До проблеми твердих відходів та особливості технологій реабілітації порушених земель

Размещено на http://www.Allbest.ru/

НАН України

До проблеми твердих відходів та особливості технологій реабілітації порушених земель

Т.Т. Данько

м. Дніпропетровськ

Анотація

Проаналізовано сучасний стан проблеми забруднення земель твердими відходами. Розглянуто методи реабілітації порушених земель та їх еколого-економічну ефективність.

Выполнен анализ современного состояния проблемы загрязнения земель твердыми отходами. Рассмотрены методы реабилитации нарушенных земель, а также их эколого-экономическая эффективность.

Т.Т. Danko. to problem of hard wastes and feature of technologies of rehabilitation of the broken earths

The analysis of the modern state of problem of muddy earths is executed by the dumps of hard wastes. The methods of rehabilitation of the broken earths are considered, and also their ekologo-ekonomicheskaya efficiency.

Вступ

Однією з найгостріших проблем на сьогодні є проблема відходів, які постійно утворюються в сфері виробництва та споживання. Досить часто побутові відходи просто скидають в балки, яри, заплави рік та інші знижені місця рельєфу. Місцем накопичення промислових відходів буває вироблений простір кар'єрів. Подібні не улаштовані звалища є осередками тривалого техногенного забруднення довкілля.

Аналіз стану проблеми. На сьогодні в Україні щорічно утворюється близько 1,5 млрд. т твердих відходів. Лише мінеральні відходи у відвалах складають більше, ніж 8,6 млрд.м³ (~25 млрд. т) і займають площу понад 50 тис. га. Всього на території України накопичено близько 30 млрд. т твердих відходів. Зараз на одного жителя України приходиться більше, ніж 400т відходів, з яких 87т - токсичних. Обсяг утворення промислових відходів в Україні в 6,5 разів перевищує такий показник в США і в 3,2 рази вищий, ніж в державах ЄС.

Близько 98% відходів, що утворюються в містах, селищах міського типу та селах вивозяться на стихійні звалища та полігони, які займають значну площу корисних земель.

Тільки міста України генерують близько 40 млн. м³ на рік твердих побутових відходів (10 млн. т /рік). Понад 90% твердих побутових відходів збирається та вивозиться на 655 звалищ, які розташовані в приміських зонах. Близько 140 звалищ являють собою полігони ТПВ, придатних для збору та подальшого використання біогазу. Із них 90 полігонів є найбільш крупними, на яких розміщується близько 30% всіх утворених в Україні твердих побутових відходів. Загальний потенціал біогазу складає 400 млн.м³ /рік, що відповідає приблизно 0,3 млн. т. у.п./рік. [1].

Екологічні аспекти проблеми. Для відновлення природних ландшафтів, насамперед, територій, що прилягають до великих міст та мегаполісів, необхідно не лише дотримуватись нормативно-екологічних стандартів при організації нових полігонів ТПВ, а насамперед виконувати реабілітаційні заходи щодо існуючих забруднених земель.

Серед всієї кількості полігонів, що діють на сьогодні, лише 8% відповідають санітарним вимогам, решта - являють собою джерела розповсюдження забруднюючих речовин, які впливають практично на всі компоненти навколишнього середовища (ґрунти, підземні та поверхневі води, атмосферне повітря), а також порушують природний ландшафт територій. Не санкціоновані звалища відходів є локальними джерелами хімічного, мікробіологічного, теплового, а іноді і радіоактивного забруднення.

Особливості технологій реабілітації порушених земель

На сьогодні існує ряд природоохоронних технологій з реабілітації порушених та забруднених земель. Одним із найбільш ефективних методів реабілітації техногенно порушених відходами земель є видалення звалищного ґрунту та забруднених порід з наступною утилізацією і захороненням їх на спеціальних полігонах із засипкою виробленого простору потенційно нешкідливою гірничою породою. Подібний метод достатньо високо вартісний та трудоємний, проте може бути реалізований у разі наявності поблизу екологічно надійного полігону, на якому можливо здійснити поховання техногенно забруднених ґрунтів.

