ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2007, № 1, с. 92-94
РЕЦЕНЗИИ
РЕЦЕНЗИЯ
НА КНИГУ B.C. ПУТИЛИНОЙ, И.В. ГАЛИЦКОЙ, Т.И. ЮГАНОВОЙ "ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА НА МИГРАЦИЮ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА УЧАСТКАХ СКЛАДИРОВАНИЯ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ"
Вторая половина XX столетия, характеризующаяся развитием научно-технического прогресса и бурным ростом народонаселения, отмечена эволюцией геологической среды Земли в эпоху техногенеза. По оценкам отечественных и зарубежных ученых, масштабы техногенной деятельности сейчас даже превосходят мощь геологических процессов. Большой вклад в образование техногенных грунтов вносят горнодобывающая и перерабатывающая промышленность, однако немалая доля принадлежит отходам производства и потребления. Только в Москве ежегодно образуется более 20 млн. м3 твердых бытовых отходов и около 5 млн. т промышленных нетоксичных. В общей сложности в Российской Федерации накоплено около 7 млрд. т отходов, из которых 1 млрд. т - опасные . В среднем на каждого жителя РФ приходится до 15 т различных твердых отходов в год. Захоронение отходов служит одним из основных факторов селитебного техногенеза, оказывающего воздействие на геохимическое поле и приводящее к образованию новых геохимических комплексов, возрастанию агрессивности подземных и поверхностных вод, засолению и цементации грунтов [1]. Одна из основных причин напряженной экологической ситуации, которой характеризуются территории размещения отходов, - недостаточная разработка научных методов принятия проектных решений, включая средства инженерной защиты, позволяющих обеспечить экологическую безопасность территорий.
Места захоронения отходов - свалки и полигоны ТБО - образуют сложные природно-техно-генные системы (ПТС), которые характеризуются как генетически принципиально новые минеральные, органоминеральные и органические образования. При отсутствии контроля или недостаточности средств инженерной защиты такие системы оказывают необратимое негативное воздействие, представляющее угрозу экологической безопасности территории и человека. В зависимости от особенностей объекта его влияние различно по масштабу и может ощутимо проявляться в весьма отдаленные временные периоды [3], поэтому важнейший вопрос, требующий решения - определение закономерностей миграции
как токсичных, так и других химических соединений в техногенных образованиях и вмещающих их природных геологических массивах. В этой связи аналитический обзор "Влияние органического вещества на миграцию тяжелых металлов на участках складирования твердых бытовых отходов" В.С. Путилиной, И.В. Галицкой и Т.И. Югановой [2] представляет несомненный научный интерес и имеет практическую значимость при проектировании инженерной защиты полигонов ТБО.
Работа состоит из введения, семи глав и заключения. Список литературы содержит 119 наименований, включая публикации отечественных и зарубежных авторов.
Первая глава дает общие представления о морфологическом составе твердых бытовых отходов на примере США и России. Вторая глава посвящена вопросам деградации органического вещества. В ней подробно рассмотрены процессы метаболизма органической составляющей отходов в аэробных и анаэробных условиях. Представлена общая схема процесса деградации отходов, включающего четыре основных этапа: 1) аэробная фаза, характеризующаяся расходом кислорода и нитратов; 2) анаэробная фаза (ацетогенез), наступающая после того, как израсходованы кислород и нитраты, поэтому в толще техногенных грунтов возможна только анаэробная биологическая активность; 3) стадия активного метаногене-за, характеризующаяся снижением содержания карбоновых кислот, сопровождающимся резким ростом скорости образования метана; 4) стадия стабильного метаногенеза, характеризующаяся замедлением образования метана, однако его концентрация может возрастать до 60-70% общего содержания свалочного газа. На последнем этапе достигается максимальная степень разложения органического вещества и к его окончанию остаются только 28% целлюлозы и гемицел-люлоз по сравнению с 63%, оставшимися после завершения 3-го этапа.
В работе дана оценка продолжительности этапов ацетогенеза и активного метаногенеза. При достаточном влагонасыщении она составляет 30-
РЕЦЕНЗИЯ НА КНИГУ В.С. ПУТИЛИНОЙ, И.В. ГАЛИЦКОЙ, Т.И. ЮГАНОВОЙ
93
40 лет, при низком содержании влаги (менее 40%) достигает 50 лет.
Выполненное авторами обобщение позволяет оценить сложность учета возможных химических и биохимических процессов, протекающих в толще отходов, показано, что деградация крупных органических молекул протекает по ступенчатому механизму. Биохимические процессы отличаются высокой чувствительностью к строению исходных органических молекул. Совокупность всех факторов приводит к тому, что не все органическое вещество разлагается полностью с образованием метана, а большая часть сконцентрированного органического углерода представлена трудноразлагаемыми веществами, надолго остающимися в теле свалок.
