Эколого-геологические условия полигонов твердых бытовых отходов среднего урала
| Вид материала | Автореферат диссертации |
- О санитарно-эпидемиологической опасности твердых бытовых отходов в г. Бендеры, 132.66kb.
- Отрицательное воздействие на атмосферный воздух твердых бытовых отходов. Комина, 44.63kb.
- Протокол об итогах государственных закупок способом из одного источника Вывоз твердых, 22.81kb.
- Аналитическая записка по обращению с твердыми бытовыми и промышленными отходами, 603.31kb.
- Аналитическая записка по обращению с твердыми бытовыми и промышленными отходами, 582.24kb.
- Методические рекомендации по организации деятельности в сфере сбора, утилизации и безопасного, 823.63kb.
- Приказ 23 ноября 2011 года №524-жкх г. Новосибирск Об установлении тарифов на утилизацию, 54.62kb.
- Тема : «Основные методы утилизации твердых бытовых отходов и их особенности», 40.31kb.
- Ориентировочные морфологические составы твердых бытовых и медицинских отходов, 270.72kb.
- Родов Среднего Урала раскрыто в литературе с точки зрения особенностей формирования, 255.03kb.
2. Трансформация геологической среды полигонов твердых бытовых отходов Среднего Урала обусловлена гидрогеохимическими, биогеохимическими процессами в системе «полигон – геологическая среда», строением, мощностью, составом пород зоны аэрации, степенью защищенности подземных вод и выражается в аэрогенном и гидрогенном загрязнении почв, грунтов, изменении химического, газового, минерального, микробиологического состава и свойств грунтов зоны аэрации, подземных вод, активизации процесса выветривания в породах основания полигонов (глава 3).
Система «полигон ТБО - окружающая среда» - это единая природно-техническая система, свойства которой обусловлены процессами, протекающими в атмосфере вблизи полигона, в теле полигона, в
Таблица 1
Сводная классификация полигонов ТБО Среднего Урала
| Классификационные признаки | Типы полигонов ТБО | ||||||||
| Площадь и объем отходов | Мелкие (0,3-4,0 га; < 100000 м3) | Средние (4,0 – 10 га; n • 100000 м3) | Крупные (10-65 га; n • 1000000 м3) | ||||||
| Состав складируемых отходов* | ТБО | ТБО+ЖБО | ТБО + ПО (<30%) | ПО + ТБО (>30%) | Не известен | ||||
| Способ накопления | Навалом на рельефе | Траншейным способом | |||||||
| Условия размещения | На площадях с ненарушенными природными условиями | На техногенных грунтах | В понижениях рельефа природного и техногенного происхождения | На заболоченных территориях | |||||
| Инженерно-геологическая характеристика подстилающих пород основания | Глинистые породы | Скальные монолитные | Скальные трещиноватые | Песчаные | Крупнообломочные | Закарсто-ванные | |||
| Положение в региональных структурах | Предуральский краевой прогиб | Чехол мезо-кайнозойских платформенных отложений Зауралья | Открытые структуры горно-складчатого Урала | ||||||
| Водный режим геотехнической системы «полигон - геологическая среда» | Непромывной | Промывной | Паводковый | Водозастойный | |||||
| Контроль за воздействием на окружающую среду | Контролируемые | Частично контролируемые | Неконтролируемые | ||||||
| Степень опасности |  | | | ||||||
| Неопасные | Опасные | ||||||||
*
) Здесь и ниже классификационные характеристики могут быть свойственны любым типам по крупности полигонов. поверхностных водах вблизи полигона, в породах и почвах основания полигона, в подземных водах в зоне влияния полигона, а также экзогенными геологическими процессами. Трансформация окружающей среды в местах размещения отходов связана с одновременно протекающими процессами механического, физического, физико-химического, 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 системы «полигон ТБО – окружающая среда» состоит в том, что механические, термические, физико-химические, химические и биологические воздействия в реальной обстановке накладываются, суммируются, подавляются и видоизменяются. Взаимодействие полигона с геологической средой определяется сочетанием типа полигона с типом геологической среды как принципиально различных по материалу: «материал» геологической среды «живет» по природным законам, а материал полигона – по техническим (В.А. Королев, 2007). 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.