До методів санації забруднених територій відносяться технології, що базуються на закріпленні, фіксації чи хімічній іммобілізації шкідливих речовин, які знаходяться в ґрунтах звалищ або забруднених гірничих породах з метою перешкоджання їх подальшій міграції в біосфері. Для цього виймають забруднений грунт та обробляють його спеціальними реактивами в змішувачах. Особлива дозуюча система дозволяє забезпечити навіть за умов невеликих витрат хімікатів рівномірне змочування грунту для викликання спонтанної хімічної реакції. В процесі обробки відбувається хімічне перетворення шкідливих речовин в нетоксичні сполуки, які не розчиняються у воді.

В подібних змішувачах використовують метод “вимивання” забруднень із звалищних ґрунтів або забруднених гірничих порід, застосовуючи для цього органічні розчинники, поверхнево-активні речовини, пару та інші реагенти.

Достатньо перспективною на сьогодні в країнах ЄС вважається технологія випалювання та прокалювання забруднених гірничих порід та звалищних ґрунтів, що має назву термічне санування. Цей спосіб використовують у випадках забруднення звалищних ґрунтів шкідливими органічними сполуками, в тому числі і нафтопродуктами.

Для термічного санування в Германії та Нідерландах , наприклад, використовують пересувні установки з трубчатою піччю, яка обертається. На першому етапі здійснюється попереднє випалювання шкідливих домішок при температурі 400-450С, на другому етапі - прокалення при більш високих температурах, що забезпечує термічне розкладення та знешкодження забруднюючих речовин. Установки обладнані необхідним устаткуванням для очистки газів, що відводяться.

Проте використання технологій термічної санації звалищ та забруднених гірничих порід обмежено їх відносно високою енергоємністю та великими фінансовими витратами.

В Японії для знешкодження відходів споживання використовувалася технологія склування, яка також потребує значних витрат енергоресурсів та фінансів [2].

Найбільш поширеними технологіями за наших умов є методи рекультивації забруднених територій, які передбачають локалізацію розповсюдження речовин без вилучення звалищних ґрунтів та забруднених порід. З метою зниження вибухо-, та пожежобезпеки , а також зменшення забруднення атмосферного повітря на звалищах та полігонах твердих побутових відходів видаляють газоподібні шкідливі речовини методом відкачування їх із товщі звалища. Газову суміш, яка відводиться свердловинами перед викидами в атмосферне повітря слід очищувати у фільтрах з активованим вугіллям.

Гідравлічний спосіб рекультивації застосовують у випадках, коли забруднюючі речовини, що містяться в забруднених породах, розчинюються у воді. Для цього за напрямком току ґрунтових вод закладають нагнітальні та водозабірні свердловини. Ґрунтові води, що відкачуються із водозбірних свердловин після їх очищення використовують для зрошення території звалища. При використанні цієї технології необхідно знати розчинність забруднюючих речовин у водному середовищі та гідромеханічні характеристики звалищних ґрунтів.

Методи біологічного знезараження звалищних ґрунтів аналогічні таким, які відбуваються в природі і основані на принципах руйнування мікроорганізмами шкідливих речовин, що містяться в забруднених ґрунтах. Відомо багато видів бактерій, актиноміцетів та грибків здатних руйнувати органічні сполуки. Швидкість руйнування мікроорганізмами шкідливих речовин залежить передусім від температури та вологості середовища (тіла звалища), наявності кисню, вуглецю, азоту та фосфору, а також їх співвідношень. Оскільки живлення бактерій відбувається лише у вологому середовищі, необхідною умовою руйнування органічних сполук є достатньо зволожений ґрунт.

