microbik.ru
1
УДК 628.477 (477.81)

ЗАЩИТА ПОЧВ И ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ОТ ТЕХНОГЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСА ИНЖЕНЕРНО – МЕЛИОРАТИВНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

С.Ю. Громаченко – магистр; А.Н. Рокочинский – д-р техн. наук, проф.

Национальный университет водного хозяйства и природопользования,

г. Ровно, Украина
Показано современное состояние и пути решения проблемы защиты почв и водных объектов от локальных техногенных загрязнений на основе инновационной технологии их локализации и очистки фильтрационного потока, который двигается от источника загрязнения различной природы происхождения к водному объекту.
It is shown the present-day state and ways of solving the problem of soils and water objects protection from local technogenic contaminations based on innovative technology of their localization and cleaning filtration flow which moves from the source of contamination of different origin to the water object.
В последние годы активизировались исследования по вопросам, которые связаны с требованиями оптимизации природопользования и оздоровления состояния естественной среды.

Особое место в этом процессе занимают водные ресурсы, поскольку ни одна сфера деятельности и жизни человека невозможна без использования воды. Водоресурсный потенциал любой территории служит естественной основой ее экономического развития, социального и экологического благополучия.

Современная освоенность и степень хозяйственной нагрузки на почвенный и водоресурсный потенциал достигли уровней, превышающих его самовозобновляемую способность. Следует также заметить, что водохозяйственные и гидроэкологические проблемы приобрели не только общегосударственное, но и международное значение.

При этом сложившаяся ситуация обусловлена тем, что наиболее чувствительными к загрязнению являются бассейны малых рек и локальные водные объекты, водосборы больших и многих средних рек расположены в нескольких географических зонах и включают в себя несколько геоморфологических областей, на которых и формируется бассейн водосбора малой реки.

Общеизвестным является тот факт, что большие реки имеют притоки, которыми являются преимущественно средние реки, а средние реки имеют притоки, которыми являются преимущественно малые реки. Решение проблемы заключается в следующем: если снизить отрицательное влияние загрязнения на локальные водные объекты, то это, в свою очередь, приведет к снижению уровня загрязнения всего водоресурсного потенциала некоторой территории.

Источниками загрязнения почв и водных объектов, природных и сельскохозяйственных ландшафтов, рек являются населенные пункты, большие и малые предприятия, не оснащенные надлежащим водоочистительным оборудованием, наземные и подземные коммуникации, поверхностный сток сельскохозяйственных угодий, животноводческие фермы, отработанные хранилища и склады ядохимикатов, полигоны твердых бытовых отходов, несанкционированные свалки мусора и др.

Так, постепенное отдаление от полигонов бытовых отходов и отсутствие системы собирания твердых бытовых отходов (ТБО) приводит к образованию в Украине ежегодно приблизительно 1700 несанкционированных свалок. Бюджетные затраты на их ликвидацию превышают стоимость системы сбора [4].

Кроме того, локальные несанкционированные свалки мусора обусловливают загрязнение воздуха, почв, водоемов, малых, средних и больших рек и подземных вод, а также увеличение площади таких территорий, которые не могут в дальнейшем быть использованы без специальных работ по их восстановлению (рекультивации).

Вот почему возникающее загрязнение касается одновременно и самой грунтовой воды, и той твердой породы, через которую этот загрязненный фильтрат протекает, что делает очистку и восстановление водоносного горизонта очень сложным и дорогим мероприятием.

Таким образом, ситуация, сложившаяся с образованием, использованием и захоронением отходов, ведет к значительным потерям природных, почвенных и водных ресурсов, возникновению необратимых процессов загрязнения окружающей среды и несет реальную угрозу здоровью населения.

При прохождении воды сквозь отходы образуется токсический фильтрат, в котором вместе с органическими остатками содержатся железо, ртуть, цинк, свинец и прочие металлы из консервных жестянок, батареек и других электроприборов, причем это все приправлено красителями, пестицидами, моющими средствами и другими химическими соединениями.

Очень часто перегруженные полигоны становятся источниками инфекций. В грунтовых водах вблизи городских свалок фиксируют соединения токсичных веществ, которые могут привести к резкому снижению иммунитета организма и развитию лейкозных заболеваний у населения. Обычные твердые бытовые отходы современного города содержат приблизительно 100 наименований токсичных соединений. Так, в поверхностных водах и донных отложениях возле захоронений отходов концентрация свинца превышает фоновые показатели в 4...36 раз, цинка – 2...14 раз, меди – 2...3 раза, ртути – 950 раз, висмута – 180 раз [3].

Еще одна проблема – образование парниковых газов (СН4, СО2) – связана с анаэробными процессами, которые происходят в захороненных слоях отходов без доступа воздуха. Эти газы могут распространяться в почве горизонтально, накапливаться в подвалах помещений и взрываться там при зажигании, тем самым создавая чрезвычайную ситуацию. Самовозгорание происходит в жаркую погоду и приводит к ухудшению экологической ситуации в пригородной зоне. Распространяясь в вертикальном направлении, метан является причиной отравления и гибели растительности. Из-за отсутствия растительного покрова начинается эрозия почв, захороненные отходы оголяются и выходят на поверхность.

