eksploatowanej składowiska, przy pomocy sieci nawadniającej. Na przygotowanej powierzchni do składowania odpadów ułożono wykładzinę HDPE o grubości 2 mm [1, 10, 12]. Wykładzinę, która pełni rolę filtracyjną zabezpieczono przez przysypanie warstwą piasku o grubości 0,4 m dzięki czemu można umieścić w niej drenaż zbierający odcieki [10, 12]. Skarpy obwałowań zastały zabezpieczone oponami samochodowymi, które wypełniono piaskiem [1, 10, 12]. Odcieki ze szczelnej czaszy składowiska zbierane są systemem przewodów drenażowych składających się ze zbieraczy i sączków [10, 12].
22 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 12 nr 3 (2010) Rys. 2.1. Zbiornik retencyjny znajdujący się na terenie składowiska odpadów komunalnych w Gliwicach (zdjęcie udostępnione dzięki uprzejmości Składowiska Odpadów w Gliwicach). 2.2. Składowisko odpadów komunalnych w Zabrzu Składowisko odpadów komunalnych w Zabrzu zostało wybudowane w latach 1996-1998 (rys. 3.2), zajmuje obecnie powierzchnię 26000 m 3, z czego powierzchnia składowania wynosi 23000 m 3. Przewidziany czas składowania to około 6 lat [1, 11]. Konstrukcja uszczelnienia obejmuje [11]: dno składowiska (na poziomie po niwelacji ułożono warstwę wyrównawczą o grubości 10 cm z piasku drobnoziarnistego, a następnie warstwę folii PEHD o grubości 2 mm, zabezpieczającą warstwę drenującą z piasku gruboziarnistego, natomiast łączna grubość warstwy drenującej wynosi 0,50 m) oraz skarpy składowiska (przewidziano ukształtowanie skarp o nachyleniu 1:2, na ukształtowanym poziomie terenu po niwelacji ułożono warstwę piasku o grubości 10 cm, a następnie warstwę folii PEHD o grubości 2 mm, zabezpieczoną zużytymi oponami wypełnionymi piaskiem i humusem; na warstwie opon dodatkowo ułożono warstwę humusu o grubości 10 cm). Układ drenażu odcieków wykonano z rur drenarskich PEHD 200 mm oraz 100 mm ułożonych w warstwie drenującej dna składowiska na głębokości 0,35 m od górnej powierzchni uszczelnienia składowiska.[1, 11]. Odcinki ciągów drenarskich ø 200 mm PEHD przebiegające pod wałami składowiska zabezpieczono rurą ochronną ø 300 mm PEHD. Końcówki występujące w drenażu zakończone są zaślepką. Na ciągach drenarskich zlokalizowano 6 studzienek kanalizacyjnych ø 1000 mm S01-S06 [1, 11]. Do magazynowania odcieków ujmowanych i odprowadzanych ze składowiska służy szczelny zbiornik o pojemności roboczej V około 160 m 3 zlokalizowany poza wałem uszczelnionego składowiska [1, 11].
Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol. 12 issue 3 (2010) 23 Uśrednione odcieki znajdujące się w zbiorniku wykorzystuje się okresowo do zraszania składowanych odpadów, a nadmiar kierowany jest to istniejącego kolektora ścieków, wskazanego przez Zabrzańskie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji Sp. z.o.o. w Zabrzu [11]. Rys. 2.2. Składowisko odpadów komunalnych w Zabrzu (wyk. K. Pieniążek). 3. Wyniki badań Badania przeprowadzone na pobranych odciekach z rozpatrywanych składowisk (Zabrze, Gliwice) podzielono na 3 grupy: fizyczne, chemiczne oraz toksyczności. Wszystkie przeprowadzone analizy były wykonane zgodnie a obowiązującymi normami, a prezentowane wyniki są średnią arytmetyczną z wykonanych pomiarów [13, 14]. Badania parametrów fizycznych uwzględniały takie wielkości jak: zapach, mętność, zawiesina ogólna i sucha pozostałość. Wyniki badań parametrów fizycznych prezentuje tabela 3.1. Odcieki pobrane ze składowiska odpadów komunalnych w Gliwicach posiadają beżowe zabarwienie, nie zauważa się mętności, można powiedzieć, że odciek jest klarowny (Rys.3.1.a). Natomiast odcieki pobrane ze składowiska odpadów komunalnych w Zabrzu posiadały ciemnobrunatne zabarwienie oraz charakteryzowały się mętnością (Rys.3.1.b).