Третья глава посвящена исследованиям гумификации свалочных грунтов, указаны периоды полуразложения отдельных составляющих ТБО, которые, в зависимости от состава и влагонасы-щения, изменяются в течение от 3 до 50 лет. Показано, что в процессе жизненного цикла свалок и полигонов ТБО в техногенных грунтах всегда присутствует твердая фаза, устойчивая к микробиальной деградации. Однако ее субстратные и ферментативные составляющие в определенных окислительно-восстановительных и температурных условиях могут вступать в биохимические реакции с образованием твердых полимерных соединений - гумусовых веществ. Длительность этого процесса оценивается в сотни лет. Гумусовые вещества - высокомолекулярные полифункциональные соединения гуминовых и фульвокислот, диапазон изменения молекулярных весов которых изменяется от 300 до 600000. Специфические свойства гумусовых веществ -склонность к ассоциации и способность высаливаться из растворов при содержании около 1-1.5 г/л. Показано, что взвешенная и нерастворимая части гумусового вещества обладают высокой адсорбционной способностью с двумя типами поверхностных сорбционных центров: с малым и большим сродством к ионам металлов, определяющих механизмы адсорбции. Приведенные данные расширяют представления о механизмах миграции тяжелых металлов и роли гумусового вещества в этом процессе.
В четвертой главе рассмотрены вопросы формирования фильтрата и миграции содержащегося в нем органического вещества как внутри свалочного тела, так и за его пределами, вынос загрязнения в почвы, зону аэрации и грунтовые воды. Проведенные исследования показывают, что состав фильтрата зависит от многих природных и техногенных факторов формирования свалочного тела. Органические соединения фильтрата способны адсорбироваться почвами и породами и в процессе фильтрации формировать "новую
почвенную поверхность", характеризующуюся повышенной адсорбционной активностью.
Интерес представляют данные о влиянии растворенного органического вещества на поведение металлов (Cd, Си, РЬ, Fe, Мп), содержащихся в свалочном фильтрате. Ионы металлов в присутствии органического вещества вступают в конкурирующие реакции; при этом преимущественно идет образование комплексов с медью (45%) и частично с кадмием и свинцом. В фильтратах содержится значительное количество взвешенного органического вещества, поглощающего тяжелые металлы. Способность к седиментации металлов в свалочных фильтратах изменяется в ряду Fe > > РЬ > Си > Cd > Мп.
К основным геохимическим процессам, препятствующим переносу элементов и определяющим распределение металлов в системе раствор -порода, относятся осаждение и адсорбция. В работе приведены качественные оценки подвижности компонентов фильтрата в глинистых грунтах. Приведенная авторами формула определения водного баланса не совсем удачна. На наш взгляд вести расчет водного баланса по характеристикам содержания воды на 1 кг отходов невозможно. Как показывают исследования, в теле техногенных грунтов свалок и полигонов ТБО отмечается наличие техногенного горизонта грунтовых вод, который, в зависимости от природных условий и технических решений по защите окружающей среды, может изменять свое положение. А в некоторых случаях, когда размещение отходов хаотично, формируются локальные зоны техногенных горизонтов фильтрата.
В пятой главе рассмотрено преобразование органического вещества в глинистых отложениях. Эти исследования важны при обосновании элементов инженерной защиты, так как большинство действующих и вновь проектируемых полигонов имеют в основании только экран из глинистых грунтов. Авторами приведены результаты исследований, показывающие, что под воздействием фильтрата проходят процессы последовательной микробиальной деградации глинистых грунтов, которые вызывают изменения состава и свойств глинистых минералов. При этом отмечается, что эти изменения наблюдаются на небольших глубинах (до нескольких сантиметров).
Шестая глава содержит сведения о загрязнении грунтовых вод фильтратом. Приведенные данные позволяют оценить масштабы воздействий свалок и полигонов ТБО на состояние грунтовых вод, показывают, что концентрации металлов зависят от многих техногенных и природных факторов. Поступление органического вещества и восстановленных форм неорганических соединений, таких как метан, аммоний, сероводород и
94
ЩЕРБИНА
растворимые соединения железа, создает условия для окислительно-восстановительных реакций, процессов ионного обмена, растворения/осаждения и сорбции.
На основании проведенных исследований авторами представлен основной сценарий поведения металлов в свалочном теле, который позволяет прогнозировать потенциальный риск для окружающей среды. Важный результат - установленная зависимость подвижности тяжелых металлов от комплексующей способности гумусовых веществ. При планомерном заполнении полигона и гомогенном составе свалочных грунтов сульфиды и гумус способны связать значительную часть тяжелых и токсичных металлов. При поступлении кислорода вновь создаются окислительные условия и появляется новая совокупность реакций.
Авторы заключают, что наиболее опасные с
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.