Выбросы метана из полигонов ТБО составляют 5…20 % от его глобальной эмиссии и достигают угрожающего уровня, поскольку потенциал глобального потепления метана равняется 21. Мусоросвалки играют решающую роль в создании парникового эффекта на региональном уровне.

С точки зрения экологии, отходы являются важным местным фактором загрязнения и основным источником длительного отрицательного воздействия на окружающую среду.

Для выполнения международных обязательств, в Украине, как стране, подписавшей Киотский протокол к Рамковой конвенции ООН об изменении климата (Киотский протокол ратифицирован Законом № 1430-IV (1430-15) от 04.02.2004), предусмотрено повышение экологической культуры населения и создание правовых и экономических предпосылок, дающих возможность значительно уменьшить образование твердых бытовых отходов, организовать создание и внедрение современных технологий собирания, вывоза, переработки и утилизации твердых бытовых отходов.

В Украине создана Государственная целевая экономическая и научно-техническая программа обращения с твердыми бытовыми отходами на 2010-2019 гг., в которой, в частности, говорится, что существующая практика обращения с твердыми бытовыми отходами не обеспечивает защиты населения и окружающей естественной среды от их вредного воздействия.

Приоритетами перспективного развития сферы обращения с твердыми бытовыми отходами может стать уменьшение земельных площадей, отведенных для их захоронения и сведение до минимума отрицательного влияния свалок и полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду.

Понятно, что ориентация исключительно на вывоз и захоронение отходов никогда не обеспечивала и не может обеспечить необходимую нейтрализацию их вредного воздействия на окружающую среду. Поэтому, одним из путей решения проблемы утилизации отходов и защиты почв и водных объектов от техногенного загрязнения можно считать инновационный проект безопасного сохранения бытовых отходов, разработанный учеными Национального университета водного хозяйства и природопользования вместе с производственниками. Цель проекта – обеспечение достаточного уровня надежности и эколого-экономической эффективности применения комплекса инженерно-мелиоративных мероприятий по созданию и поддержанию экологически безопасного состояния атмосферного воздуха, земельных и водных объектов в зоне расположения мусоросвалок.

В основе предложенного способа лежит идея повышения сорбционной способности изолирующего слоя мусоросвалок и локальных загрязнителей с одновременной возможностью защиты грунта, безопасного отвода влаги из массива отвалов твердых отходов за счет очищения инфильтрата, который содержит вредные вещества, и важной для сохранности окружающей среды дезодорацией воздуха.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе безопасного сохранения отходов на существующих полигонах, который предусматривает укладывание отходов, их послойную пересыпку изолирующим материалом, и устройство отводных средств, представляющих собой траншеи-поглотители, заполненные изолирующим материалом, которые выполняют по периметру полигона твердых бытовых отходов и дублируют по мере заполнения полигона, в качестве изолирующего материала для сохранения отходов используют цеолитовый туф с толщиной слоя его укладки мощностью, которая выдержит массу накопленных отходов [1, 2].

В Ровенско-Волынском регионе цеолитовый туф, как побочный продукт добычи базальта для потребностей строительства, имеется в достаточном количестве и нужного технологического качества, и поэтому может быть эффективно использован для решения сформулированной задачи.

Естественные сорбенты имеют высокую селективность поглощения и способность разделять по размерам ионы и молекулы разных веществ, достаточно высокую механическую и химическую стойкость. Высокая межзерновая пористость естественных сорбентов, по сравнению с кварцевым песком, обеспечивает увеличение грязевместительности. Они в процессе своей эксплуатации мало изменяют свои физико-химические свойства, сохраняют высокую ионообменную селективность к целому ряду химических элементов, содержание которых строго нормируется.

Цеолитовые туфы имеют свойства адсорбировать аммиак из воздуха и их целесообразно применять для дезодорации территории складирования отходов. Исследованиями подтверждено, что 1 кг цеолита может адсорбировать до 100 г аммиака и 400 г различных химических соединений.

Содержание в туфе небольших примесей оксидов железа, гематита, кальцита, слюды, кварца, плагиоклазов и хлоритов проявляет его ценные сорбционные и катионообменные свойства. Так, выборочная адсорбция радиоактивного цезия Cs137 в туфах составляет 99,5 %, а стронция Sr90 97 %. Это свойство является положительным для цеолитовых туфов, поскольку разрешает поглощать радиоактивные изотопы, которые могут попадать в отвал твердых бытовых отходов (таблица).

Поглотительная способность туфов (Полицкое месторождение, Ровенская область)


Катионоoбменная способность,

мг-экв/100г

NH4+

г/кг

Cs137

%

Sr90

%

Pb2+

г/кг

Hg22+

г/кг

Na+

г/кг

Zn2+

г/кг

Co2-

г/кг

Mn2+

г/кг

118

48

99,5

97

179

420

62

97

60

75


Таким образом, цеолиты имеют свойства мощного естественного ионообменника.

