а) История возникновения и эволюция состава ТБО на свалках
advertisement
Оглавление Введение ............................................................................................................................................ 3 1. История и экогеологические проблемы образования и ....................................................... 4 захоронения (размещения) отходов производства и потребления. ....................................... 4 1.1 История эколого-геологических проблем систем обращения с ТБО в мире..................... 4 1.2 Современное состояние проблемы отходов в России. Эколого-геологические проблемы складирования ТБО ....................................................................................................................... 5 2. Характеристика полигонов ТБО.............................................................................................. 8 2.1 Строение и структура полигона ТБО .................................................................................... 9 2.2 Состав полигонов ТБО .......................................................................................................... 12 2.3 Количество полигонов ТБО в России .................................................................................. 13 3. Полигон ТБО – природно-техногенное геологическое тело ............................................. 14 3.1 Характеристика объектов складирования как природно-техногенного геологического тела…………………………………………………………………...……………………….….14 3.2 Метаболизм полигона ТБО................................................................................................... 16 4. Геолого-экологический мониторинг территории при обращении с отходами ............. 20 4.1 Задачи геолого-экологического мониторинга .................................................................... 20 4.2. Этапы мониторинга .............................................................................................................. 21 5. Рекультивация полигонов ТБО.............................................................................................. 23 5.1 Этапы рекультивации полигонов ТБО ................................................................................ 23 5.2 Применение нестандартных проектных решений при рекультивации полигонов ТБО 24 Заключение ..................................................................................................................................... 27 Список литературы ....................................................................................................................... 28 2 Введение Актуальность работы. Сегодня проблема утилизации твердых отходов в полной мере не решена ни в одной из стран мира, и в условиях урбанизации она остается на повестке дня XXl века. Как отмечал В.И. Вернадский, ни один биологический вид не может выжить в созданных им отходах. Отходы необходимо включать в природный цикл, удалять и использовать. Среди методов ликвидации отходов в настоящее время первое место принадлежит полигонам твердых бытовых отходов, на которые вывозят порядка 90-95% отходов. В нашей стране проблеме размещения ТБО не уделяется должного внимания. Подавляющее большинство полигонов твёрдых бытовых отходов не отвечают условиям санитарных норм. Существующие полигоны, а точнее свалки ТБО представляют собой значительную экологическую опасность, которая будет действовать еще десятки лет. Несмотря на значительное разнообразие существующих методов утилизации ТБО, в нашей стране в силу ряда причин еще многие годы основным направлением обращения с отходами будет размещение их на полигонах. Поэтому основные разработки должны быть направлены на модернизацию старых и строительство новых экологически безопасных объектов складирования ТБО. Цель работы. Эколого-геологическая оценка полигонов твердых бытовых отходов, обзор процессов, протекающих в теле полигона и на прилегающих территориях, а также обзор методов геолого-экологического мониторинга протекающих процессов и способов завершения существования полигонов ТБО. Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью основными задачами исследования стали: 1. современное состояние проблемы отходов в России. Эколого-геологические проблемы складирования ТБО. 2. общая характеристика полигонов ТБО 3. эколого-геологическая характеристика полигонов ТБО как современных природно-техногенных геологических объектов 4. обзор комплекса методов эколого-геологического мониторинга 5. общая оценка воздействия полигонов ТБО на компоненты окружающей среды прилегающих территорий 3 1. История и экогеологические проблемы образования и захоронения (размещения) отходов производства и потребления. Проблема обращения с отходами возникла практически вместе с появлением на Земле человека. С нарастающими темпами шло увеличение количества отходов в окружающей среде. Но до определенного периода объемы отходов не вызывали ярко выраженной опасности. В настоящий же момент человеческое общество достигло таких вершин своего развития, что количество отходов производства и потребления приобрело угрожающие масштабы. Проблема получила свою наибольшую актуальность в XX веке, когда свалки, отведенные для складирования и хранения отходов, начали занимать огромные площади. Эти земли впоследствии были полностью вычеркнуты из разряда подходящих к использованию из-за полной непригодности. В современном мире эта тенденция достигла угрожающих размеров. 1.1 История эколого-геологических проблем систем обращения с ТБО в мире История возникновения проблемы твердых бытовых отходов уходит глубоко в прошлое. Проблема мусора появилась одновременно с появлением городов. Во все века она циклически следует за развитием производительных сил, впрочем, всегда с некоторым отставанием. Африка - 1,5 млн. лет назад - доисторические племена охотников бросали мусор на землю вокруг своих стоянок. Мусор был органическим и разлагался. Примерно за 500 лет до нашей эры в Афинах был издан первый из известных эдикт, запрещавший выбрасывать мусор на улицы, предусматривавший организацию специальных свалок и предписывавший мусорщикам сбрасывать отходы не ближе чем за тысячу двойных шагов (~ 1 миля) от города. В Древнем Риме также существовали своеобразные экологические службы по обеспечению водоснабжения, созданию и обслуживанию систем канализации со специальными бассейнами - отстойниками и системами удаления мусора. Однако подобно многим античным изобретениям, практика утилизации отходов была забыта в средние века Средневековый Лондон, 1350 г. н.э. - люди выбрасывают мусор прямо на улицы, что способствовало распространению заболеваний. Нью-Йорк, 1860 г. - помет и трупы домашних животных, уголь и древесная зола заполнили улицы и переулки. Загрязнение способствовало распространению эпидемий. С 1880 года городские власти для сохранения здоровья людей были вынуждены начать очистку городских улиц. Жители европейских городов вплоть до XIV века продолжали выбрасывать в окно и мусор и экскременты. Узкие улицы были полностью покрыты толстым слоем отбросов. Поэтому ходули, особенно весной, считались необходимой “обувью” каждого горожанина. Только во второй половине XV века впервые в Европе городские власти Нюрнберга установили ответственность за нарушения в области сбора и утилизации отходов. Мусор надлежало вывозить за городские ворота и складировать в сельской местности. Постепенно с ростом городов свободные площади в их окрестностях уменьшались, а неприятные запахи и возросшее количество крыс, вызванное свалками, стали невыносимыми. Отдельно стоящие свалки были заменены ямами для хранения мусора, а затем в густонаселенных районах 4 этому способу, как требующему слишком больших площадей и способствующему загрязнению подземных вод, было предпочтено сжигание. Надо отметить, что и этот способ не нов. Уже около двух тысяч лет назад над Иерусалимом висело облако ядовитого дыма от "геенны огненной" - городской свалки в Енномовой долине, где сжигали мусор. Первую систему сжигания мусора в специализированных печах опробовали в 1874 г в Ноттингеме, в Англии. Сжигание сокращало объем мусора на 70-90 %, поэтому данный способ вначале быстро развивался. Густонаселенные города Европы и Америки начали внедрять мусоросжигательные печи, однако вскоре от них пришлось отказаться из-за ухудшения состава воздуха и трудностей при утилизации ядовитой золы По этой причине захоронение отходов вновь вышло на первый план при решении проблемы отходов, и к началу 70 годов XX века до 90 % отходов депонировали на свалках и полигонах. Последствия захоронения мусора не замедлили сказаться на загрязнении почв, подземных вод, в том числе питьевой воды в колодцах . Желая уменьшить эти риски, власти объявили мораторий на разработку новых площадей под свалки. Твердые бытовые отходы создают определенную угрозу здоровью и жизни населения планеты, а также будущим поколениям, т.