Этапы формирования природно-технической системы (ПТС) «полигон ТБО – окружающая среда» (выбор участка для размещения отходов, складирование, реконструкция, рекультивация, ликвидация) отличаются перечнем преобладающих процессов и условиями их протекания.
Перенос загрязняющих веществ и легких фракций отходов аэрогенным путем связан с разложением отходов в теле полигона до газообразных составляющих и с процессами горения отходов. При эксплуатации мелких и средних полигонов в условиях Среднего Урала ореол загрязнения по установленным нормативам не превышает размеров санитарно-защитной зоны. В составе газов присутствуют метан, углекислый и угарный газы, азот, кислород, аммиак, водород, сероводород, тяжелые углеводороды, растворители, хлорорганические соединения. С газами могут выделяться аэрозоли различных металлов, в том числе ртути. В почвы аэрогенным путем привносятся аммиак, тяжелые металлы, диоксины, фенол, бензол и органо-минеральные соединения (А.Н. Ножевникова, 1993).
Процессы, происходящие в теле полигона, протекают в аэробных, переходных и анаэробных условиях и определяют интенсивность воздействия на компоненты геологической среды (О.В. Горбатюк, 1989). На характер протекания этих процессов влияют технология обращения с отходами, масштаб полигона, состав отходов и их влажностный режим. В теле полигона происходят окисление (аэробная зона), брожение (анаэробная зона), биодеградация отходов (И.Н. Липунов, 1995; А.И. Нетрусов и др., 2004). Формирование фильтрата происходит в результате совместного действия следующих процессов: разложения отходов, инфильтрации атмосферных осадков в толщу отходов, проникновения в отходы подземных и поверхностных вод. Образующийся фильтрат представляет собой сложную многокомпонентную систему простых, сложных и, вероятно, комплексных химических соединений, большая часть которых является нестабильной. Образование фильтрата происходит при массовой влажности органосодержащих твердых бытовых отходов от 30 до 80 %, в качестве стартовой влажности начала процесса перегнивания считают влажность 50 %. Состав воды фильтрата: минерализация варьирует от 3,0 до 13,0 г/л, преобладающие анионы - НСО3-, NH4+ и Сl-, катионы - Na+, K+, в меньшей степени - Ca2+и Mg2+. Содержание тяжелых металлов различно, преобладают железо, кадмий, кобальт, марганец, медь, мышьяк, никель, свинец, титан, хром, цинк. Кроме того, в фильтрате присутствуют жирные кислоты, фенолы, спирты, эфиры, парафин, алкалоиды, хлорорганические соединения, полициклические ароматические углеводороды, а также жизнеспособные микроорганизмы различных физиологических групп (сапрофиты, сульфатвосстанавливающие, метаногенные, окисляющие углеводороды) (Л.П. Грибанова, 1995, Я.И. Вайсман, 2000).
В теле полигона активно протекают процессы биоразрушения, включающие (А.И. Нетрусов и др., 2004): 1) трансформацию, 2) фрагментацию, и 3) минерализацию с превращением сложного вещества в самые простые (Н2О, СО2, Н2, NH3, СН4 и т.д.). Основными биологическими агентами, осуществляющими биоразрушения, являются микроорганизмы, обладающие огромным разнообразием ферментных систем и большой лабильностью метаболизма. Именно они способны разлагать широкий спектр химически устойчивых соединений, тем самым возвращая основные питательные элементы в глобальные циклы и предотвращая накопление «мертвых» остатков на поверхности Земли.
