System uszczelnienia podwójnego kombinowanego (złożonego) dolnej i górnej warstwy uszczelniającej, z siecią drenażu do wykrywania odcieków pomiędzy warstwami

uszczelniającymi i z siecią drenażu na górnej warstwie uszczelniającej do bezpośredniego odbioru odcieków ze składowiska.

Ostatnią warstwę uszczelnienia tworzy powierzchniowa warstwa uszczelniająca. Stanowi ona ostateczne zamknięcie składowiska, które izoluje go od otoczenia zewnętrznego, łącznie z dostępem powietrza atmosferycznego.

Zadaniem powierzchniowej warstwy uszczelniającej jest:

 niedopuszczenie do filtracji i wgłębnej migracji wód opadowych, lecz odprowadzenie ich poza obręb składowiska,

 niedopuszczenie do niekontrolowanej emisji gazów powstających na składowisku,

 niedopuszczenie do pylenia składowiska i niszczenia czaszy przez procesy erozyjne (wodne i wietrzne),

 zabezpieczenie składowiska przed dojściem do niego drobnych zwierząt i ptaków,

 zabezpieczenie składowiska przed „penetracją” korzeni roślin, szczególnie drzewiastych.

132 14. PROCESY ROZKŁADU ODPADÓW NA SKŁADOWISKU

Od momentu powstania odpadu rozpoczyna się proces jego „starzenia” i rozkładu.

Szybkość, z jaką zachodzi starzenie się odpadu zależy od budowy cząsteczkowej materiału, z którego jest zbudowany. Inny jest czas rozkładu substancji organicznej, inny substancji mineralnej, inny substancji organiczno-mineralnej i jeszcze inny substancji z tworzywa sztucznego. W momencie zdeponowania masy odpadów o znacznych różnicach w budowie chemicznej procesy rozkładu jednostkowego odpadu również będą przebiegać inaczej - będą spowalnianie lub przyspieszane. Szybkość tego rozkładu zależeć będzie od rodzaju odpadów wzajemnie się kontaktujących. Przykładowo: odpady o charakterze kwaśnym będą neutralizowane przez odpady o charakterze zasadowym i na odwrót, a proces ten będzie przebiegał do ustalenia się równowagi jonowej pomiędzy tymi substancjami.

Współczesne składowiska odpadów budowane są tak, aby ich eksploatacja umożliwiała w miarę stabilny proces rozkładu deponowanych odpadów. W tym celu stosuje się specjalne zabiegi polegające, między innymi, na wstępnym rozdrabnianiu odpadów, wsparciu procesów rozkładu poprzez odpowiednie zagęszczanie złoża odpadowego, układanie na składowisku odpadów sprasowanych, ochronie zdeponowanych odpadów przed nadmiernym zalewaniem wodami opadowymi i napływowymi z otoczenia składowiska.

Przyjęcie odpowiedniej technologii deponowania odpadów decyduje o „żywotności”

konkretnego składowiska, które może przyjąć większą masę i objętość odpadów.

Składowisko odpadów jest takim miejscem, w którym moment złożenia „pierwszej porcji” odpadów jest początkiem aktywności biologiczno-chemicznej składowiska.

Rozpoczyna się niezwykle skomplikowany proces przekształceń odpadów organicznych i mineralnych, stanowiących złożone struktury chemiczne w proste związki mineralne, organiczne i mineralno-organiczne. Na procesy te składają się różnorodne zjawiska mechaniczne, fizyczne, chemiczne, biochemiczne i biologiczne.

Zjawiska mechaniczne, fizyczne i chemiczne obejmują procesy prowadzące w pierwszej kolejności do stabilizacji masy odpadów organicznych i nieorganicznych, i obejmują procesy:

 przemian związków nieorganicznych rozpuszczalnych w nierozpuszczalne i na odwrót,

 wiązania metali ciężkich w trwałe, nierozpuszczalne kompleksy organiczne i mineralne,

 wytrącania związków trudno rozpuszczalnych po przekroczeniu ich iloczynu rozpuszczalności (np. węglanów, siarczanów, fosforanów, azotanów, azotynów, żelaza, manganu, soli metali ciężkich),

