3. Геоэкологический мониторинг территорий полигонов твердых бытовых отходов охватывает все компоненты природно-технической системы «полигон твердых бытовых отходов - окружающая среда» на разных этапах ее существования. Он нацелен на управление процессом захоронения отходов на основе систематических наблюдений, выявления тенденций в изменении состояния отходов и среды, разработки краткосрочных и долгосрочных прогнозов и рекомендаций (глава 4).

Основной принцип при захоронении ТБО - удержать воздействие полигона на ориентировочно-прогнозируемом допустимом уровне воздействия на окружающую среду благодаря регулирующим процессам естественного самоочищения (разбавление, сорбция, ионный обмен, осаждение и др.) и инженерным мероприятиям. Концепция

Рис. 4. Идеализированная модель "полигон ТБО - окружающая среда"

контролируемого воздействия должна “покоиться на трех китах” - самоочищении, инженерной профилактике и мониторинге, увязанных между собой последовательно уточняемыми (на основе результатов наблюдений) прогнозами (В.А. Мироненко, 1998). Применительно к полигонам ТБО Среднего Урала эта концепция может быть реализована, так как полигоны нередко приурочены к «горнодобывающим элементам рельефа»; по размерам они в основном средние, что обусловливает возможность восстановления состава подземных вод за счет процессов разбавления; в регионе есть естественные грунты, которые способны ограничить распространение загрязнения; строение массивов основания полигонов характеризуется наличием участков, имеющих защитные

Оптимальный состав комплекса экологического мониторинга определяется районированием территории в зоне воздействия полигона и выбором типовых площадок или точек наблюдений. Типологическая классификация полигонов ТБО и типологическое районирование геологической среды Среднего Урала могут служить основой для использования метода аналогий и метода экспертных оценок при прогнозе загрязнения окружающей среды на полигонах ТБО. Комплексный мониторинг целесообразно выполнять на самых крупных полигонах ТБО, а на мелких - достаточно использовать вышеперечисленные методы прогноза. На разных этапах существования ПТС «полигон ТБО - окружающая среда» (проектирование, эксплуатация, реконструкция, рекультивация, ликвидация) в зависимости от поставленных задач система мониторинга окружающей среды «режим - прогноз - управление» трансформируется, что определяет перечень видов и объемов инженерно-экологических работ на каждом этапе существования полигона ТБО (табл.3).

На уровне хранения и обработки экологической информации разработана база данных, включающая все объекты мониторинга (атмосферный воздух, подземную гидросферу, поверхностную гидросферу, почвы, грунты, снеговой покров), параметры мониторинга выбраны с учетом воздействия объектов на компоненты окружающей среды, первичная обработка выполняется в различных временных режимах, пункты контроля по различным средам имеют координатную привязку, имеется возможность формирования цифровых карт и отчетов.

При захоронении отходов необходим системный подход к ПТС «полигон - окружающая среда».

Таблица 3.Мониторинг окружающей среды на разных этапах инвестиционно-строительной деятельности

Объем исследований:

+ - минимальный,

++ - средний,

+++ - значительный

С современных позиций полигоны могут рассматриваться как системы целостные (связи между составляющими элементами прочнее, чем связи элементов со средой) и суммативные (связи между элементами одного и того же порядка равны связям элементов со средой); органические и механические; динамические и статические; “открытые” и “закрытые”; “самоорганизующиеся” и “неорганизованные” и т.д., что определяет сложность системного анализа данных объектов. Необходимо уметь выделить и принять в расчет минимум только тех факторов, которые обеспечат успешное решение задачи минимизации воздействия полигона на окружающую среду, и отбросить те, которые хотя и влияют на процесс, но степенью их влияния можно пренебречь.

При небольшом объеме исследований в ходе инженерно-экологических изысканий практически невозможно равнозначно оценить множество факторов, определяющих процессы загрязнения окружающей среды, поэтому при прогнозировании загрязнения окружающей среды в качестве лимитирующего и управляющего фактора биодеградации отходов можно считать влажность, сгруппировав факторы ее изменения во входной, выходной потоки, и образование фильтрата. Соотношение объема фильтрата и объемов подземных вод с их качественной характеристикой позволяет прогнозировать процессы смешения, а при нормируемых показателях качества воды - минимальные размеры водосборных площадей, в пределах которых происходит восстановление качества подземной воды с учетом процессов смешения.