При разложении отходов происходит загрязнение почв вблизи полигонов аэрогенным и гидрогенным путями. Особенностью загрязнения почв и пород зоны аэрации в отличие от воздуха и воды является то, что почвы и породы – менее подвижная среда, миграция вещества здесь происходит очень медленно, особенно миграция по площади. Породы зоны аэрации полигонов ТБО в условиях техногенных воздействий на природную среду выступают одновременно в трех формах: как накопитель и преобразователь поступающих на поверхность земли загрязняющих веществ, как экран на пути их движения вглубь и поступления в грунтовые воды и как вторичный источник загрязнения. В характеристике биогеохимических процессов, протекающих в системе вода – порода – газ - живое вещество, главными являются: 1) минералого-геохимические особенности субстрата; 2) биогеохимические параметры раствора как агента химического выветривания субстрата; 3) состав и параметры подпочвенного воздуха; 4) особенности состава и жизнедеятельности живого вещества, продукты его метаболизма и разложения органических веществ. Все это в комплексе и определяет равновесно-неравновесное состояние системы вода – порода – газ - живое вещество. Процессы преобразования фильтрата полигонов ТБО в зоне аэрации являются вторым этапом (после формирования фильтрата в теле полигона) формирования химического состава подземных вод. Концентрирование элементов в зоне аэрации обусловлено наличием в породах глинистых минералов, органических веществ и различными окислительно-восстановительными условиями. В условиях, когда породы зоны аэрации представлены глинами, суглинками, супесями, средне-, мелко- и тонкозернистыми песками, галечниками или дресвяно-щебенистыми грунтами с высоким содержанием глинистого, суглинистого, супесчаного или песчаного заполнителя, проявляются сорбционные свойства грунтов. При этом происходит диспергация глинистых агрегатов в грунтах, повышается их гидрофильность, снижается фильтрационная способность и прочность (Р.Э. Дашко, 2004). Глинистые грунты с высоким содержанием бактериальной массы переходят в квазипластичные разности. В случае трещинных коллекторов ионный обмен в связи с ограниченной поверхностью раздела твердой и жидкой фаз не оказывает существенного влияния на состав подземных вод. Газы активно участвуют во многих физико-химических процессах (окисление, растворение, восстановление, биологические процессы) в грунтах (Е.М. Сергеев и др., 1985). Роль газовой компоненты особенно велика в зоне аэрации, где грунты представляют трех- или четырехкомпонентные системы, а значительная часть пор занята газами. В слабоводонасыщенных грунтах (влажность ниже максимальной гигроскопической) значительная часть газов находится в адсорбированном состоянии. Наиболее активно адсорбируются СО2, N2, О2, Н2, но они могут вытесняться молекулами воды при увлажнении грунта, выделяясь в атмосферу.
Механизм формирования техногенных гидрогеохимических процессов на полигонах ТБО состоит из трех стадий. Первая соответствует инфильтрации загрязненных вод через зону аэрации и характеризуется метаморфизацией фильтрата вследствие процессов хелатизации, растворения, выщелачивания, обменно-адсорбционных процессов, сопровождающих движение загрязненных вод через зону аэрации. На второй стадии происходит смешение метаморфизованного фильтрата с подземными водами. Третья стадия соответствует переносу загрязняющих веществ по водоносному горизонту, которая начинается практически одновременно со второй. Важнейшими факторами миграции загрязнений являются естественная скорость потока подземных вод и активная пористость водовмещающих пород. Во время третьей стадии происходит формирование области загрязнения в водоносном горизонте и распространение загрязнения по площади. Естественное самоочищение подземных вод в пределах ореола загрязнения растягивается на многие годы – десятилетия. Прежде всего это относится к пористым и трещиновато-пористым коллекторам при низких значениях градиентов фильтрации и удаленности областей разгрузки подземных вод; к тому же, в таких коллекторах сильно загрязненными обычно оказываются не только подземные воды, но и сами породы.