Ефективним методом локалізації та запобігання розповсюдження забруднюючих речовин є метод капсуляції. Основні конструктивні елементи капсуляції полягають в улаштуванні герметичних підвалин та вертикальних стін, а потім щільного закладення поверхні звалища. Герметичними підвалинами, як правило, слугують природні геологічні перепони у вигляді практично непроникливих шарів глини чи суглинку. Герметичні вертикальні стінки споруджують за технологією “стіна в ґрунті” методом заповнення їх сумішшю бентоніту та цементу з добавкою спеціальних присадок, які роблять їх практично водонепроникливими. Метод капсуляції є найбільш ефективним за умов неглибокого залягання водонепрохідного шару в підвалинах звалища. екологічний реабілітація токсичність твердий відход

За відсутності водонепрохідного шару в підвалинах звалища або глибокого його залягання для локалізації та запобігання розповсюдження забруднюючих речовин часто застосовують метод екранування.

Забруднюючі речовини із звалищного тіла переносяться в породи зони аерації та зони водонасичення, в основному за рахунок інфільтраційного живлення. А тому, для локалізації та запобігання розповсюдження забруднюючих речовин, найбільш прийнятним можна вважати улаштування по верху звалищного ґрунту багатошарового покриття, а також нагірно-уловлюючого та водовідвідного каналу.

В зв'язку з цим при реабілітації подібних забруднених ділянок проводять оцінку захищеності ґрунтових вод від їх забруднення.

Рекультивацію подібних забруднених ділянок без вилучення звалищного ґрунту виконують шляхом проведення технічного і біологічного етапів рекультивації.

Технічний етап рекультивації передбачає наступні види робіт: планування порушеної ділянки з використанням частини менш забрудненого верхнього шару звалищного ґрунту. Планування території бажано виконувати з наданням поверхні незначного ухилу в бік загального зниження земної поверхні. З метою консервації забруднювачів у верхніх шарах звалищного ґрунту на поверхні відсипають шар природних сорбентів (сапропелів або цеолітів потужністю до 0,1-0,2 м).

Найважливішим елементом технічного етапу рекультивації є улаштування протифільтраційного екрану. Улаштування глиняного екрану (замка) здійснюють відсипанням у два шари глини товщиною не менше, ніж 0,25 м кожен шар, почергово утрамбовують за допомогою грунтотрамбуючих машин при оптимальній вологості ґрунту.

Для відведення поверхневих і талих вод, які фільтруються в ґрунт поверх глиняного екрану кладуть шар піщано-гравійної суміші товщиною не менше 0,3 м, залежно від виду наступного використання даної території, потім наносять шар ґрунту товщиною не менше 0,15 м. На завершальній стадії технічного етапу рекультивації мають бути реалізовані заходи з відведення ґрунтового стоку, що надходить з ділянок, які розташовані вище, та поверхневого - з території, яка реабілітується. За звичай, подібним заходам передує будівництво нагірного та водовідвідного каналів з утилізацією стоків, що надходять звідти до водопоглинаючих свердловин.

Наявність “активної” органічної речовини в техногенних ґрунтах звалищ твердих побутових відходів в аеробній та анаеробній зонах сприяє біотермічним процесам розкладення органічної речовини з виділенням біогазу (метану та діоксиду вуглецю), які забруднюють атмосферне повітря.

Біогаз має теплотворну здатність 18 МДж/м³, тому його можна використовувати як паливо. Генерація біогазу закінчується в звалищному тілі протягом 10-50 років, питомий вихід газу складає 120-140 м³/т ТПВ. Окрім того, метан є наступним після вуглекислого газу за ступенем впливу на парниковий ефект в атмосфері Землі. Його вклад у парниковий ефект складає близько 18%. Концентрація метану в атмосфері щорічно зростає на 0,6% і за останні два століття збільшилася більш, ніж вдвічі.

За оцінками, зробленими наприкінці 80-х та 90-х років, показали, що загальна емісія метану зі звалищ на Землі складає 35-70 млн. т/рік, або 6-18% від його загального планетарного викиду в атмосферу.

Кількість зібраного біогазу, як правило, не перевищує 5м³ на рік з однієї тони твердих побутових відходів протягом 20 років.

Середня кількість свердловин складає 2,5 свердловини на гектар. Залежно від місцевих умов вихід біогазу може складати від 5-50 м³/рік до 250 м³/рік з однієї свердловини.