4. Сочетание научного подхода к складированию отходов в условиях Среднего Урала и концепции профилактических мероприятий, предупреждающих негативные изменения природно-технических систем «полигон твердых бытовых отходов - геологическая среда», позволяет на новом качественном уровне подойти к решению актуальных проблем охраны окружающей среды и рационального природопользования при захоронении отходов (глава 5).

Учитывая особенности полигонов ТБО Среднего Урала, рациональная схема их обустройства включает профилактические мероприятия, достаточные для ограничения ореола загрязнения в масштабе времени существования полигона (рис.5).

Обустройство полигонов ТБО производится на основе инженерно-геологических особенностей территорий с целью ограничения загрязнения компонентов окружающей среды, особенно подземных вод. В условиях Среднего Урала, где сформированы в основном средние и мелкие по размерам полигоны, для обеспечения вышеуказанной цели является оптимальным использование местных природных или техногенных грунтов, влияющих на эмиссию продуктов биодеградации.

Рис.5. Рациональная схема обустройства полигонов ТБО в условиях Среднего Урала.

Минимальная мощность глинистых грунтов, обеспечивающая очистку фильтрующихся стоков в основании полигонов, приведена по результатам исследований минерального и химического составов пород оснований полигонов в табл. 4. При выборе мест размещения отходов мощность глинистых пород в основании полигонов Среднего Урала должна быть не менее 5-6 м (смешанный состав глинистых пород) и 2-3 м (бейделлитовые глины, торф).

Интенсивность распространения загрязнения определяют фильтрационные свойства пород оснований полигонов. По результатам исследований фильтрационных свойств пород оснований выявлено: у суглинков элювиально - делювиальных значение К_ф изменяется от 10^-5 до 10^-1 м/сут (чаще всего от 10^-3 до 1-9 *10^-2м/сут), К_ф супесей 10^-3 - 10² м/сут (наиболее распространенное значение 10^-1м/сут), К_ф песков изменяется от 10^-1 до 1 м/сут.

Таблица 4 Минимальные мощности глинистых грунтов оснований полигонов, в пределах которых происходит накопление загрязнений

Фильтрационные свойства дресвяно - щебенистых грунтов зависят от наличия и типа заполнителя: при суглинистом заполнителе К_ф меняется от 1-10^-2 м/сут, в грунтах без заполнителя К_ф равен 10 м/сут. Для уменьшения фильтрационных свойств применяют механическое уплотнение грунтов путем укладки или трамбования. Ориентировочно можно прогнозировать уплотнение элювиальных и элювиально-делювиальных суглинков по показателю влажности на пределе текучести (рис.6). При уплотнении фильтрационные свойства изученных пород уменьшались на два-три порядка. Если подобный эффект будет достигнут в полевых условиях, то глинистые грунты могут служить достаточно надежным препятствием просачиванию фильтрата в основании полигона.

Сорбционная способность глинистых пород Среднего Урала позволяет рассматривать их в качестве защитного элемента полигона от загрязнения. При изучении поглощающих свойств глинистых грунтов Урала в статических условиях (В.И. Сергеев, 1996 г) выявлено, что наибольшей сорбционной способностью обладают глинистые грунты, состоящие из монтмориллонита, гидрослюды и хлорита, причем наибольшей сорбируемостью обладает ванадий, селен поглощается в 3-5 раз хуже, чем мышьяк и ванадий.

Рис.6. Зависимость оптимальной влажности и максимальной плотности элювиальных и элювиально-делювиальных суглинков от влажности на пределе текучести

Наибольшей сорбционной способностью в отношении токсичного элемента обладают широко развитые торф и элювиальные суглинки (eМZ). Минимальное поглощение характерно для песков (eМZ) и дресвяных грунтов (eМZ), что не позволяет рассматривать эти грунты в качестве геохимического барьера, но их можно использовать в качестве слоев при обустройстве экранов с «капиллярным эффектом». В динамических условиях, которые наблюдаются на полигонах, грунты обладают большей сорбционной способностью, чем в статических. Сорбционная способность торфа выше на порядок, чем суглинка делювиального и суглинка элювиального, поэтому при строительстве экранов торф целесообразно добавлять в качестве сорбирующего слоя.