Проиллюстрируем изменение состава подземных вод на примере полигона Горнощитский - Ш г. Екатеринбурга, расположенного в бывшем карьере кирпичных глин. Мощность накопленных за 30-летний период складирования отходов составила 5 м, глубина уровня подземных вод от сформированной поверхности полигона 10 м. Зона аэрации сложена в основном глинистыми грунтами. Результаты исследований фонового по отношению к полигону состава подземных вод, фильтрата в теле отходов и подземных вод в границах полигона приведены в табл. 2. Из таблицы видно, что очистка загрязненных вод начинается уже в границах полигона
Таблица 2
Результаты исследований химического состава подземных вод в районе полигона Горнощитский - Ш г. Екатеринбурга
| Показатели состава воды | Содержания Фон/фильтрат/зона смешения с водоносным горизонтом (кратность фона) |
| рН | 7,79/7,4 /7,4 |
| Сухой остаток, мг/л | 556,9/6772,0 /1992,0 (12/3,5) |
| Общая жесткость, мг-экв/л | 10,49/73,7 /29,3 (7/2,8) |
| Кальций, мг/л | 46,2/1248,0 /498,0 (27/10,7) |
| Магний, мг/л | 98,1/139,0 /54,0 (1,4/0,6) |
| Хлор-ион, мг/л | 22,5/699,6 /100,3 (31,1/4,5) |
| Сульфат-ион, мг/л | 245,0/1675,0 /195,0 (6,8/0,8) |
| Фосфат-ион, мг/л | 0,01/0,39 /0,16 (39/16) |
| Азот аммонийный, мг/л | 0,61/56,0 /0,4 (91,8/0.65) |
| Нитриты, мг/л | 0,01/0,04 /0.04 (4/4) |
| Нитраты, мг/л | 0,1/2,88 /1,13 (28,8/11.3) |
| Железо общее, мг/л | 0,44/2094,0 /164,0 (4759/373) |
| Марганец, мг/л | 0,02/41,8 /11,5 (2090/575) |
| Алюминий, мг/л | 0,03/1956 /172 (65200/5733) |
| Цинк, мг/л | 0,06/500,0 /0,5 (8333/8,3) |
| Хром, мг/л | 0,03/6,10 /0,6 (203/20) |
| Кадмий, мг/л | Не обн./0,14 /0,008 (/) |
| Никель, мг/л | 0,03/4,99 /0.56 (166,3/18,6) |
| Нефтепродукты, мг/л | 0,01/180 /0,74 (18000/74) |
| Общие колиформные бактерии, число КОЕ в 100 мл | Не обн. /11600/ Не обн. |
| Термотолерантные колиформные бактерии, число КОЕ в 100 мл | Не обн. /11600/ Не обн. |
| Колифаги, число БОЭ в 100 мл | Не обн. /обн./ Не обн. |
| Общее микробное число, число бактерий в 1 мл | Не обн. /84/ 6,5 |
за счет достаточной (до 5 м) зоны аэрации глинистого состава и процессов, происходящих в ней, а также за счет разбавления фильтрата подземными водами при их смешении.
В скважинах, расположенных в 200-400 м ниже по потоку подземных вод от полигонов (г. Североуральск, г. Качканар, полигоны Горнощитский – V и Горнощитский – Ш, Широкореченский, г. Екатеринбург и др.), основных физиологических групп бактерий не выделено, а показатели окисляемости и содержания общего органического вещества соответствуют чистым питьевым водам. Это свидетельствует о присутствии процессов очищения водоносного горизонта, таких как разбавление, адсорбция, деятельность микроорганизмов и др.
Рассмотрение вышеперечисленных процессов в единой системе позволяет создать идеализированную модель «полигон ТБО – окружающая среда» (рис. 4), включающую в вертикальном разрезе сверху вниз: процессы переноса веществ в атмосфере → процессы разложения отходов в аэробных, переходных и анаэробных условиях → процессы метаморфизации фильтрата в зоне аэрации, протекающие одновременно и совместно с процессами физического и биохимического выветривания → процессы смешения и разбавления загрязненных вод в зоне насыщения и перенос загрязняющих веществ по потоку подземных вод. Предложенная модель функционирования полигонов позволяет использовать методы, направленные на санацию территорий, не только в процессе размещения отходов, но и при выборе мест размещения полигонов, подготовке их основания, а также путем управления процессом захоронения с использованием природных и техногенных грунтов.
