ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2013, № 3, с. 243-251
УТИЛИЗАЦИЯ И ЗАХОРОНЕНИЕ ОТХОДОВ
УДК 504.55.064.47
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ НА ТЕРРИТОРИИ СРЕДНЕГО УРАЛА
© 2013 г. И. А. Антонова, О. Н. Грязнов, О. М. Гуман, А. Б. Макаров, О. В. Колосницына
Уральский государственный горный университет, ул. Куйбышева 30, г. Екатеринбург, 620144 Россия. E-mail: Guman2007@mail.ru
Поступила в редакцию 10.09.2012 г.
Рассмотрены условия и основные принципы размещения полигонов твердых бытовых и промышленных отходов (ТБО и ПО) в геологических структурах Среднего Урала. Предложена типологическая классификация полигонов ТБ и ПО Среднего Урала, которая учитывает факторы, влияющие на характер протекающих процессов и степень их опасности для окружающей среды и человека: площадь и объем отходов, состав складируемых отходов, способ их накопления, условия размещения, водный режим геосистемы, свойства подстилающих пород, местоположение в регионе. Типологическая классификация полигонов ТБО и ПО и районирование геологической среды Свердловской области служат основой для выбора методов прогнозирования загрязнения окружающей среды на полигонах ТБО и ПО в составе мониторинга на полигонах.
Ключевые слова: твердые бытовые и промышленные отходы, полигон, мониторинг.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема утилизации твердых отходов в полной мере не решена ни в одной из стран мира, и в условиях урбанизации она остается на повестке дня XXI в. Как отмечал В.И. Вернадский, ни один вид не может выжить в созданных им отходах. Отходы необходимо включать в природный цикл, удалять и использовать [2].
Твердые бытовые и промышленные отходы (ТБО и ПО), неизбежно образующиеся в результате хозяйственной деятельности человека, играют существенную роль в дестабилизации геоэкологической обстановки. Ежегодно в России образуется более 200 млн. м3 бытовых отходов, и объем их постоянно возрастает. При этом происходит изменение состава отходов, увеличивается количество соединений искусственного происхождения, в том числе пластиков, препаратов бытовой химии, включающих вещества с высокой степенью токсичности. Как избежать накопления отходов до критической массы, можно ли их утилизировать полностью - вот вопросы, которые сегодня волнуют население многих стран. В развитых странах, где формируется до 200-300 м3 отходов на 1 км2 в год, стремятся уменьшить объем подле-
жащих захоронению отходов (до 40%). В странах, где земельные ресурсы позволяют формировать полигоны, - это основной метод удаления отходов (рис. 1). В Европейских странах 40% отходов превращают биологической обработкой в биологические удобрения, 10% сжигают на мусоросжигательных заводах, 40% - захоранивают у себя и в третьих странах, остальные 10%, в основном активный ил, сбрасывают в моря [5]. В России, где образуется в среднем около 5 м3/км2 в год отходов, процесс захоронения остается главным способом их утилизации.
В Европейской части России формируются на один квадратный километр в год 25 м3 бытовых отходов [9], на Урале - 10.7 м3, в Сибири - 3.2 м3. Эти показатели свидетельствуют о резервах земельных ресурсов для размещения полигонов в Уральском регионе и Сибири. В то же время на Урале сформировалось огромное количество полигонов размещения промышленных отходов. На начало 2012 г. в Свердловской обл. площади, занимаемые отходами, составили 17180.7 га, из них отвалы - 37%, шламо- и хвостохранили-ща - 51%, свалки и полигоны промотходов - 1%, объекты размещения сельскохозяйственных отходов - 5%, объекты размещения коммунальных
—■— Количество ТБО на полигонах, %
♦ ТБО м3/км2/год -Экспоненциальная (ТБО м3/км2/год)
Рис. 1. Соотношение количества твердых бытовых отходов на полигонах и удельного объема отходов относительно площадей стран, рассчитанные по данным CIA (июль 2003) через плотность населения и количество отходов на чел/ год и количества ТБО, вывозимых на полигоны в различных странах [9].
отходов - 6%, прочие объекты размещения отходов - 0.1% [6]. В период 2003-2012 гг. в области уменьшились площади, занимаемые отвалами на 9%, коммунальными отходами на 1%, в то же время увеличились площади, занимаемые шла-мо- и хвостохранилищами на 12%, сельскохозяйственными отходами - на 4%. Это, по-видимому, связано с переработкой отвалов на щебень, внедрением добычи руды методами выщелачивания, уменьшением количества населения и развитием объектов сельскохозяйственного назначения.