Второй способ обустройства полигонов - заполнение порового пространства осадками водоподготовки и водоочистки, применен на полигонах Горнощитский III и V, в пос.Б.Седельниково, на Широкореченском полигоне г. Екатеринбург. В напорном режиме поры отходов заполняются полностью по всей высоте или на высоту растворонасыщенного слоя. В этом случае происходит гидростатическое взвешивание разложившихся отходов, что влияет на устойчивость тела полигона. Создание благоприятных условий для жизнедеятельности дождевых червей и микроорганизмов позволяет ускорить процессы разложения отходов с получением компоста, пригодного как для рекультивации горных выработок, так и озеленения городов. В осадке сточных вод на иловых картах содержится большое количество дождевых червей. После прохождения почвы через пищеварительный тракт земляных червей в ней значительно увеличивается содержание усвояемых питательных элементов. Черви стимулируют процесс гумусообразования в 52-56 раз. Им свойственна высокая активность потребления растительных остатков (185 % к своей массе). Процесс переработки органических отходов с использованием дождевых червей стал называться вермикультивированием, а полученный продукт - вермикомпостом, или биогумусом. Этот метод успешно применен на полигоне ТБО г. Полевской.

Мониторинг окружающей среды показал, что при совместном размещении ТБО с влажными осадками водоподготовки и водоочистки практически прекращаются процессы горения и динамика загрязнения подземных вод становится положительной (рис.7). Использование осадков водоочистки и водоподготовки также создает анаэробные условия существования отходов, что увеличивает скорость их биодеградации.

Рис. 7. Результаты мониторинга подземных вод в скважине 2а, расположенной ниже по потоку подземных вод от карьера Горнощитский -У на расстоянии 50 м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Процесс захоронения твердых бытовых отходов на полигонах в природных, экологических и экономических условиях Среднего Урала является приоритетным в деятельности по обращению с отходами.

2. На основе изучения процессов захоронения твердых бытовых и промышленных отходов Свердловской области, состава складируемых отходов, способов накопления и условий размещения, положения в региональных структурах Среднего Урала и инженерно-геологических свойств подстилающих пород, с учетом наличия контроля за воздействием полигона на компоненты окружающей среды и степени его опасности разработана классификация полигонов ТБО Среднего Урала.

3. Геологическое строение Свердловской области, условия и требования к размещению полигонов ТБО позволяют дифференцировать территории по благоприятности для осуществления процесса захоронения отходов. Наиболее благоприятная обстановка для строительства полигонов свойственна восточным районам Свердловской области в пределах мезо-кайнозойского чехла Зауралья. Менее благоприятными условиями характеризуются западные районы области в пределах Предуральского краевого прогиба. Наиболее сложная обстановка свойственна освоенным районам горно - промышленного Урала с его открытыми гидрогеологическими структурами.

4. Система «полигон ТБО - окружающая среда» - это единая природно-техническая система, свойства которой обусловлены процессами, протекающими в атмосфере вблизи полигона, в теле полигона, в поверхностных водах вблизи полигона, в породах и почвах основания полигона, в подземных водах в зоне влияния полигона, а также экзогенными геологическими процессами. Перенос загрязняющих веществ и легких фракций отходов аэрогенным путем связан с разложением отходов в теле полигона до газообразных составляющих и с процессами горения отходов на полигонах. При эксплуатации мелких и средних полигонов в условиях Среднего Урала ореол загрязнения по установленным нормативам не превышал размеров санитарно-защитной зоны. Аэрогенным путем в почвы привносятся аммиак, тяжелые металлы, диоксины, фенол, бензол и органо-минеральные соединения. Процессы, происходящие в теле полигона, протекают в аэробных, переходных и анаэробных условиях и определяют интенсивность воздействия на компоненты геологической среды. На характер протекания этих процессов влияют технология обращения с отходами, масштаб полигона, состав отходов и их влажностный режим. Процессы, протекающие в геологической среде, связаны с наличием и мощностью зоны аэрации, характером пород, слагающих эту зону, экзогенными процессами, влияющими на интенсивность распространения загрязнения компонентов окружающей среды, характером водоносных горизонтов и составом подземных вод.

5. Комплексный мониторинг окружающей среды целесообразно выполнять на средних и крупных полигонах Среднего Урала, на мелких полигонах для прогнозов загрязнения окружающей среды достаточно использовать методы аналогий и экспертных оценок, базирующиеся на типологическом районировании геологической среды и типологической классификации полигонов. Комплексный мониторинг начинается с проектирования полигонов (изучение фоновых характеристик в условиях Уральского техногенеза) и заканчивается после ликвидации или рекультивации полигонов для оценки восстановления компонентов окружающей среды и возможности использования нарушенных земель в дальнейшем. Воздействие полигонов на окружающую среду проявляется в загрязнении атмосферного воздуха, почв, подземных и поверхностных вод, в изменении природных ландшафтов. Методы изучения изменений компонентов окружающей среды без учета микробиологической компоненты в грунтах и воде неполноценны. Реально оценивать процессы загрязнения природной среды необходимо по результатам мониторинга в типовых геологических структурах.