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
Таблица 3.
Мониторинг окружающей среды на разных этапах инвестиционно-строительной деятельности
| Проектирование полигонов | Эксплуатация полигонов | Реконструкция полигонов | Рекультивация полигонов | Ликвидация полигонов | |||||||
| 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; - 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 первого типа, для которых выполнен полный комплекс инженерно-геоэкологического 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 второго типа, 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 эколо-гических последствий при эксплуатации полигона ТБО и обоснованию природоохранных мероприятий; -  разработка рекомендаций по оптимальному размещению и режиму действия наблюдательной сети | - Обеспечить полу-чение материалов о состоянии и изме-нениях компонентов геологической среды на момент рекон-струкции полигона; - необходимо выпол-нить оценку воздей-ствия существую-щего полигона на окружающую среду и возможности его дальнейшей эксплуа-тации с учетом проектирования при-родоохранных мероприятий | -Выявить наличие загрязняющих веществ в геоло-гической среде, опасных для здоровья населения, -разработать предложения по утилизации и нейтрализации этих веществ, -разработать рекоменда-ции по замене грунтов и почв на отдельных участках территории | - Оценка опасности и риска от ликвидации объекта. | |||||||
| | Этапы мониторинга окружающей среды | | | ||||||||
| 100% | | | | | |||||||
| 50% | | | | | |||||||
| Р Е Ж И М | |||||||||||
| 100% | | | | | |||||||
| 50% | | | | | |||||||
| | П Р О Г Н О З | | | | |||||||
| 100% | | | | | |||||||
| 50% | | | У П Р А В Л Е Н И Е | | |||||||
| | | | | ||||||||
| Инженерно-экологические изыскания, обеспечивающие решение вышеперечисленных задач | |||||||||||
| - сбор фондовых геоло-гических материалов, -топографо-геодезические работы; инженерно-геоэкологическая съемка; горно-проходческие и опытные гидрогеологические работы; геофизические работы , гидрохимические исследования, режимные наблюдения, лабораторные иссле-дования почв, грунтов , подземных и поверхностных вод. |
| инвентаризационное обследование полигонов, обработка имеющейся информации, бурение скважин, геофизические исследования; инженерно-геологическое и геоэкологическое опробование; лабораторные работы | инвентаризационное обследование недействующих полигонов; анализ материалов ранее выполненных работ; изучение свойств грунтов, которые будут использоваться при рекультивации объекта; лабораторные работы | Инвентариза-ционное об-следование полигонов; контроль восстановле-ния компо-нентов окру-жающей сре-ды по сети существующих пунктов опробования; лаборатор-ные работы | | ||||||
| Изучаемые компоненты окружающей среды | | ||||||||||
| Воздух Вода Почвы Грунты Биота | + + + +++ | +++ +++ +++ + + | ++ ++ ++ ++ | + + ++ ++ + | + + ++ | | |||||
Объем исследований:
+ - минимальный,
++ - средний,
+++ - значительный
«полигон - окружающая среда». 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
 | Полигон ТБО | | Геологическая среда | ||
| Сортировка отходов | Выбор участка под полигон | Зона аэрации | Зона насыщения | ||
 |  | | |||
| О  бустройство глинистым экраном | Обустройство экранами с «капиллярным эффектом» | М  ощность глинистых пород в основании полигона не менее 5-6 м | Г  лубина уровня подземных вод не менее 5-6 м | ||
| | | | |||
| У  плотнение глинистых пород до максимальной плотности Использование торфа в качестве буферной добавки | Наличие полиминеральных глинистых пород, способных сорбировать загрязнители | Наличие буферных зон по потоку подземных вод | |||
| | | ||||
| | Создание анаэробных условий разложения отходов (использование осадков водоподготовки и водоочистки) | | | ||
| |  | | | | |
| | Совместная переработка осадков и отходов с использованием калифорнийских червей | | | | |
Рис.5. Рациональная схема обустройства полигонов ТБО в условиях Среднего Урала.