к засоряют и захламляют природный ландшафт, а также являются источником поступления вредных химических, биологических и биохимических препаратов в окружающую природную среду, т.е. нарушают экологическое равновесие. Влияние потока ТБО остро сказывается на глобальных геохимических циклах ряда биофильных элементов, в частности органического углерода. С другой стороны ТП и БО следует рассматривать как техногенные образования, которые нужно промышленно-значимо характеризовать содержанием в них ряда черных, цветных металлов и других материалов, пригодных для использования в металлургии, машиностроении, энергетике, в сельском и лесном хозяйстве. Таким образом, в связи с грядущим постепенным истощением природных источников сырья (нефти, каменного угля, руд для цветных и черных металлов) решение проблемы переработки ТП и БО приобретает в последние годы первостепенное значение. 1.2 Современное состояние проблемы отходов в России. Экологогеологические проблемы складирования ТБО В нашей стране проблеме размещения ТБО не уделяется должного внимания, несмотря на то, что проблема экологически безопасного складирования и хранения отходов становится все более актуальной для крупных городов - основных производителей отходов. Сложившаяся в Российской Федерации ситуация в области образования, использования, обезвреживания, хранения и захоронения отходов ведет к опасному загрязнению окружающей среды, нерациональному использованию природных ресурсов, значительному экономическому ущербу и представляет реальную угрозу здоровью современных и будущих поколений страны. Практически для всех субъектов РФ одна из основных задач в области охраны окружающей среды – решение проблем обезвреживания и переработки бытовых и промышленных отходов. Ежегодно в нашей стране образуется около 7 млрд. тонн отходов, из которых используется лишь 2 млрд. тонн, или 28,6 процентов. На территории страны в отвалах и хранилищах накоплено около 80 млрд. тонн только твердых отходов. Особую тревогу вызывает накопление в отвалах и свалках токсичных, в том числе содержащих канцерогенные вещества, отходов. В хранилищах, накопителях, складах, могильниках, а также на полигонах, свалках и других объектах, принадлежащих предприятиям, накоплено свыше 1,9 млрд. т опасных отходов. Оценка ситуации позволяет сделать вывод о постоянном росте количества образующихся в стране отходов. При этом показатель использования и 5 обезвреживания отходов снизился до 43,3%. В связи с нехваткой полигонов для складирования и захоронения отходов распространена практика их размещения в местах неорганизованного складирования (несанкционированных свалках), что представляет большую опасность для окружающей среды. Динамика образования отходов в Российской Федерации с 2002 по 2004 гг. отражена на рисунке, соответствующие данные приведены в табл. 1.1. Табл. 1.1. Показатели обращения с отходами производства и потребления в РФ, млн. т Показатель Образовалось за отчетный год Использовано на предприятиях 2002 г. 2034,9 1210,8 2003 г. 2613,5 1287,8 2004 2634,9 1126,4 Обезврежено на предприятиях 3,5 54,9 14,3 Использовано и обезврежено, % количества образовавшихся отходов Размещено на территории, принадлежащей предприятиям 59,7 51,4 43,3 1305,9 1747,2 2355,2 Неиспользуемые отходы - это миллиарды тонн выведенных из хозяйственного оборота безвозвратно теряемых материальных ресурсов, многими видами которых страна практически уже не располагает. Из-за недостаточной экономической заинтересованности предприятий, низкого технического уровня применяемых технологий, дефицита средств и современного оборудования переработке и использованию подвергаются лишь несколько десятков видов отходов. Быстрый рост городского населения – одна из важнейших тенденций XI века. Увеличивается в городах и количество различных отходов, прежде всего твердых бытовых отходов, которые требуют самого своевременного удаления и безопасной утилизации. Концентрация ТБО в крупных городах России сейчас резко возросла, особенно в городах с численностью населения от 500 тыс. и выше человек. Объем отходов все увеличивается, а территориальные возможности для их утилизации и переработки уменьшаются. Доставка отходов от мест их образования до пунктов утилизации требует все больше времени и средств. В России необходимо совершенствовать организацию процесса утилизации городских отходов. Проблема экологической опасности твердых бытовых отходов остро стоит перед Россией. Эта опасность затрагивает все стадии обращения с ТБО, начиная со сбора и вывоза отходов и кончая подготовкой к использованию утильных компонентов и уничтожением или захоронением неиспользуемых фракций. До настоящего времени нет единой системы регламентирующих документов для твердых бытовых и приравненных к ним отходов. Одни документы определяют условия обращения с ТБО, другие - с промышленными, медицинскими, биологическими отходами, третьи - с отходами производства и потребления. Сложившаяся в Российской Федерации система утилизации производственных отходов основана на захоронении подавляющего большинства на полигонах и неорганизованных свалках. Положение усугубляется тем, что из-за отсутствия раздельного сбора ТБО в общий контейнер, а нередко рядом с ним, вместе с бумагой, полимерной, стеклянной и металлической тарой, пищевыми отходами выбрасываются лекарства с просроченным сроком годности, разбитые ртутьсодержащие термометры и люминесцентные лампы, тара с остатками ядохимикатов, лаков, красок и т.д. Все это под видом малоопасных ТБО вывозится на свалки, которые чаще всего устраивают в выработанных карьерах, 6 оврагах, заболоченных местах вблизи населенных пунктов, что недопустимо с экологогигиенических позиций. Нередко их называют полигонами, однако они не отвечают требованиям, предъявляемым к сооружениям по захоронению отходов, не имеют гидроизолирующего (бетонного, глиняного или другого) основания, препятствующего распространению токсичных загрязнений по водоносным горизонтам. В результате сточные воды (фильтрат), которые вытекают из тела полигона в результате воздействия природных осадков и процессов в ТБО, содержат в большом объеме крайне токсичные органические и неорганические загрязнения. Неконтролируемые процессы в теле свалки приводят к формированию болезнетворной микрофлоры, также усугубляющей опасность фильтрата. При отсутствии необходимой гидроизоляции фильтрат попадает в почву, проникает в подземные воды и по водостокам - в открытые водоемы, отравляя источники водоснабжения. Токсичность фильтрата приводит к уничтожению окружающей свалку растительности. Кроме выделения фильтрата из тела свалки в атмосферу постоянно поступают газообразные продукты распада ТБО - метан, аммиак и пр. Они являются источником систематических пожаров на свалках, которые, в свою очередь, загрязняют атмосферу. С созданием полигонов ТБО связан целый комплекс серьезных экологических проблем, многие из которых пока не нашли своего решения. К важнейшим из них относится комплекс негативных воздействий на различные компоненты (как абиотические, так и биотические) экосистем вокруг полигонов ТБО. Значительная доля этих воздействий обусловлена наличием в теле полигона токсичных веществ, о которых говорилось выше. Практически все компоненты экосистем (как абиотические, так и биотические), существующие вблизи или вокруг полигонов ТБО, в той или иной мере испытывают различные негативные или преобразующие воздействия. Первые из них ведут к деградации экосистемы (в первую очередь к уменьшению ее биоразнообразия и т.п.). Последние ведут к перестройке экосистемы, ее постепенному преобразованию и переходу в совершенно новую экосистему, обладающую иными (как правило, более плохими) экологическими качествами. Сроки такого преобразования экосистем (сроки сукцессии) вполне соизмеримы со сроками существования самих полигонов ТБО (первые десятки лет). 