Для бытовых отходов процесс захоронения рассматривается нами как необратимый, для промышленных - как временное накопление отходов до поиска технологии их переработки. В том и другом случаях захоронение должно быть таким, чтобы воздействие на компоненты окружающей среды было минимальным, а на полигонах промышленных отходов обеспечивалась сохранность свойств и состава отходов.
Бытовые отходы можно рассматривать как "ре-культивационный материал" для промышленных отходов, т.е. размещаться на их поверхности. Пред-
посылками этого на Среднем Урале являются: наличие большого количества нарушенных горными работами земель; значительные площади вокруг добывающих и перерабатывающих комплексов, занятые отвалами вскрышных пород, шламо- и хвостохранилищами; незначительная численность населения большинства городов Среднего Урала и, как следствие, малый объем бытовых отходов относительно промышленных; благоприятные по влагообеспеченности климатические условия региона; существование в регионе участков, геологическое строение которых позволяет снизить воздействие полигонов на компоненты геологической среды, а наличие грунтов для санитарной подсыпки - на состояние окружающей среды; большой ресурсный потенциал полигонов бытовых отходов на Среднем Урале позволяет выполнять рециркуляцию размещения отходов.
Таким образом, проблемам захоронения отходов уделяется мало внимания, несмотря на то, что данный вид деятельности по обращению с отходами еще долго будет существовать в силу объективных причин, перечисленных выше.
ПРИНЦИПЫ ЗАХОРОНЕНИЯ ОТХОДОВ
Основной принцип минимизации негативного воздействия на окружающую среду (ОС) полигонов твердых бытовых и промышленных отходов (ТБО и ПО) можно сформулировать следующим образом: удержать воздействие полигона на ориентировочно прогнозируемом допустимом уровне на ОС благодаря регулирующим процессам естественного самоочищения (разбавление, сорбция, ионный обмен, осаждение и др.) и управляющим инженерным мероприятиям.
Концепция контролируемого воздействия должна "покоиться на трех китах: самоочищении, инженерной профилактике и мониторинге, увязанных между собой последовательно уточняемыми (на основе результатов наблюдений) прогнозами" [8].
Применительно к полигонам ТБО и ПО 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 геологические свойства от загрязнения.
С современных позиций полигоны можно рассматривать 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. [10]. В этом сложность системного анализа объекта деятельности. Необходимо уметь выделить и "принять в расчет" минимум только тех факторов, которые обеспечат успешное решение задачи, и отбросить те, которые влияют на результат, но степенью их влияния можно пренебречь. Познание не может осуществляться хаотически, беспорядочно; оно имеет определенную систему и подчиняется определенным закономерностям. Системный подход предполагает рассмотрение объекта деятельности (теоретической и практической) как системы -ограниченного множества взаимодействующих элементов, главные из которых приведены на рис. 2:
• определение состава, структуры и организации элементов и частей системы, обнаружение главных связей между ними;
• выявление внешних связей системы, выделение из них главных;
• определение функции системы и ее роли среди других систем;
• анализ диалектики структуры и функции системы;
• обнаружение на этой основе закономерностей и тенденций развития системы.
С этих позиций полигон можно рассматривать как систему, включающую техногенные образования, почвы, грунты зоны аэрации и зоны насыщения, поверхностные и подземные воды. Структура объекта чаще бывает в двух вариантах - техногенные образования расположены выше грунтов литосферы или внутри них (при подземном захоронении не исключен вариант размещения техногенных образований под естественными грунтами); элементы системы организованы снизу вверх; внешние связи проявляются через атмосферные явления, поверхностные и подземные воды; система имеет двойственную функцию: с одной стороны, происходит нейтрализация техногенных образований, с другой - загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами, органическими, органоминеральными соединениями; диалектика состоит в увеличении техногенных
образований относительно природных компонентов, а также в усилении первой составляющей функции и уменьшении второй составляющей функции системы.
Процессы, которые определяют самоочищение на полигонах твердых бытовых и промышленных отходов: растворение, выщелачивание, окисление, кольматация, адсорбция, разбавление, ионный обмен, осаждение и др. (см. рис. 2). В результате их протекания формируется более инертная среда, с течением времени полигоны становятся неопасными объектами.
Основа пассивных профилактических мероприятий - это классификация полигонов ТБО и ПО Среднего Урала, которая может служить для использования метода аналогий и метода экспертных оценок при выборе мест размещения полиг
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.