6. При прогнозировании загрязнения окружающей среды предложено в качестве лимитирующего и управляющего фактора биодеградации отходов считать влажность, сгруппировав факторы ее изменения во входной, выходной поток и образование фильтрата. Соотношение объема фильтрата и объемов подземных вод с их качественной характеристикой позволяет прогнозировать процессы смешения, а при нормируемых показателях качества воды - минимальные размеры водосборных площадей в зависимости от гидрогеологических условий, количества атмосферных осадков и площади полигона.

7. Использование природных и техногенных грунтов, влияющих на эмиссию продуктов биодеградации, позволяет управлять геохимическими процессами в теле полигона при захоронении отходов в условиях Среднего Урала путем создания противофильтрационных экранов, экранов с «капиллярным эффектом» и промежуточной послойной изоляцией отходов. Изученные физико-механические и физико-химические свойства пород оснований полигонов, осадков водоподготовки и водоочистки служат основой фильтрационных и геомеханических прогнозов на полигонах ТБО.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

бытовой отходы полигон

1. Гуман О.М. Инженерно-геологическое расчленение разрезов и геометризация железорудных месторождений Урала (на примере Тагило-Кушвинского района) / Гуман О.М., Дубейковский С.Г., Зайцев А.С. // Известия вузов. Горный журнал. 1986, № 10. - С. 26-33.

2. Гуман О.М. Обработка результатов массовых замеров трещин на микроЭВМ / Гуман О.М., Дубейковский С.Г., Семакин В.П. // Известия вузов. Горный журнал. -1988. - № 8. - С. 41-44.

3. Гуман О.М. Инженерно-геологическая типизация железорудных месторождений Урала / Гуман О.М., Дубейковский С.Г. // Инженерная геология. - 1991. - № 3. - С. 36-42.

4. Гуман О.М. Экологический мониторинг на полигонах твердых бытовых и промышленных отходов / Гуман О.М. //Записки Горного института. - № 153. Проблемы современной инженерной геологии. - Санкт-Петербург, 2003. - С. 58-60.

5. Грязнов О.Н. Управление процессом захоронения твердых бытовых и промышленных отходов в геологических структурах Среднего Урала /Грязнов О.Н., Гуман О.М., Долинина И.А. // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. - 2006. - № 5. - С. 446-458.

6. Гуман О.М. Особенности локального экологического мониторинга окружающей среды объектов горно - промышленного производства на примере Среднего Урала/ Гуман О.М., Захаров А.В., Макаров А.Б. // Известия вузов. Горный журнал. - 2007. - № 2. - С. 56-59.

7. Гуман О.М. Мониторинг окружающей среды при проектировании, эксплуатации и рекультивации полигонов по захоронению бытовых отходов/ Гуман О.М., Нечаева Н.Н. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Специальный выпуск «III Всероссийская научно-практическая конференция «Процессы, технологии, оборудование и опыт переработки отходов и вторичного сырья». - Самара: Изд-во Самарского научного центра РАН, 2008. - С. 29-34.

8. Гуман О.М. Полигоны твердых бытовых и промышленных отходов Свердловской области. - Екатеринбург: «Полиграфист»,2008.-176с.

9. Гуман О.М. Инженерно-геологические исследования техногенных экосистем и нарушенных земель для их рекультивации / Гуман О.М., Чайкин А.А // Биологическая рекультивация нарушенных земель: материалы международного совещания. - Екатеринбург, 1996. - С. 35-37.

10. Грязнов О.Н. Классификация полигонов твердых бытовых и промышленных отходов Свердловской области / Грязнов О.Н., Гуман О.М., Панин Н.Н. // Экологические проблемы промышленных регионов. - Екатеринбург: Правительство Свердловской области, 1999. - С. 169-170.

11. Волкова В.М. Проблемы экологического мониторинга на примере Воронцовского ГОКа / Волкова В.М., Гуман О.М. // Международная выставка «Уралэкология-техноген 2000». - Екатеринбург, 2000. - С. 145-146.

12. Грязнов О.Н. Геологические предпосылки для оптимального размещения полигонов твердых бытовых и промышленных отходов / Грязнов О.Н., Гуман О.М., Морозова Л.П., Шабалина Н.С. // Изв. УГГГА. - Вып. 10. Сер.: Геология и геофизика. - 2000. - С. 241-247.

Размещено на Allbest.ru