7 2. Характеристика полигонов ТБО Полигоны захоронения ТБО - инженерно-экологические комплексы, предназначенные для централизованного приема ТБО, их обезвреживания и захоронения, предотвращающие распространение загрязняющих веществ в компоненты природной среды. Современные усовершенствованные полигоны ТБО представляют собой природоохранное сооружение, где осуществляется организованное контролируемое обезвреживание твердых бытовых отходов с соблюдением технических и санитарных норм, снижение негативного воздействия отходов на атмосферный воздух, почву, водный бассейн до нормативного уровня. Для выполнения всех вышеперечисленных критериев необходимо применять тщательно продуманные строительные решения, а также вести постоянное обслуживание и мониторинг мест складирования отходов. На полигоны захоронения ТБО принимают: бытовые отходы и отходы потребления из жилых зданий, учреждений и предприятий общественного назначения, объектов оптово-розничной торговли промышленными и продовольственными товарами; строительные отходы, образованные при сносе, ремонте, реконструкции, новом строительстве зданий и сооружений, отходы стройиндустрии, промышленные отходы, приравненные к ТБО, древесно-растительные отходы от планового ухода за зелеными насаждениями городов; твердые промышленные отходы IV класса опасности по согласованию с органами природных ресурсов и охраны окружающей среды, санитарно-эпидемиологическими службами и учреждениями коммунальной сферы, в количестве, не превышающем 30% от массы принимаемых ТБО, отходы лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ) в соответствии с «Правилами сбора, хранения и удаления отходов лечебно-профилактических учреждений». Запрещен прием на полигоны следующих видов отходов: строительных, содержащих асбестовый шифер в виде боя, шлаки, золы, отработанный асбест, отходов мягкой кровли, имеющих 4-й класс опасности; промышленных 1, 2 и 3 классов опасности; радиоактивных, независимо от уровня их радиации; ртутных ламп и продуктов демеркуризации. Полигоны ТБО по видам принимаемых отходов подразделяют на два класса: полигоны ТБО 1-го класса - полигоны, на которых разрешено размещать отходы, содержащие >25% органические примеси, при разложении которых образуются вредные вещества в количествах, не превышающих значения ПДК; полигоны ТБО 2-го класса - полигоны, на которых размещают отходы, содержащие >25% органические примеси, а также другие виды отходов, при разложении которых образуются вредные вещества в количествах превышающих значения ПДК. Организации, эксплуатирующие полигоны, разрабатывают регламент (режим) работы полигона и инструкцию по приему ТБО. В соответствии c разработанной инструкцией, осуществляют учет поступающих отходов, обеспечивают их контроль, распределяют в пределах эксплуатируемой части полигона, выполняют послойную изоляцию отходов, обеспечивают выполнение требований, предъявляемые к безопасности жизнедеятельности предприятий в чрезвычайных ситуациях. 8 2.1 Строение и структура полигона ТБО Площадь участка, отводимого под полигон, выбирается, как правило, из условия срока его эксплуатации не менее 15-20 лет. Наиболее экономичны земельные участки, близкие по форме к квадрату и допускающие максимальную высоту складирования ТБО (с учетом заложения внешних откосов 1:4). В отдельных случаях при благоприятных горногеологических условиях, заложение откосов может быть увеличено. Схематический разрез полигона представлен на рис. 2.1. Рис. 2.1. Схематический разрез полигона ТБО 1 - наружная (окончательная) изоляция; 2 - промежуточная изоляция; 3 - ТБО; 4 - водоупорное основание; Н - высота; н - показатель снижения высоты; Ш - ширина; УГВ - уровень грунтовых вод Проектируемая вместимость полигона рассчитывается для обоснования требуемой площади участка складирования ТБО. Расчет ведется с учетом удельной обобщенной годовой нормы накопления ТБО на одного жителя (включающей ТБО из учреждений и организаций), количества обслуживаемого полигоном населения, расчетного срока эксплуатации полигона, степени уплотнения ТБО на полигоне. С учетом производительности применяемых на полигонах машин и механизмов устанавливается следующая классификация сооружений по годовому объему принимаемых ТБО в тыс. м3/год: 10, 20, 30, 60, 120, 240, 360, 800, 1000, 1500, 2000 и 3000. Площадь участка складирования ТБО определяется делением проектируемой вместимости полигона в м3 на среднюю высоту складирования отходов в метрах с учетом их уплотнения. Полигоны ТБО, имеющие общую высоту (для полигонов в котлованах и оврагах глубину) более 20 м и нагрузку на используемую площадь более 100000 Па (10 т/м2, или 100 тыс. т/га), относятся к категории высоконагружаемых полигонов. Основными элементами полигона (рис. 2.2.) являются: подъездная дорога, участок складирования ТБО, хозяйственная зона, инженерные сооружения и коммуникации. 9 Рис. 2.2. Схема размещения основных сооружений полигона а - при соотношении длины и ширины полигона менее 1:2; б - то же, при соотношении более 1:3; 1 - подъездная дорога; 2 - хозяйственная зона; 3 - нагорная канава; 4 - забор; 5 - зеленая зона; 6 - грунт для изолирующих слоев; 7 - площадки складирования отходов I, II и III очереди эксплуатации Подъездная дорога соединяет существующую транспортную магистраль с участком складирования ТБО. Подъездная дорога рассчитана на двустороннее движение. Основное сооружение полигона - участок складирования ТБО. Он занимает основную (до 95%) площадь полигона, в зависимости от объема принимаемых ТБО. Участок складирования разбит на очереди эксплуатации с учетом обеспечения приема отходов в течение 3-5 лет, в составе первой очереди выделен пусковой комплекс на первые 1-2 года. В первую, вторую и если позволяет площадь участка, в третью очередь складирования отходов ведется на высоту в 2-3 яруса (высота яруса равна 2,0-2,5 м). Участки складирования защищены от стоков поверхностных вод с вышерасположенных земельных массивов. Для перехвата дождевых и паводковых вод по границе участка проходит водоотводная канава. На расстоянии 1....2 м от водоотводной канавы размещено ограждение вокруг полигона. По периметру на полосе шириной 5.....8 м находятся посаженные деревья, проложенные инженерные коммуникации (водопровод, канализация), установлены мачты электроосвещения. При отсутствии инженерных сооружений на этой полосе находятся отсыпанные кавальеры грунта для использования его на изоляцию ТБО. На участке складирования устроены котлованы с целью получения грунта для промежуточной и окончательной изоляции. Днище котлована, как правило, горизонтальное, для обеспечения равномерного распределения фильтрата по всей площади основания полигона. В зависимости от рельефа местности и очередность складирования ТБО, участок разбивается на ряд котлованов. На участках с уклоном более 0,5% устроен каскад котлованов, показанный на рис. 2.3. 10 Рис. 2.3. Высотное размещение котлована в основании полигона 1 - кавальер грунта для изолирующих слоев; 2 - уровень поверхности участка до разработки котлованов; 3 - горизонтальное основание; 4 - промежуточный вал Перепад верхнего и следующих промежуточных котлованов, а также разность отметок оснований двух смежных котлованов - не более 1 м При необходимости по верху промежуточных валов прокладывается временная дорога для проезда мусоровозов. На участках, размещаемых в оврагах, каскад котлованов образуется плотинами. Основание котлована имеет слой связанного грунта - это глины в естественном состоянии с коэффициентом фильтрации воды не более 10-5 см/с (0,0086 м/сут.) и толщиной не менее 0,5 м. Для грунтов, характеризующихся коэффициентом фильтрации более 10-5 см/с, устроены искусственные непроницаемые экраны: 1. Глиняный экран однослойный, толщиной не менее 0,5 м. Исходная глина ненарушенной структуры имеет коэффициент фильтрации не ниже 0,001 м/сут. Поверх экрана уложен защитный слой из местного грунта толщиной 0,2-0,3 м. 2. Грунтобитумный экран, обработанный органическими вяжущими веществами или отходами нефтеперерабатывающей промышленности, толщиной от 0,2 м до 0,4 м, с одной стороны или двойной пропиткой битума, в зависимости от состава отходов и климатических условий. 