133

 sorpcji fizycznej i chemicznej, czyli wiązania jednych związków lub jonów przez minerały i cząstki koloidalne,

 wymiany jonowej, czyli wymiana własnych jonów na jony znajdujące się w otaczającym roztworze,

 desorpcji oraz uwalniania jonów do roztworu wodnego, czyli procesy odwrotne do sorpcji i wymiany jonowej,

 dyfuzji molekularnej, czyli ustalania się stanu równowagi rozkładu stężeń w wyniku bezwładnej wędrówki termicznej atomów, molekuł lub cząstek makroskopowych zawieszonych w cieczy,

 konwekcji, czyli unoszenia substratów w strumieniu cieczy, w ośrodku porowatym,

 utleniania i redukcji.

 wietrzenia, powodowane oddziaływaniem czynników zewnętrznych (temperatura otoczenia, opady atmosferyczne zawierające O₂, CO₂, NO^3-_x, SO^-₂, Cl^- i wiatry.

Zjawiska biochemiczne i biologiczne zachodzą przy współudziale mikroorganizmów tlenowych (aerobowych) i beztlenowych (anaerobowych), i obejmują procesy:

 mineralizacji związków organicznych o złożonej strukturze do prostych związków organicznych, mineralnych lub organiczno-mineralnych,

 hydrolizy organicznych związków rozpuszczonych i nierozpuszczonych,

 rozkładu produktów hydrolizy do kwasów organicznych,

 rozkładu kwasów organicznych do gazów.

Wszystkie wymienione procesy zachodzą w całym przekroju pionowym złoża odpadów.

Końcowym produktem rozkładu zdeponowanych odpadów organicznych i mineralno-organicznych jest „biomasa” i gaz składowiskowy zwany „biogazem”. Jeżeli odpady stanowią mieszaninę odpadów biodegradowalnych i bio-niedegradowalnych, to produktem rozkładu jest biomasa, gaz składowiskowy i balast, czyli to co nie uległo rozkładowi.

Biomasa obejmuje całą żywą i martwą materię wytworzoną na drodze biologicznej.

Składa się z materii organicznej wytworzonej na drodze metabolizmu żywych organizmów zwierzęcych i procesów rozwojowych organizmów roślinnych oraz z materii, z której zbudowane są obumarłe organizmy zwierzęce i roślinny. Jest to więc substancja organiczna wytworzona przez populacje mikroorganizmów danego środowiska, w ściśle określonej przestrzeni i jednostce czasu. Średni skład chemiczny biomasy można wyrazic wzorem C5H7NO2, który jest formą zapisu proporcji makropierwiastków, z których mikroorganizmy są zbudowane. Przykładem mikroorganizmów biorących udział w rozkładzie są, między

134 innymi: bakterie, grzyby, glony, pleśniowce, promieniowce, pierwotniaki, porosty, wirusy i wiele innych kolonii drobnoustrojów.

14.1. Fazy przemian biochemicznych

Przemiany biochemiczne odpadów stanowią wzajemnie powiązane ze sobą reakcje biochemiczne oparte na procesach metabolizmu komórkowego żywych organizmów, czyli procesach oddychania, odżywiania, przetwarzania, syntezy składników pokarmowych.

Drobnoustroje wykorzystując energię zawartą w pokarmie (w tym przypadku jest to odpad) i energię pochodzącą z reakcji biochemicznych, prowadzą do swojego wzrostu, rozwoju i rozmnażania.

Naturalny proces przemian biochemicznych może zachodzić tylko przy współudziale mikroorganizmów tlenowych i beztlenowych.

Organizmy tlenowe (tlenowce lub aeroby) są to drobnoustroje, które żyją w środowisku tlenowym (aerobowym), czyli zawierającym tlen atmosferyczny niezbędny do zapewnienia im życia i rozwoju. Natomiast organizmy beztlenowe (beztlenowce lub anaeroby) są drobnoustrojami, które żyją w środowisku beztlenowym (anaerobowym), ich procesy życiowe przebiegają bez udziału tlenu, a energię niezbędną do życia czerpią z różnych przemian chemicznych i biochemicznych. W grupie tej wyróżnia się anaeroby bezwzględne, które żyją i rozkładają substancję organiczną tylko przy braku wolnego tlenu, który jest dla nich substancją toksyczną oraz anaeroby względne (fakultatywne beztlenowce), które swe procesy życiowe prowadzą zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych.

Rozwój mikroorganizmów uzależniony jest od środowiska wewnętrznego masy odpadów: pH, potencjału oksydacyjnoredukcyjnego, temperatury, wilgotności i ciśnienia.