24 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 12 nr 3 (2010) Tabela 3.1. Wyniki analizy fizycznej odcieków pochodzących ze składowisk odpadów komunalnych w Gliwicach oraz Zabrzu Parametry Jednostki Skład odcieków ze składowiska Wartości w Gliwicach w Zabrzu normowane Barwa beżowa ciemnobrunatna nienormowana Mętność brak znikoma nienormowana Przewodność ms/cm 147,2 233,0 <2,5 elektryczna właściwa Zapach *G *G, S nienormowana Zawiesina mg/dm 3 1464 1473 50 ogólna Sucha mg/dm 3 4000 12000 2050 pozostałość Temperatura C 18 21 35 *G- gnilny, S- specyficzny a) b) Rys. 3.1. Barwa odcieków pobranych ze składowisk odpadów komunalnych: a) w Gliwicach, b) w Zabrzu. Wskaźnik dotyczący przewodności elektrycznej właściwej dla obu rozpatrywanych obiektów został przekroczony kilkakrotnie. Stężenie zawiesiny ogólnej w odciekach ze składowiska w Gliwicach była porównywalna ze stężeniem zawiesiny w odciekach ze składowiska w Zabrzu. Udział zawiesiny lotnej w stężeniu zawiesiny ogólnej wynosił 1441,90 mg/ dm 3 dla odcieków ze składowiska w Gliwicach i 1418,63 mg/ dm 3 dla odcieków ze składowiska w Zabrzu. Natomiast zawartość
Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol. 12 issue 3 (2010) 25 suchej pozostałości w odciekach ze składowiska w Gliwicach jest trzykrotnie mniejsza niż w odciekach ze składowiska w Zabrzu. W tabeli 3.2 zaprezentowano wyniki właściwości chemicznych charakterystyczne dla odcieków składowiskowych. Wyniki są średnia arytmetyczną z wykonanych pomiarów, analiza otrzymanych wyników potwierdza dużą zmienność jakości odcieków w zależności od prowadzonej eksploatacji składowiska. Tabela 3.2. Wyniki analizy chemicznej odcieków pochodzących ze składowisk odpadów komunalnych w Gliwicach oraz Zabrzu Parametry Jednostka Skład odcieków ze składowiska Wartości w Gliwicach w Zabrzu normowane Odczyn 10,7 10,9 6,5-9,0 Twardość ogólna mval/dm 3 62 78 70 Chlorki mg - Cl /dm 3 1172 2730 1000 Fosfor ogólny mg/dm 3 P 5 14 5 Siarczany mg/dm 3 SO4 141 65 500 Azot amonowy mg/dm 3 305 1394 6 Azot azotanowy mg/dm 3 1 4 30 BZT 5 mg O2 /dm 3 11 270 25 ChZT mg O2 /dm 3 816 1960 125 Odczyn, jak i twardość ogólna dla obu badanych ośrodków jest wysoka, co świadczy o wysokiej buforowości odcieków. Stwierdzono wysokie wartości biochemicznego zapotrzebowania tlenu (BZT 5 ) oraz chemicznego zapotrzebowania tlenu (ChZT), które są wskaźnikami ogólnego zanieczyszczenia odcieków substancjami organicznymi. Wartość ilorazu BZT 5 / ChZT dla odcieków ze składowiska w Gliwicach wyniosła 0,014, podczas gdy dla odcieków ze składowiska w Zabrzu była równa 0,137. Wartość ilorazu zarówno dla odcieków ze składowiska w Gliwicach, jak i Zabrzu jest szczególnie mała w porównaniu do wartości podawanych w literaturze dla młodych składowisk 3-5 lat. Ponadto występuje wysokie stężenia chlorków, wartości tego wskaźnika kształtują się następująco: dla odcieków ze składowiska w Gliwicach na poziomie 1172,54 mg Cl - /dm 3, natomiast w odciekach ze składowiska w Zabrzu odnotowano wartość dwukrotnie większą 2730 mg Cl - /dm 3. Przekroczenie stężenia fosforu ogólnego odnotowano w odciekach ze składowiska w Zabrzu, stężenie osiągnęło wartość 13,94 mg/dm 3. Jest to wartość ponad dwukrotnie większa niż odnotowana dla odcieków ze składowiska w Gliwicach. Analiza składu obu odcieków wskazuje, że podstawowym zanieczyszczeniem jest azot obecny przede wszystkim w formie azotu amonowego. Stężenie azotu amonowego było ponad czterokrotnie wyższe dla odcieków ze składowiska w Zabrzu, w porównaniu do stężenia azotu amonowego w odciekach ze składowiska w Gliwicach.