3. Экран двухслойный из латекса. Экран состоит из планировочного подстилающего слоя толщиной 0,3 м, слоя латекса, промежуточного слоя из песчаного грунта 0,4 м, второго слоя латекса и защитного слоя из мелкозернистого грунта толщиной 0,5 м. 4. Экран из полиэтиленовой пленки, стабилизированной сажей, двухслойный. Двухслойный экран состоит из подстилающего слоя - песчаного грунта толщиной 0,2 м, двух слоев полиэтиленовой пленки, стабилизированной сажей, толщиной 0,2 мм. Между слоями пленок устроен дренажный слой из крупнозернистого песка, толщиной 0,4 м. На верхний слой пленки укладывается защитный слой (толщиной 0,5 м) песчаного грунта с частицами максимальной крупности до 5 мм. Иногда применяются однослойные искусственные экраны без дренажа фильтрата при благоприятных гидрогеологических условиях участка складирования: уровень грунтовых вод не менее 6 м от поверхности основания рабочих карт; наличие в основании карт суглинков с коэффициентом фильтрации не более 10-3 см/с и мощностью не менее 6 м. Дренажный слой предусматривается для аварийных ситуаций и контроля выхода фильтрата. Земельный участок под складирование ТБО на территории оврага обычно включает его верховья, что гарантирует сбор и удаление талых и дождевых вод более простыми методами. Участок оврага по длине разбит, начиная с верховья, на этапах строительства. Каждая очередь строительства с пониженной стороны защищается от оползней земляной плотиной. 11 При складировании ТБО в выработанных карьерах (глубоких котлованах) обеспечивается съезд и разгрузка мусоровозов на нижней отметке с послойным заполнением карьера по высоте. При траншейной схеме складирования ТБО на участке складирования расположены траншеи глубиной 3-6 м и шириной по верху 6-12 м. Траншеи располагаются перпендикулярно направлению господствующих ветров. В климатических зонах, где возможно образование фильтрата, основание траншеи не менее чем на 0,5 м заглублено в глинистые грунты. Траншейная схема применяется для полигонов, принимающих 120 тыс. м3/год ТБО и менее. Непосредственное складирование ТБО в воду на болотистых и заливаемых паводковыми водами участках не допускается. При использовании болотистых и заливаемых паводковыми водами участков сделаны подсыпки инертными материалами на высоту, превышающую на 1 м максимальный уровень поверхностных и паводковых вод. На подсыпке устроен водоупорный экран. Хозяйственная зона располагается на пересечении подъездной дороги с границей полигона, что обеспечивает возможность эксплуатации зоны на любой стадии заполнения полигона ТБО. В хозяйственной зоне размещаются бытовые и производственные сооружения. На участках с конфигурацией, близкой к квадрату, зона расположена у последней очереди складирования ТБО. На участках вытянутой формы зона размещена посередине длинной стороны. Хозяйственная зона занимает, в зависимости от количества принимаемых полигоном ТБО, площадь - 5-15% от всей площади. Территория хозяйственной зоны имеет твердое покрытие, освещение и въезд со стороны полигона. На выезде из полигона расположена контрольно-дезинфицирующая зона с железобетонной ванной длиной 8 м, глубиной 0,3 м и шириной 3 м для дезинфекции колес мусоровозов. Ванна заполнена трехпроцентным раствором лизола и опилками. По периметру всей территории полигона ТБО имеется ограждение. Ограждение могут заменять: осушительная траншея глубиной более 2 м, вал высотой более 3 м. Водоотводные канавы рассчитываются на отвод стока с участков, расположенных выше полигона 2.2 Состав полигонов ТБО Состав отходов на свалках России весьма различен и трудно поддается анализу. Так,количество бумаги и картона на них в среднем составляет до 25-30% от общего объема отходов; количество органических, в т.ч. пищевых, отходов — до 26-35%; металла и стекла — до 5-12%; пластика — до 7-10 %; дерева, текстиля, резины и т.д. — примерно по 2-4%. В этом перечне нет токсичных компонентов, складирование которых на полигонах ТБО запрещено. Тем не менее в процессе трансформации отходов в теле полигона образуются различные токсичные жидкие и газообразные вещества, влияние которых на окружающую среду наиболее опасно. Кроме того, складирование отходов на полигонах часто ведется без надлежащего досмотра и экологического контроля, из-за чего на свалки несанкционированно попадает значительное количество токсичных компонентов. На многих полигонах часто идет совместное складирование бытовых и промышленных отходов, представленных отходами горнопромышленного комплекса. Такая ситуация, например, типична для многих промышленных регионов Урала. По нормативным документам при создании новых полигонов ТБО учитывается только глубина залегания подземных вод, но не учитываются особенности геологического, геоморфологического, инженерно-геологического и гидрогеологического строения регионов. Это привело к тому, что большинство созданных полигонов ТБО не соответствует 12 действующим экологических нормативам. Тем не менее, многие из них продолжают функционировать. Каждое такое хранилище — своеобразный биохимический реактор, в теле которого под воздействием внешних (осадков, температуры) и внутренних факторов (микробиологического разложения, уплотнения и т.п.) происходят сложные комплексные реакции с выделением биогазов (в т.ч. метана), жидких и твердых компонентов. В нижней части тела полигона скапливается так называемый «фильтрат» — вязкая жидкость темного цвета (до черного), содержащая в своем составе большой набор токсичных веществ. Именно этот фильтрат представляет наибольшую потенциальную опасность для загрязнения грунтовых вод. 2.3 Количество полигонов ТБО в России Наибольшее количество полигонов ТБО в России формируется вблизи крупных городов. В Московской области (куда в основном производится вывоз мусора из г. Москвы) к 2010 г. было зарегистрировано 89 полигонов ТБО, причем некоторые из них являются незаконными (т.е. либо несанкционированными, либо закрытыми, но продолжающими действовать, т.е. принимать отходы и т.п.). Около 80% существующих полигонов ТБО было сформировано более 20 лет назад и размещено без учета природоохранных требований и без проведения инженерных мероприятий, направленных на охрану окружающей среды. На многих из этих полигонов по ряду причин сложилась весьма неблагоприятная экологическая обстановка, угрожающая экологическим бедствием, например, в Воскресенском районе (вблизи п. Ашитково), а также в Щелковском, Ногинском, ОреховоЗуевском, Павлово-Посадском, Шатурском и многих других районах Московской области. Среди них критически опасными являются свалки «Слизнево», «Кулаковский карьер», «Павловское», «Торбеево» и др. Потенциально опасными являются свалки «Кучино», «Домодедово», «Долгопрудненский», «Оропово», «Нарко-вод», «Сабурово», «Некрасовка», «Тимохово», «Часцы», «Сафоново», «Левобережный», «Кезьмино», «Электросталь», «Царево». Всего же на полигоны Московской области ежегодно поступает не менее 7 млн т отходов. Область превращается в большую свалку отходов г. Москвы. Тревожит и то, что под свалки отводятся красивые некогда территории Подмосковья, места, расположенные рядом с дачными поселками и другими населенными пунктами, так что портится не только экология, но и эстетика окружающего пространства. Не лучше ситуация и вокруг других крупных мегаполисов России: Санкт-Петербурга, Нижнего Новгорода, Екатеринбурга, Волгограда, Владивостока и др. Остро стоит вопрос размещения отходов в городах Ростовской области: Азове, Волгодонске, Каменске, Белой Калитве, а также в ряде других муниципальных образований России. 13 3. Полигон ТБО – природно-техногенное геологическое тело На большей части полигонов Российской Федерации складируются как бытовые, так и промышленные отходы, разрешенные в установленном порядке для захоронения совместно с бытовыми. Морфологический состав твердых бытовых отходов, складируемых на полигонах, по усредненным данным исследований по Москве и Московской области в процентах по массе следующий: - бумага, картон 38,0 - пищевые отходы - 30,0 - дерево - 1,5 - текстиль - 5,5 - кожа, резина - 1,3 - полимерные материалы - 5,5 - кости - 0,7 - черный металл - 2,5 - цветной металл - 0,5 - стекло - 4,3 - камни, керамика - 1,4 - отсев менее 16 мм - 8,8 Морфологический состав ТБО для различных регионов РФ примерно одинаков и мало отличается от состава ТБО, полученного по усредненным данным исследований по Московскому региону. Плотность (насыпная масса) отходов составляет 0,2 - 0,3 т/куб.м, влажность колеблется от 40 до 55%, содержание органического вещества (в процентах на сухую массу) может достигать 70%. Обследование полигона ТБО и ПО рекомендуется проводить не ранее 2-х лет с начала его эксплуатации. По общепринятой технологии захоронения отходов предусматривается планировка и уплотнение завозимых отходов, а также регулярная изоляция грунтом рабочих слоев отходов. Для оценки воздействия, оказываемого отходами на экологическое состояние окружающей среды, рационально рассматривать всю систему в целом. Изучаемые объекты можно представить как эколого-геологические системы и проводить исследование по принципам и методам, разработанным в области экологического и геологического знания. Изучение любого геологического тела можно проводить двумя способами: по составу (твердая, жидкая, газообразная и биологическая компонента) и по функциональной характеристике грунта (компрессия, водопроницаемость, стратиграфия и т.