размерам полигоны, для обеспечения вышеуказанной цели является оптимальным использование местных природных или техногенных грунтов, влияющих на эмиссию продуктов биодеградации.
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
Таблица 4
Минимальные мощности глинистых грунтов оснований полигонов, в пределах которых происходит накопление загрязнений
| Геолого-генетический комплекс | Минеральный состав глинистых грунтов | Минимальная мощность основания полигонов, м | Примеры полигонов ТБО |
| Кремнистый комплекс m Диатомитовые глины | Гидрослюдисто-бейделлитовые с диатомитами | 2-3 | Полигон ТБО в г. Ирбите |
| Делювиальный комплекс: Суглинки делювиальные | Каолинит, гидрослюда, | 4-5 | Полигон ТБО в г. Ирбите |
| Суглинки делювиальные | Каолинит , гидрослюда, | 4-5 | Полигон ТБО в г. В.Салда |
| Глины делювиальные с крупно - обломочными включениями | Гидрослюда, каолинит | 3-4 | Полигон ТБО в г. Михайловский |
| Суглинки делювиальные с прослоями глин | Гидрослюда, каолинит | 3-4 | Полигон ТБО в г. Нижний Тагил |
| Суглинки делювиальные с редкими включениями дресвы и щебня до 10 % | Гидрослюда, каолинит | 5-6 | Полигон ТБО в г. Качканаре |
| Суглинки элювиально-делювиальные | Гидрослюда, каолинит, монтмориллонит | 4-5 | Полигон ТБО в г. Екатеринбурге Горнощитский Ш |
| Суглинки элювиально-делювиальные с редкими включениями дресвы до 10 % | Гидрослюда, каолинит, монтмориллонит | 4-5 | Полигон ТБО в Б.Седельниково |
| Суглинки элювиально-делювиальные | Гидрослюда, каолинит, монтмориллонит | 4-5 | Широкореченский полигон ТБО в г. Екатеринбург |
| Элювиальный комплекс: Суглинок дресвянистый | Каолинит, гидрослюда, монтмориллонит | 5-6 | Широкореченский полигон ТБО в г. Екатеринбург |
| Супесь по зеленым сланцам | Каолинит, гидрослюда, монтмориллонит | 5-6 | |
| Супесь дресвянистая по сланцам | Каолинит, гидрослюда, монтмориллонит | 6-7 | |
| Суглинок элювиальный по метаморфическим породам | Каолинит, гидрослюда, монтмориллонит | 4-5 | Полигон ТБО в г. В.Салда |
| Супесь песчанистая по гранитоидам | Каолинит, кварц, гидрослюды | 5-6 | Полигон ТБО в г.Арамиль |
| Суглинки элювиальные по андези - базальтам | Каолинит, гидрослюда, монтмориллонит | 4-5 | Полигон ТБО в г. Качканар |
| Озерно-биогенный комплекс lbQ1У | | | |
| Суглинки, торф | Бейделлит, гидрослюда | 2-3 | Полигон ТБО в пос. Б.Седельниково |
исследований фильтрационных свойств пород оснований выявлено: у суглинков элювиально – делювиальных значение Кф изменяется от 10-5 до 10-1 м/сут (чаще всего от 10-3 до 1-9 *10-2м/сут), Кф супесей 10-3 – 102 м/сут (наиболее распространенное значение 10-1м/сут), Кф песков изменяется от 10-1 до 1 м/сут. Фильтрационные свойства дресвяно – щебенистых грунтов зависят от наличия и типа заполнителя: при суглинистом заполнителе Кф меняется от 1-10-2 м/сут, в грунтах без заполнителя Кф 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
Рис.6. Зависимость оптимальной влажности и максимальной плотности элювиальных и элювиально-делювиальных суглинков от влажности на пределе текучестиспособностью 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. 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.