Характерной особенностью цеолитов является также наличие системы пустот и каналов в их структуре, которые могут составлять до 50% от общего объема цеолита, что обусловливает его свойство как естественного сорбента. Входные отверстия из каналов в пустотах цеолитов, образованные кольцами из атомов кислорода, наиболее узкие места каналов. Формой и размерами этих окон (0,26...0,67 нм) определяются величины ионов и молекул, которые могут проникнуть в пустоты, что предопределяет использование цеолитов в качестве молекулярных сит [3].

Предложены три основные технологические схемы, которые предусматривают экологизацию мусоросвалок на разных этапах их функционирования:

Технологическая схема безопасного хранения твердых бытовых отходов на стадии проектирования полигонов ТБО;

Технологическая схема безопасного хранения твердых бытовых отходов на существующих полигонах ТБО;

Технологическая схема консервации полигона ТБО.

На практике, при обезвреживании существующих полигонов ТБО и локальных объектов загрязнения наиболее часто используется третья технологическая схема – консервации полигона ТБО (рис. 1).

Применение вышеприведенного способа консервации полигона ТБО обеспечивает одновременную возможность защиты почвы, безопасный отвод влаги из массива загрязнителя за счет очищения инфильтрата, оздоровление территории в зоне расположения источника загрязнения на 60...80% и снижение риска заболевания населения в близлежащей зоне на 40...60%. Удельные капиталовложения на экологически безопасную утилизацию локальных объектов-загрязнителей составляют 2...4 тыс. грн /100 м2.




Схема консервации полигона ТБО
Довольно актуальным и распространенным мероприятием повышения экологизации мусоросвалок в мире, и в частности в Европе, является добыча из твердых бытовых отходов биогаза, который может быть использован как альтернативный источник горючего, а в не контролируемом состоянии выступает фактором формирования «парникового эффекта» на региональном уровне.

На основе вышеупомянутых технологических схем экологизации полигонов твердых бытовых отходов был разработан еще один способ, в рамках осуществления которого предполагается отвод и накопление биогаза, являющегося нетрадиционным энергоносителем, с одновременной возможностью безопасного отвода влаги из массива отвалов твердых бытовых отходов за счет очищения инфильтрата.

На 40…60% такой газ состоит из метана СН4, остальное – СО2 с незначительными примесями других газов. Теплота сгорания биогаза составляет 15…20 МДж/м3, то есть 1 м3 газа эквивалентен по теплу 0,5 л мазута или 0,3 м3 естественного газа.

Предложенный способ позволяет перехватывать биогаз, поступающий с полигона твердых бытовых отходов, накапливать его для хозяйственных, технологических и других потребностей (например, для отопления индивидуальных теплиц), проводить дезодорацию атмосферного воздуха, что решает вопрос экологически безопасной эксплуатации существующих полигонов твердых бытовых отходов.

Таким образом, проблема защиты почв, водных объектов, природных и сельскохозяйственных ландшафтов от локальных загрязнителей (в том числе полигонов ТБО и стихийных свалок мусора) довольно важная и актуальная, существуют реальные пути ее решения, однако, есть и существенные трудности на этом пути, состоящие в нерациональном использовании имеющихся природных ресурсов и несовершенстве управления природоохранной деятельностью. Они могут быть успешно решены в рамках выполнения региональных экологических программ общими усилиями администрации, водохозяйственно-мелиоративных и экологических служб за счет эффективного использования имеющихся трудовых, материально- технических и финансовых ресурсов.

Изложенные положения являются очень важными, а адекватное решение проблемы защиты почв и водных объектов от локальных загрязнителей обеспечит не только сохранение почв и водности малых рек, природных и сельскохозяйственных ландшафтов, охрану их от загрязнения и засорения, но и саму возможность полноценного существования гидросферы и биосферы.

Библиографический список


  1. Патент на корисну модель № 25546. Спосіб безпечного збереження побутових відходів / Маланчук З. Р., Рокочинський А. М., Терещенко В. М., Хмелецький О. В., Жомирук Р. В. (Україна). – u 2007 04004; Заявлено 11.04.07; Опубліковано 10.08.07; Бюл. № 12. 4с.

  2. Патент на корисну модель № 31819 «Спосіб безпечного збереження твердих побутових відходів на існуючих полігонах / Маланчук З. Р., Рокочинський А. М., Шапар А.Г., Сташук В. А., Гурин В. А., Надутий В. П. Терещенко В. М., Жомирук Р. В. (Україна). – u 2007 13304; Заявлено 29.11.07; Опубліковано 25.04.08; Бюл. № 8. – 4с.

  3. Екологічно безпечне збереження твердих побутових та промислових відходів. Матеріали Технологічного парку “Машинобудівні технології – Полісся”.

  4. Матеріали VI Міжнародної спеціалізованої виставки “КомунТех – 2008”