д.). 3.1 Характеристика объектов складирования как природно-техногенного геологического тела Образование геологических тел полигонов ТБО происходит за 10-25 лет, процесс осадконакопления идет постепенно за счет привоза новых объемов отходов и пересыпки их 14 инертным грунтом, часто представляющим локальные водоупоры. Скорость увеличения объемов отложений зависит в основном от интенсивности и площади складирования, а также от состава твердой компоненты свалочного грунта и составляет в среднем от десятков сантиметров до нескольких метров в год. Формирование природно-техногенного геологического тела полигонов можно сравнить с формированием природной осадочной породы и выделить следующие этапы: • образование осадочного материала (образование отходов); • перенос осадочного материала (транспортировка к месту захоронения); • накопление осадка (складирование на полигоне); • преобразование осадка в осадочную горную породу (процессы биогеохимической трансформации органоминерального вещества полигона ТБО). Газовая компонента свалочного грунта формируется, в основном, за счет газов, являющихся продуктом жизнедеятельности живых организмов (в основном микроорганизмов) и относится, таким образом, к биологическому генетическому типу (биогаз). Газы свалочных грунтов являются подвижными компонентами, они легко попадают в атмосферный воздух в результате перепада давлений по порам и трещинам, а также за счет отжатия при уплотнении пород. Состав биогаза может насчитывать около 50 примесей (Н2О, СО2, NO2 и др.), основным компонентом является метан (содержание 60–97%) – один из главнейших парниковых газов. Полигоны свалочного грунта, после десяти лет функционирования, можно считать техногенными месторождениями горючего газа. При правильной организации сбора, из 1 тонны свалочного грунта за 10-20 лет можно получить 120-250 кубометров газа. С гидрогеологических позиций в пределах геологического тела полигона формируется безнапорный водоносный горизонт, выше свободной поверхности которого располагается зона аэрации, а ниже зона насыщения. Снизу водоносный горизонт подстилается искусственным водоупором. Масса смешанного свалочного грунта, слагающая геологическое тело полигона, играет роль водовмещающих отложений. При этом области питания и распространения подземных (грунтовых) вод совпадают. Подземные воды, формирующиеся в теле полигона, представляют собой достаточно мобильную и экологически значимую компоненту, которая, с одной стороны, является средой переноса большого количества различных веществ (в том числе и поллютантов), а с другой определяет развитие ряда физико-химических процессов в рамках системы «порода – вода - газ - живое вещество». Источником образования жидкой фазы являются три процесса: • инфильтрация атмосферных осадков (60%); • отжим влаги из твердых компонент (в основном органического происхождения) за счет давления вышележащих слоев грунта (30%); • биогеохимические процессы разложения, одним из продуктов которого является вода (10%). Компонентами жидкой фазы свалочного грунта являются органические вещества, хлориды, сульфаты, тяжелые металлы и металлоиды (Fe, Mg, Mn, Zn, Cr, Co, Pb, As, Cu, Ni, Hg и др.) и различные их производные. В этой среде создаются наиболее благоприятные условия для образования комплексных соединений с металлами, присутствующими в отходах, возможного перевода их в растворимые формы и миграции с водными потоками в окружающую среду. Источниками всего многообразия химических соединений в жидкой фазе свалочного грунта являются биогеохимическая трансформация органического вещества и процесс растворения. Органическая фракция на полигонах не однородна. Было выделено три основные фазы (стадии) ее разложения, которые определяются химизмом процессов, осуществляемых 15 преобладающими бактериальными популяциями. В эволюционном развитии современного природно-техногенного геологического тела полигона ТБО по качественному и количественному составу жидкой фазы можно выделить две стадии развития, условно названные «молодая» и «старая». Содержание тяжелых металлов в двух типах фильтрата заметно отличается. По результатам проведенных исследований установлено, что стадия кислого брожения характеризуется, прежде всего, низкими значениями рН (5,5-7,0), большим количеством низкомолекулярных продуктов распада, высокими валовыми концентрациями элементов, в том числе и тяжелых металлов и, кроме того, низкими значениями концентраций гумусовых веществ. Исследование токсичности пробы фильтрата показало, что основными загрязняющими компонентами являются соединения азота (в том числе аммонийный азот), сероводород, поверхностно-активные вещества (ПАВ) и тяжелые металлы. Степень токсичности фильтрата – чрезвычайно высокая, 5 баллов по шкале токсичности, что сравнимо с токсичностью вод, содержащих в среднем от 10 до 100 ПДК загрязняющих веществ. Токсичность свалочного грунта уменьшается с глубиной залегания - от 5 баллов (чрезвычайно высокая степень токсичности) - в верхней части разреза до 4 баллов (в нижней части разреза). Основные токсиканты для бытовых отходов с глубины 0-2,5 м – тяжелые металлы и азотистые соединения. Для ТБО с глубины 3,5-5,5м характерно загрязнение токсикантами разных классов, в том числе тяжелыми металлами, соединениями азота, ПАВ и др. Содержание тяжелых металлов заметно снижается с глубиной. Исследователи считают, что, вероятно, со временем токсичность отходов снижается за счет вымывания загрязняющих веществ. Таким образом, с экологической точки зрения наиболее опасным для окружающей природной среды являются подземные воды геологического тела полигона ТБО на первых этапах существования. 3.2 Метаболизм полигона ТБО Можно оценить эволюцию полигонов ТБО на основании анализа материальных потоков – эмиссий полигона и остаточного содержания загрязняющих компонентов в массиве отходов. Введем понятие метаболизма полигона, как совокупность комплекса процессов, происходящих одновременно в массиве отходов, в результате которых полигон ассимилируется окружающей средой. Для адекватной оценки потенциальной экологической опасности на протяжении жизненного цикла полигона ТБО необходимо исследовать его метаболизм. Полигоны твердых бытовых отходов (ТБО) являются накопителями органических и неорганических материалов, и представляют собой потенциальные источники загрязнения окружающей среды высокой мощности. Материалы, содержащиеся первоначально в составе ТБО, трансформируются и образуют эмиссии полигона (фильтрат и биогаз), поступающие в окружающую среду. Оценка экологического риска загрязнения окружающей среды при захоронении ТБО на полигоне может заключаться в расчете потоков ожидаемых эмиссий: определении качества и количества фильтрата и биогаза полигона ТБО. В настоящее время для качественной и количественной оценки эмиссий полигона ТБО используется два основных метода: метод материального баланса и метод водного баланса. Использование двух данных методов в совокупности для расчета ожидаемых эмиссий полигона ТБО позволяет получить качественные и количественные представления о продуктах метаболизма полигона ТБО. Под метаболизмом полигона ТБО понимается совокупность физических, химических, биохимических, геотехнических, геохимических и геологических процессов, происходящих 16 одновременно в массиве полигона ТБО, в результате которых полигон, являющийся первоначально потенциально опасным техногенным объектом, ассимилируется с окружающей средой. В теле любого полигона можно выделить шесть одновременно происходящих различных типов процессов: физические, биохимические, геотехнические, химические, геохимические, геологические. В табл. 3.1. представлены основные реакции, происходящие при протекании указанных процессов. Табл. 3.1. Процессы, происходящие на полигоне ТБО Все реакции, представленные в табл. 3.1., характеризуются началом в определенный момент времени и определенной продолжительностью. Время начала реакций, так же как и продолжительность их протекания, зависят, прежде всего, от химического состава отходов, размещенных на полигоне. В то же время скорости протекания реакций можно считать одинаковыми для полигонов с различным химическим составом отходов. Все процессы, происходящие на полигоне, по скорости их протекания можно разделить на 3 типа: краткосрочные – от 1 до 10 лет (физические, биохимические и геотехнические); среднесрочные – от 10 до 100 лет (химические и геохимические); долгосрочные – от 100 до 10000 лет (геохимические и геологические). На рис. 3.1. представлены скорости и продолжительности протекания процессов, происходящих на полигоне. Рис. 3.1. Скорости и продолжительности протекания процессов на полигоне 17 Краткосрочные и долгосрочные процессы могут быть легко описаны: краткосрочные с использованием эмпирических данных, получаемых при исследовании материального и водного балансов полигона ТБО, долгосрочные с использованием метода экстраполяции. Получение представлений о среднесрочных процессах и их эмиссиях в окружающую среду представляет большую сложность, т.