26 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 12 nr 3 (2010) W ramach analiz wykonano również wstępne badania toksyczności odcieków składowiskowych z zastosowaniem rzeżuchy ogrodowej. Badane odcieki w obu rozpatrywanych przypadkach wykazały zdecydowaną inhibicję. Badania przeprowadzono w dwóch jednostkach czasowych tzn. po upływie 24 godzin i po upływie 48 godzin. W tabeli 3.3 zamieszczono dokładny opis przeprowadzonych badań. Tabela 3.3. Wyniki analizy chemicznej odcieków pochodzących ze składowisk odpadów komunalnych w Gliwicach oraz Zabrzu Odciek ze Czas [h] składowiska 24 48 Opis odpadów w Gliwicach Inhibicja (100%) Inhibicja (100%) Zauważono pojawienie się przezroczystej otoczki wokół ziaren rzeżuchy w Zabrzu Inhibicja (100%) Inhibicja (100%) Zauważono zmianę zabarwienia rzeżuchy (ciemnobrązowa) oraz pojawienie się przezroczystej otoczki wokół ziaren rzeżuchy 4. Podsumowanie Z przeprowadzonych badań można wnioskować, że odcieki pochodzące ze składowisk odpadów miejskich w Gliwicach i Zabrzu wykazują zmiany w składzie fizykochemicznym. Charakterystyczne zmiany są wynikiem różnego prowadzenia procesu eksploatacji składowiska, jak i okresem składowania odpadów. W przypadku odcieków powstających w czasie eksploatacji składowiska w Gliwicach mamy do czynienia z przekroczeniem takich wartości jak: ph, przewodoność elektryczna właściwa, zawiesina ogólna, sucha pozostałość, chlorki, fosfor ogólny, azot amonowy oraz azot azotanowy. Natomiast odcieki powstające na miejskim składowisku odpadów w Zabrzu oprócz przekroczeń wyżej wymienionych wskaźników, wykazują przekroczenia dodatkowo twardości ogólnej. Ponadto zawartość poszczególnych zanieczyszczeń w odciekach pobranych ze składowiska w Zabrzu znacznie przewyższa wartości określone w odciekach pobranych ze składowiska w Gliwicach, przykład stanowi zawartość azotu amonowego, gdzie w odciekach ze składowiska w Gliwicach wynosi ona 305, 29 mg/dm 3, natomiast w analizowanych odciekach z Zabrza wartość tego wskaźnika wyniosła 1394,12 mg/dm 3.
Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol. 12 issue 3 (2010) 27 Przeprowadzone badania toksyczności wykazały całkowitą inhibicję zarówno dla odcieków ze składowiska w Gliwicach, jak i dla składowiska w Zabrzu. Może to mieć związek z występowaniem w odciekach składowiskowych metali ciężkich takich jak: nikiel, miedź, cynk oraz chrom, które są pierwiastkami toksycznymi w stosunku do roślin i już przy niewielkich stężeniach hamują ich wzrost i rozwój. Przekroczone normy wielu wskaźników fizykochemicznych potwierdzają fakt, że zarówno odcieki ze składowiska w Gliwicach, jak i ze składowiska w Zabrzu przed wprowadzeniem do miejskiej oczyszczalni ścieków wymagają wstępnego podczyszczenia, głównie w celu zmniejszenia ładunku azotu amonowego. Literatura [1] Pieniążek K.: Metody unieszkodliwiania odcieków ze składowisk odpadów komunalnych, Praca dyplomowa inżynierska, Gliwice 2010. [2] Szpadt R.: Charakterystyka fizykochemiczna odcieków, www.aknova.pl/utylizacjaodciekow/artyku-y/charakterystyka-fizykochemiczna -odcieków, 02. 06. 2010. [3] Klojzy-Karczmarczyk B., Mazurek J., Czajka K.: Jakość odcieków a wskaźniki zanieczyszczenia wód, artykuł zamieszczony na stronie: www.aknova.pl/utylizacjaodciekow/artyku-y/jakosc-odciekow-a-wybor-charakterystycznych-wskazn, 02. 06. 2010. [4] Rosik-Dulewska Cz.: Podstawy gospodarki odpadami, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007. [5] Oleszkiewicz J.: Eksploatacja składowisk odpadów. Poradnik decydenta. Lem Projekt, Kraków 1999. [6] Odcieki ze składowiska odpadów. Materiał zaczerpnięty ze strony: http://pl.wikipedia.org/wiki/odcieki_ze_sk%c5%82adowisk_odpad%c3%b3w z dnia 20. 06. 2010. [7] Skalmowski K.: Poradnik gospodarowania odpadami, Verlag Dashofer, 1998. [8] Kulikowska D., Sułek P.: Usuwanie zanieczyszczeń organicznych z odcieków składowiskowych metodą adsorpcji na pylistym węglu aktywnym, Biblioteka cyfrowa Politechniki Krakowskiej, Czasopismo Techniczne, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 2008. [9] Gospodarowanie odpadami i substancjami niebezpiecznymi. Tom I - Ustawodawstwo, składowanie odpadów, transport towarów niebezpiecznych, dokumentacja. Praca zbiorowa pod redakcją A. Tabora. Wydawnictwo Centrum Szkolenia i Organizacji Systemów Jakości Politechniki Krakowskiej, Kraków 2005. [10] Materiały pomocnicze ukazujące opis technologiczny składowiska odpadów komunalnych w Gliwicach, 11.12.2009.
28 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 12 nr 3 (2010) [11] Wniosek o zmianę pozwolenia zintegrowanego dla instalacji do składowania odpadówinnych niż niebezpieczne i obojętne w Zabrzu ul. Cmentarna, 20.11.2009. [12] Plan gospodarki odpadami dla miasta Gliwice, projekt, Gliwice 2005. [13] Metody analizy w gospodarce odpadami. Zbiór instrukcji do ćwiczeń laboratoryjnych. Praca zbiorowa pod red. J. Biegańskiej. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2008. [14] Biegańska J., Czop M., Kajda-Szcześniak M.: Gospodarka odpadami niebezpiecznymi. Materiały do zajęć laboratoryjnych. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2010.