З метою зниження забруднення атмосферного повітря на технічному етапі рекультивації звалищ необхідно виконувати роботи по дегазації звалищ. Залежно від потенційних запасів та інтенсивності виходу біогазу з поверхні звалищ виконують пасивну або активну дегазацію. Для цього перед проведенням технічного етапу рекультивації влаштовують газозбірні свердловини, із яких біогаз відводять по системі газопроводів для утилізації.

Біологічний етап рекультивації порушених ділянок передбачає виконання заходів, які спрямовані на реабілітацію та відновлення земель. Тривалість цього етапу рекультивації, як правило, складає 2-5 років, залежно від кліматичних умов та ступеню попереднього очищення ділянки, що реабілітується.

Біологічний етап рекультивації забруднених земель передбачає фітомеліорацію та формування зовнішнього виду природно-техногенного ландшафту, який є завершальною стадією відновлення сприятливої екологічної ситуації на пошкоджених та прилеглих до них землях.

Рослини, які висаджуються в процесі рекультивації, мають бути здатні до швидкої акліматизації, бути стійкими до несприятливих умов мікроклімату, негативних фізичних та хімічних властивостей ґрунту, повинні мати розвинену кореневу систему, бути здатними до симбіозу з мікроорганізмами.

Після виконання технічного та біологічного етапів рекультивації забрудненої ділянки, істотно знижується інфільтраційний виніс забруднювачів у ґрунтові води, що призводить до їхньої консервації в породах зони аерації.

В Інституті проблем природокористування і екології НАН України є доробки більш детального дослідження технології біологічної рекультивації земель порушених гірничодобувними роботами. Нетрадиційний підхід цього питання полягає в тому, що за умов збільшення ступеню мозаїчності та різноманіття рельєфу біотичне різноманіття зростає в 2-5 разів, до того ж формування біоти у часовому вимірі прискорюється в 1,5-2 рази.

Суть технологій біологічної реабілітації порушених земель, насамперед, полягає у дотриманні наступних умов при формуванні техногенного рельєфу:

планування територій в різновисотних рівнях повинно займати 30-50%;

горбисті ділянки - до 30-40%;

байрачно-балкові з прямовисними та пологими схилами - до 5-10%;

водні системи (кар'єрні водоймища) за наявності прилеглих водно-болотних систем - 1-2%, і у разі їх відсутності - до 3-5%;

співвідношення природних та вторинно-сформованих екосистем: лісові - 60-70% (в т. ч. до 30-40% поліценотичні); відкриті ландшафти (наближені до степових та лугових систем) - до 30-40%.

Врахування цих умов значно прискорює процес природного формування біоти з високим ступенем біорізноманіття, що сприяє більш якісній біологічній реабілітації порушених земель.

Висновки

Таким чином, проблему реабілітації забруднених та порушених земель слід вирішувати з урахуванням як природних особливостей територій, так і масштабів та ступеню їх забруднення, а також токсичності заскладованих відходів, що в свою чергу передбачає залучення нових нетрадиційних методів реабілітації. Технічними рішеннями проектів з реабілітації порушених земель доцільно передбачати використання вторинного ресурсного потенціалу (раніше заскладованих ресурсно-цінних компонентів), біогазу, що утворюється в тілі полігонів твердих побутових відходів. До складу робіт обов'язково мають бути включені заходи з організації екологічного моніторингу.

Перелік посилань

1. Современные проблемы социально-экономического развития регионов Украины // Материалы докладов всеукраинской научно-практической конференции. Сборник научных трудов. - Донецк, 2002. - Том 1.

2. Сметанин В.И. Рекультивация земель // Экология и промышленность России. - 2004. - № 5.

3. Формирование ландшафтного разнообразия при организации заповедно охраняемых територій как экологическая мера успешной биологической реабилитации отработанных земель горнорудными разработками / В.Л. Булахов, А.Г. Шапарь, В.Н. Романенко, В.В. Постоловский // Екологія і природокористування. Збірник наукових праць ІППЕ НАН України. - Дніпропетровськ, 2003. - Вип. 5.

Размещено на Allbest.ru