к. они уже не могут быть описаны эмпирическими данными, а результаты, получаемые при использованием метода экстраполяции могут быть недостоверными. Поэтому среднесрочные процессы обозначены на рис. 3.1. «как область недостоверного прогноза», т.е. период жизненного цикла полигона, когда исследователь может только интуитивно описать эмиссии полигона ТБО в окружающую среду. В настоящее время изучению среднесрочных процессов, происходящих на полигоне, уделяется большое внимание. Наибольший интерес представляет собой вопрос определения времени, на протяжении которого среднесрочные процессы имеют эмиссии в окружающую среду или времени, когда полигон ассимилируется с окружающей средой, т.е. достигает стадии «окончательного захоронения». При рассмотрении метаболизма полигона ТБО необходимо определить входящие и выходящие материальные потоки: эдукты и продукты. Эдуктами метаболизма называются потоки, входящие в массив полигона ТБО (атмосферные осадки, ТБО). Продуктами метаболизма полигона ТБО являются потоки, выходящие из массива полигона ТБО (фильтрат и биогаз). Ожидаемые эмиссии полигона ТБО могут быть представлены следующим образом (рис. 3.2.). Рис. 3.2. Схематичное представление ожидаемых эмиссий полигона ТБО в объекты гидросферы Большое значение для оценки эмиссий полигона имеют значения таких показателей фильтрата, как рН и окислительно-восстановительный потенциал. От значения рН зависит то, в каком состоянии находятся соединения, присутствующие в составе фильтрата: подвижном или нет. Окислительно-восстановительный потенциал указывает на наступление аэробных условий на полигоне после завершению аэробных и анаэробных процессов биоразложения ТБО, когда полигон может быть сравнен с естественными природными объектами (например, месторождения торфа). С учетом информации, представленной в таблице о реакциях (табл. 3.1.), протекающих на полигоне, а так же имеющихся представлений о характере эмиссий полигона в окружающую среду (рис. 3.2), можно определить характер эмиссий полигона ТБО в зависимости от его возраста, т.е. выделить эмиссии полигона за счет кратко-, среднеи долгосрочных процессов. Эмиссии за счет краткосрочных процессов: 18 вымывание легкорастворимых солей, в основном, хлоридов и сульфатов щелочных и щелочноземельных металлов за счет физических процессов, которые не зависят от рН, а зависят в основном от растворимости солей; биохимическое разложение органических соединений, приводящее к образованию биогаза (в аэробных условиях образуются: диоксид углерода, при анаэробных: метан и диоксид углерода, увеличиваются концентрации углерода в фильтрате Эмиссии за счет среднесрочных процессов: вымывание средне- и труднорастворимых солей за счет физических процессов; затухание биохимических процессов и сокращение поступления продуктов биохимических реакций в окружающую среду. Эмиссии за счет долгосрочных процессов: вымывание труднорастворимых солей за счет физических процессов; подвижность тяжелых металлов за счет: 1. снижения щелочности (н-р, карбонатного буфера) или «окислительно-восстановительного буфера» снижается показатель рН фильтрата ниже 7, подвижность тяжелых металлов в фильтрате значительно увеличивается; 2. выветривания скал (минералов) и скальных пород и процессов эрозии; 3. установления аэробных условий. Таким образом, формирование эмиссий полигона ТБО в окружающую среду на различных этапах его жизненного цикла проходит за счет процессов, происходящих одновременно в теле полигона ТБО в той или иной совокупности в разное время. Необходимо отметить, что процессы биохимического разложения ТБО наиболее интенсивны и характеризуются высоким потенциалом негативного воздействия полигона ТБО на окружающую среду за счет поступления продуктов данных процессов в составе фильтрата и биогаза в окружающую среду. Рассмотрение метаболизма полигона ТБО необходимо для того, чтобы ответить на следующие вопросы: насколько опасен полигон ТБО для окружающей среды на протяжении времени прохождения интенсивных биохимических процессов разложения полигона в теле полигона (эксплуатационный этап существования полигона ТБО); какие инженерные сооружения необходимы и достаточны на полигоне для предотвращения поступления загрязняющих веществ в окружающую среду в зависимости от климатических условий и состава ТБО на протяжении времени прохождения интенсивных процессов биоразложения в массиве полигона; каким будет воздействие полигона ТБО на окружающую среду после того, как инженерные сооружения выйдут из строя; через какое время после размещения отходов на полигоне полигон перестанет быть источником потенциальной опасности для окружающей среды и полигон полностью ассимилируется с окружающей средой. 19 4. Геолого-экологический мониторинг территории при обращении с отходами Геолого-экологический мониторинг это система наблюдений, оценки и прогноза состояния и определяющих факторов геологической среды с моделированием и прогнозированием экологических последствий техногенной деятельности, в том числе обращения с отходами на изучаемой территории. Геолого-экологический мониторинг базируется на функционирующей многие годы системе пунктов режимных наблюдений за подземными водами, экзогенными и техногенными процессами, а также на дистанционных наблюдениях за состоянием геологической среды. 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. Сопоставление результатов текущих наблюдений с прогнозными определяет возможность дальнейшей эксплуатации полигона. Такой мониторинг рекомендуется проводить на протяжении всех трех этапов жизнедеятельности полигона: активной эксплуатации, рекультивации, послерекультивационного периода. Мониторинг полигонов захоронения ТБО является их неотъемлемой частью и должен входить в состав проекта полигона. 4.1 Задачи геолого-экологического мониторинга Главной задачей мониторинга является контроль эмиссий на полигоне ТБО с целью минимизации их воздействия на окружающую среду. Такой комплексный мониторинг должен осуществляться и после прекращения функционирования полигона отходов, поскольку старые свалки отходов в течение длительного времени представляют опасность. В реальной практике ситуация с мониторингом сильно различается в России и за рубежом. Нормативными документами предусматривается лишь обустройство нескольких скважин для контроля грунтовых вод, мониторинг других компонентов природной среды не предусмотрен. Однако даже эти требования выполняются для полигонов ТБО крайне редко. Например, в Волгограде и прилегающих городах и поселках ни одна из десятков свалок не оборудована наблюдательной сетью даже на подземные воды. На одной из крупнейших свалок в Перми скважины были пробурены лишь после 17 лет ее существования. Гидрогеологическая режимная сеть имеется на упомянутых выше полигонах ТБО в Воронеже, Санкт-Петербурге, Подмосковье, в других регионах, но не является повсеместной даже в чисто гидрогеологическом варианте. За рубежом создание мониторинговой сети в районах свалок ТБО является правилом. Так, в Канаде закон о защите окружающей среды (1980 г.) требует проведение наблюдений за качеством подземных и поверхностных вод. В случае опасности миграции газов необходим их мониторинг в зоне аэрации на территории свалки. Задачи мониторинга: комплексное изучение инженерно-геоэкологических условий выбранной площадки (снятие «фоновых» значений по отношению к проектиру-емому объекту), прогноз их изменений в период строи-тельства и эксплуатации с детальностью, достаточной для разработки проектных решений; получение материалов для обоснования компоновки зданий и сооружений, конструктивных и объемно-планировочных решений, составления генерального плана проектируемого объекта; 20 получение материалов, необходимых и достаточных для уточнения границ зоны влияния и выявления наиболее значимых воздействий, обоснования