Rozkład zdeponowanej masy organicznej i mineralnej uzależniony jest od symbiotycznego współdziałania mikroorganizmów tlenowych i beztlenowych, poprzez wzajemne przekazywanie sobie energii podtrzymującej ich procesy życiowe i rozkładu.

Rozkład substancji organicznej zachodzi przy współudziale mikroorganizmów tlenowych i beztlenowych, więc także procesy przemian biochemicznych składają się z dwóch podstawowych faz rozkładu:

I. Faza oddychania tlenowego, zwana fazą aerobową jest procesem biochemicznym zachodzącym z udziałem tlenu atmosferycznego. Trwa ona od 3 do 12 tygodni, do momentu wyczerpania się O2 zawartego w odpadach. Część substancji organicznej zostaje w tym czasie rozłożona na biomasę mikroorganizmów, pozostała część na CO2. W procesie oddychania tlenowego uwalnia się energia w postaci ciepła, dlatego w fazie tej następuje

135 samozagrzewanie się odpadów. Proces ten sprzyja z kolei wiązaniu tlenu z utworzeniem CO₂ i rozwojowi organizmów beztlenowych. W miare zużywania się tlenu rozpoczyna się powolne przejście do drugiej fazy oddychania komórkowego.

II. Faza oddychania beztlenowego, zwana fazą anaerobową jest procesem biochemicznym, zachodzącym bez udziału tlenu atmosferycznego. Proces ten jest procesem fermentacji masy odpadów, w wyniku którego powstają proste kwasy organiczne i alkohole oraz wydziela się dwutlenek węgla i metan. Z całej ilości substancji organicznej 95% ulega katabolizmowi do produktów gazowych, pozostałe 5% stanowi biomasa mikroorganiczna (bakteryjna). Faza ta trwa do momentu zakończenia przemian biochemicznych, czyli około 20 lat.

Procesy metabolizmu komórkowego oparte są na przemianach zachodzących w każdej żywej komórce, a są to:

Katabolizm (desymilacja), czyli utlenianie wewnątrzkomórkowe substancji organicznych, w celu uzyskania odpowiedniej ilości energii do przeprowadzenia procesów anabolicznych. Katabolizm prowadzi więc do rozkładu związków organicznych, a także własnych złożonych składników ustroju komórkowego mikroorganizmów. W wyniku rozkładu powstają końcowe, proste produkty przemiany materii i uwolniona zostaje energia.

Anabolizm jest procesem, w którym żywa komórka zużywa uwolnioną energię do biosyntez, a także wykonania pracy mechanicznej, osmotycznej, aktywnego transportu, rozmnażania, wydzielania ciepła, czyli podtrzymania swoich funkcji życiowych.

W fazie anaerobowej (fermentacyjnej) giną organizmy tlenowe, natomiast zaczynają dominować organizmy beztlenowe. Tutaj wyróżnia się kolejne fazy rozkładu substancji organicznej, które zachodzą aż do stabilizacji procesu. Są to:

1. Faza fermentacji „kwaśnej”(kwasogeneza). Proces fermentacji rozpoczyna się z chwilą wyczerpania zapasów tlenu w złożu odpadów. Mikroorganizmy beztlenowe rozkładają substancję organiczną na proste kwasy organiczne, alkohole, CO2 i H2. Następnie w fazie octanogenezy kwasy organiczne i alkohole przekształcane są do kwasu octowego, CO2 i H2. W procesie tym utlenianie jednego związku pośredniego równoważone jest redukcją innego związku.

2. Faza metanowa niestabilna. Rozpoczyna się z chwilą, w której z produktów przemian biochemicznych zaczyna uwalniać się wodór. Wodór usuwany jest ze środowiska dzięki bakteriom metanowym, które wykorzystują wodór i CO2 do syntezy CH4. Metan może powstawać również bezpośrednio z kwasu octowego. Innym źródłem metanu jest utlenianie kwasu pirogronowego z użyciem wody przez bakterie syntroficzne. Warunkiem

136 tej przemiany jest stałe wydzielanie wodoru, którego ciśnienie cząstkowe w środowisku jest mniejsze od 10^-5atm. Przy wyższym ciśnieniu cząstkowym wodoru reakcja jest hamowana, środowisko jest silnie zakwaszane i powstają lotne kwasy organiczne.

3. Faza metanowa stabilna. Rozpoczyna się z chwilą obniżenia ciśnienia cząstkowego