размещения наблюдательной сети, разработки природоохранных мероприятий и сооружений инженерной защиты На полигонах, для которых был выполнен полный комплекс инженерногеоэкологического обоснования: уточнение контуров зоны воздействия полигона на прилегающую территорию; обоснование природоохранных мероприятий по снижению экологической опасности полигона; оптимизация размещения и режима действия наблюдательной сети. На полигонах, где инженерно-геоэкологические исследования ранее не выполнялись, либо последние выполнены с недостаточной детальностью: оценка устойчивости геологической среды к его воздействию; прогноз возможных изменений в природной системе при дальнейшей эксплуатации полигона и его ликвидации; разработка рекомендаций по предотвращению негативных экологических последствий при эксплуатации полигона ТБО и обоснованию природоохранных мероприятий; разработка рекомендаций по оптимальному размещению и режиму действия наблюдательной сети; обеспечить получение материалов о состоянии и изменениях компонентов геологической среды на момент реконструкции полигона; необходимо выполнить оценку воздействия существующего полигона на окружающую среду и возможности его дальнейшей эксплуатации с учетом проектирования природоохранных мероприятий выявить наличие загрязняющих веществ в геологической среде, опасных для здоровья населения, разработать предложения по утилизации и нейтрализации этих веществ, разработать рекомендации по замене грунтов и почв на отдельных участках территории оценка опасности и риска от ликвидации объекта. 4.2. Этапы мониторинга Инженерно-экологические изыскания, обеспечивающие решение вышеперечисленных задач мониторинга: сбор фондовых геологических материалов, топографо-геодезические работы; инженерно-геоэкологическая съемка; горно-проходческие и опытные гидрогеологические работы; геофизические работы , гидрохимические исследования, режимные наблюдения, лабораторные исследования почв, грунтов , подземных и поверхностных вод. инвентаризационное обследование полигонов; изучение фондовых материалов и опрос местного населения; дешифрирование крупномасштабных аэрофотоснимков; бурение скважин, проходка шурфов; 21 геофизические исследования; гидрогеохимическая съемка; ландшафтно-геохимические исследования, газохимические исследования; термометрические исследования; радиометрические исследования. Опробование на действующих полигонах включает следующие виды работ: отбор проб воздуха; воды; почв и грунтов. Лабораторные работы включают определение химического состава воды, определение химико-минерального состава и свойств грунтов для обоснования их сопротивления химическим реагентам. Инвентаризационное обследование полигонов, обработка имеющейся информации, бурение скважин, геофизические исследования; инженерно-геологическое и геоэкологическое опробование; инвентаризационное обследование полигонов; анализ материалов ранее выполненных работ; изучение свойств грунтов, которые будут использоваться при рекультивации объекта; контроль восстановления компонентов окружающей среды по сети существующих пунктов опробования. Оптимальный состав комплекса экологического мониторинга определяется районированием территории в зоне воздействия полигона и выбором типовых площадок или точек наблюдений. 22 5. Рекультивация полигонов ТБО Прежде чем перейти к принципам рекультивации полигонов коротко рассмотрим основные особенности полигона захоронения ТБО как источника загрязнения. По отношению к вмещающим породам и окружающим почвам полигон является резкой техногенной геохимической аномалией. Существенная неоднородность состава отходов по площади и в разрезе, разная степень их физико- и биохимического разложения определяют значительную изменчивость физических и химических характеристик толщи отходов. В теле полигона, как правило, формируется техногенный водоносный горизонт, основной приходной статьей баланса которого является инфильтрация атмосферных осадков. Инфильтрационное питание на площади полигона существенно больше инфильтрации в естественных условиях и может достигать 40% от годовой суммы атмосферных осадков. Уровни техногенного водоносного горизонта заметно превышают уровни подземных вод нижележащих водоносных горизонтов, что создает предпосылки для перетекания из техногенного горизонта в нижезалегающие водоносные горизонты либо для переливов на поверхность земли. Величина инфильтрации атмосферных осадков в тело полигона – ведущий фактор, влияющий на интенсивность протекания физико- и биохимических процессов в толще отходов и определяющий количество образующегося фильтрата и биогаза. Фильтрат и биогаз, формирующиеся в анаэробной зоне толщи отходов, являются основными агентами воздействия полигонов на окружающую среду. Фильтрат представляет собой уникальный по своей токсичности раствор с минерализацией до нескольких десятков г/л, содержанием ионов аммония до нескольких г/л и высокими концентрациями тяжелых металлов. Образование биогаза, представляющего собой смесь парниковых газов, происходит в результате жизнедеятельности метанообразущих бактерий. Эмиссии биогаза для среднего полигона может достигать нескольких тысяч тонн биогаза в год (до тысячи тонн с гектара). Для уменьшения воздействия закрытого полигона ТБО на окружающую среду основным и обязательным способом защиты является финальное перекрытие поверхности отходов противофильтрационным экраном. Уменьшение объемов образования фильтрата и биогаза достигается за счет ограничения притока атмосферных осадков в тело полигона. В то же время, организация финального перекрытия способствует продуктивному использованию закрытого полигона и прилегающих территорий. Финальные перекрытия поверхности полигонов также как и подстилающие экраны могут сооружаться из естественного минерального грунта и из синтетических материалов. 5.1 Этапы рекультивации полигонов ТБО Рекультивация полигона выполняется в два этапа: технический (планировка, формирование откосов, разработка, транспортировка, нанесение технологических слоев и потенциально плодородных почв, строительство дорог, гидротехнических и иных сооружений) и биологический (мероприятия по восстановлению плодородия, возобновлению биоты) этапы. Разработке проекта рекультивации должен предшествовать комплекс инженерно-экологических изысканий, которые в ряде случаев могут заменить данные экологического мониторинга. Вариант конструкции финального перекрытия насыпи отходов приводится на рис. 5.1. 23 Рис. 5.1. Финальное перекрытие насыпи ТБО 1 - почвенно-растительный и дренажный слой – 0,3-0,5 м, 2 - противофильтрационный экран (глины, суглинки) – 0,7-1,0 м, 3 -газо-дренажный и выравнивающий слой – 1,0-1,5 м, 4 - толща ТБО, 5 дренажный коллектор для сбора и отведения поверхностных сточных вод, 6 - пассивный газовый дренаж Частичная или полная рекультивация закрытых для эксплуатации (отработанных) участков захоронения отходов в общем случае предусматривает поэтапное выполнение следующих строительных работ: 1. Формирование профиля насыпного холма с покатыми (максимальное заложение откосов 1:3) и террасированными склонами (при высоте насыпи более 12-15 м). 2. Устройство слоев финального перекрытия насыпи отходов, в том числе (снизу вверх): - выравнивающего и газо-дренажного слоя (целесообразно использование песчаногравийных смесей и отсева от переработки строительных отходов); - противофильтрационного глиняного или искусственного экрана, но с учетом возможных просадок насыпи отходов, которые могут привести к повреждению искусственных пленочных покрытий; - дренажного песчаного слоя; - почвенно-растительного слоя. 3. Строительство сети пассивных газо-дренажных скважин или других газодренажных сооружений. 4. Строительство дренажного коллектора вдоль подножья насыпного холма для отведения поверхностных вод, стекающих со склонов перекрытой насыпи отходов. 5.2 Применение нестандартных проектных решений при рекультивации полигонов ТБО Работы по рекультивации закрытых полигонов должны начинаться на стадии эксплуатации полигона. В частности формирование откосов, заложение дренажных коллекторов, газо-дренажных систем должно выполняться на отработанных участках полигонов в процессе их эксплуатации. В РФ эксплуатация подавляющего большинства полигонов ТБО ведется со значительными отклонениями от утвержденных проектов, что сопровождается постоянным усилением негативного воздействия полигонов ТБО на 24 окружающую среду, принимающим в ряде случаев катастрофические масштабы. Проведение рекультивации таких полигонов после завершения эксплуатации в ряде случаев просто невозможно без применения нестандартных проектных решений. Рассмотрим несколько примеров эксплуатации полигонов с отклонениями от проектных решений и влияние этих отклонений на проведение рекультивации. 1. Наиболее часто при эксплуатации полигонов не соблюдаются нормативные углы откосов бортов полигона. Выполнить выполаживание откосов на конечном этапе эксплуатации практически невозможно. Углы заложения откосов, фиксируемые фактически, достигают и превышают 1:1 (более 45°) при нормативных – 1:4 (отметим, что экологическая экспертиза соглашается с углом заложения 1:3). Несоблюдение углов заложения откосов приводит к следующим последствиям: На крутых откосах невозможно в дальнейшем провести работы по строительству противофильтрационного финального перекрытия и, как следствие, выполнить рекультивационные мероприятия (в том числе биологический этап), поскольку на откосах с заложением круче 1:3 не может работать строительная техника. На крутых откосах полигонов могут формироваться негативные инженерногеологические процессы, выражающиеся в оползневых и обвальных проявлениях, а также образованиях размывов бортов временными потоками (заложение оврагов). С крытыми откосами полигонов (отвалами отходов), как правило, связаны возгорания и пожары, тушение которых на полигонах сопряжено со значительными трудностями. Заложение крутых откосов приводит к значительному (по сравнению с проектным) завышению объемов складируемых на полигоне отходов, что увеличивает срок существования полигона. В результате, неконтролируемо возрастает воздействие полигона на окружающую среду до масштабов, существенно превышающих утвержденное в положительном заключении государственной экологической экспертизы. На одном из полигонов Московской области с крутыми откосами (порядка 45 градусов) произошел оползень. Размеры сползшего массива по фронту 230 – 250 м, по ширине – 80 – 100 м. Произошло мгновенное перемещение массива отходов около 600 тыс. тонн на расстояние 15 – 20 м. Поверхность оползневого тела сохранила относительную целостность без нарушения травяного покрова, взаимного положения деревьев и кустарников. Фронтальная часть оползня (язык) разрушила дренажную систему, подъездную автодорогу с твердым покрытием, железобетонный забор. Вслед за перемещением оползневого тела произошли обвалы в верхней части склона с образованием крутых обрывов и обнажились слои отходов. Отметим, что консолидированные слои отходов в процессах оползания и последующих обвалов участия не принимали. Образованию оползня предшествовали проливные дожди, которые привели к перенасыщению водой грунтовой обваловки борта полигона на участке оползня. В результате в основании слоя образовались ослабленные зоны сцепления, объединившиеся в единую поверхность скольжения по которой и произошло перемещение оползневого массива. Очевидно, что рекультивации такого полигона должна предшествовать разработка противооползневых мероприятий (укрепление и выполаживание склонов), поскольку до 70% его периметра имеют уклон порядка 45 градусов. 2. В ряде случаев фактические границы полигона ТБО выходят за границы землеотвода и, соответственно, площадь полигона превышает проектную. На одном из полигонов Московской области при площади землеотвода 20 га, фактическая площадь захоронения отходов составляет 29 га. Превышение площади захоронения отходов над площадью землеотвода составляет 9 га. На территории превышающей землеотвод захоронено более 1 млн. тонн отходов. 25 До разработки проекта рекультивации таких полигонов необходимо либо оформить земельные документы на фактически занимаемую площадь, либо в проекте рекультивации предусматривать перемещение отходов в границы землеотвода или вывоз их на другие полигоны и участки захоронения отходов. Очевидно, что перемещение таких объемов отходов при проведении рекультивации требует значительных материальных затрат и вызывает дополнительные воздействия на окружающую среду, связанные со вскрытием толщи отходов. 3. Следующее отклонение связано с превышением проектных объемов захоронения ТБО. В качестве примера можно привести данные по рекультивируемому с использованием строительных отходов карьеру. Фактические отметки насыпи отходов на площади карьера превышают проектные на 29 – 35 м. Сверх объемов предусмотренных проектом и утвержденных положительным заключением экологической экспертизы захоронено 2,2 млн. кубометров отходов. При «рекультивации» карьера образовалась гора с крутыми оползнеопасными склонами, возвышающаяся над дневной поверхностью на 40 м. Рекультивация такого объекта требует расширения площади участка, поскольку другими способами выположить сформировавшиеся откосы практически невозможно. Таким образом, работы по рекультивации закрытых полигонов должны начинаться на стадии эксплуатации полигона. Грамотный проект строительства или реконструкции полигона предусматривает выполнение рекультивационных мероприятий, начиная с самого начала его реализации. На заключительных этапах эксплуатации полигона до 60% площади полигона должно быть уже рекультивировано (проведены технический и биологический этапы). После закрытия полигона остается выполнение работ по рекультивации на его меньшей части. Для реализации этой схемы должен быть налажен строгий контроль за выполнением проектных решений на всех этапах эксплуатации полигона. Важным шагом в совершенствовании управления полигонами ТБО должен стать авторский надзор за выполнением утвержденных проектов строительства, реконструкции и рекультивации полигонов ТБО. Выдача полигонам разрешительной документации должна быть поставлена в прямую зависимость от выполнения проектных решений. На наш взгляд, только при этом условии возможна практическая реализация работ по рекультивации полигонов ТБО. 26 Заключение Полигоны с течением времени становятся частью геологической среды и как следствие функционируют по законам развития геологического пространства в ограниченном масштабе времени под действием множества природных процессов, учесть влияние которых одновременно при выборе способов утилизации затруднительно. Поэтому захоронение бытовых отходов следует рассматривать как процесс утилизации, для которого необходимо введение элементов управления. 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 Трансформация окружающей среды в местах размещения отходов связана с одновременно протекающими процессами механического, физического, физикохимического, химического, биохимического и биологического характера. В результате происходят изменения рельефа, свойств и состояния грунта, состава поверхностных и подземных вод, интенсивности и характера экзогенных геологических процессов. Сложность изучения состоит в том, что механические, термические, физико-химические, химические и биологические воздействия в реальной обстановке накладываются, суммируются, подавляются и видоизменяются. По окончании эксплуатации полигона тело полигона совместно с окружающими породами подчиняется природным процессам, отходы становятся техногенным грунтом, и на них продолжается строительство, особенно в крупных городах. На этапе рекультивации прием отходов не производится, строится окончательное гидроизолирующее покрытие. 27 Список литературы 1. Пособие по мониторингу полигонов твердых бытовых отходов, Донецк, 2002 2. Методы обезвреживания свалочных грунтов, фильтрата, биогаза, М., Институт экономики ЖКХ, 1993 3. www.soveko.ru/publications/metabolizm-polygona-tbo.html 4. Подлипский И. И. Эколого-геологическая характеристика полигонов бытовых отходов и разработка рекомендаций по рациональному природопользованию 5. Гуман О.М. Эколого-геологические условия полигонов твердых бытовых отходов Среднего Урала 6. Гринин А.С., Новиков В.Н. Промышленные и бытовые отходы. Хранение, утилизация и переработка -М.: 2002 7. Дрейер А.А., Сачков А.Н., Никольский К.С., Маринин Ю.И., Миронов А.В. Твердые промышленные и бытовые отходы, их свойства и переработка, М.,1997 8. Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов Министерства строительства РФ, 2 ноября 1996 9. Матюшенко А.И., Кулагина Т.А., Крючков Г.П., Горбунова Л.Н. Энциклопедия обращения с отходами, Смоленск, Маджента, 2007 10. Систер В.Г., Мирный А.Н., Скворцов Л.С. Твердые бытовые отходы (сбор, транспортирование, обезвреживание), М., Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова, 2001 11. Харитонова Н.В., КорнилаевЕ.М. Оценка воздействия полигонов захоронения ТБО на подземные воды - http://www.ecoekspert.ru/art/ecsaf/sub1/73.html 12. www.solidwaste.ru 28
