Эколого-геологические условия полигонов твердых бытовых отходов Среднего Урала (09.02.2009)

Автор: Гуман Ольга Михайловна

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 текучести

способностью 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.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Процесс захоронения твердых бытовых отходов на полигонах в природных, экологических и экономических условиях Среднего Урала является приоритетным в деятельности по обращению с отходами.

2. На основе изучения процессов захоронения твердых бытовых и промышленных отходов Свердловской области, состава складируемых отходов, способов накопления и условий размещения, положения в региональных структурах Среднего Урала и инженерно-геологических свойств подстилающих пород, с учетом наличия контроля за воздействием полигона на компоненты окружающей среды и степени его опасности разработана классификация полигонов ТБО Среднего Урала.

3. Геологическое строение Свердловской области, условия и требования к размещению полигонов ТБО позволяют дифференцировать территории по благоприятности для осуществления процесса захоронения отходов. Наиболее благоприятная обстановка для строительства полигонов свойственна восточным районам Свердловской области в пределах мезо-кайнозойского чехла Зауралья. Менее благоприятными условиями характеризуются западные районы области в пределах Предуральского краевого прогиба. Наиболее сложная обстановка свойственна освоенным районам горно - промышленного Урала с его открытыми гидрогеологическими структурами.

4. Система «полигон ТБО - окружающая среда» - это единая природно-техническая система, свойства которой обусловлены процессами, протекающими в атмосфере вблизи полигона, в теле полигона, в поверхностных водах вблизи полигона, в породах и почвах основания полигона, в подземных водах в зоне влияния полигона, а также экзогенными геологическими процессами. Перенос загрязняющих веществ и легких фракций отходов аэрогенным путем связан с разложением отходов в теле полигона до газообразных составляющих и с процессами горения отходов на полигонах. При эксплуатации мелких и средних полигонов в условиях Среднего Урала ореол загрязнения по установленным нормативам не превышал размеров санитарно-защитной зоны. Аэрогенным путем в почвы привносятся аммиак, тяжелые металлы, диоксины, фенол, бензол и органо-минеральные соединения. Процессы, происходящие в теле полигона, протекают в аэробных, переходных и анаэробных условиях и определяют интенсивность воздействия на компоненты геологической среды. На характер протекания этих процессов влияют технология обращения с отходами, масштаб полигона, состав отходов и их влажностный режим. Процессы, протекающие в геологической среде, связаны с наличием и мощностью зоны аэрации, характером пород, слагающих эту зону, экзогенными процессами, влияющими на интенсивность распространения загрязнения компонентов окружающей среды, характером водоносных горизонтов и составом подземных вод.

5. Комплексный мониторинг окружающей среды целесообразно выполнять на средних и крупных полигонах Среднего Урала, на мелких полигонах для прогнозов загрязнения окружающей среды достаточно использовать методы аналогий и экспертных оценок, базирующиеся на типологическом районировании геологической среды и типологической классификации полигонов. Комплексный мониторинг начинается с проектирования полигонов (изучение фоновых характеристик в условиях Уральского техногенеза) и заканчивается после ликвидации или рекультивации полигонов для оценки восстановления компонентов окружающей среды и возможности использования нарушенных земель в дальнейшем. Воздействие полигонов на окружающую среду проявляется в загрязнении атмосферного воздуха, почв, подземных и поверхностных вод, в изменении природных ландшафтов. Методы изучения изменений компонентов окружающей среды без учета микробиологической компоненты в грунтах и воде неполноценны. Реально оценивать процессы загрязнения природной среды необходимо по результатам мониторинга в типовых геологических структурах.

6. При прогнозировании загрязнения окружающей среды предложено в качестве лимитирующего и управляющего фактора биодеградации отходов считать влажность, сгруппировав факторы ее изменения во входной, выходной поток 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 зависимости от гидрогеологических условий, количества атмосферных осадков и площади полигона.

7. Использование природных и техногенных грунтов, влияющих на эмиссию продуктов биодеградации, позволяет управлять геохимическими процессами в теле полигона при захоронении отходов в условиях Среднего Урала путем создания противофильтрационных экранов, экранов с «капиллярным эффектом» и промежуточной послойной изоляцией отходов. Изученные физико-механические и физико-химические свойства пород оснований полигонов, осадков водоподготовки и водоочистки служат основой фильтрационных и геомеханических прогнозов на полигонах ТБО.

Список основных опубликованных работ по теме диссертации

По теме диссертации опубликована 51 работа, основные из них следующие:

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией

Гуман О.М. Инженерно-геологическое расчленение разрезов и геометризация железорудных месторождений Урала (на примере Тагило-Кушвинского района) / Гуман О.М., Дубейковский С.Г., Зайцев А.С. // Известия вузов. Горный журнал. 1986, № 10. – С. 26-33.

Гуман О.М. Обработка результатов массовых замеров трещин на микроЭВМ / Гуман О.М., Дубейковский С.Г., Семакин В.П. // Известия вузов. Горный журнал. -1988. - № 8. – С. 41-44.

Гуман О.М. Инженерно-геологическая типизация железорудных месторождений Урала / Гуман О.М., Дубейковский С.Г. // Инженерная геология. – 1991. - № 3. – С. 36-42.

Гуман О.М. Экологический мониторинг на полигонах твердых бытовых и промышленных отходов / Гуман О.М. //Записки Горного института. - № 153. Проблемы современной инженерной геологии. – Санкт-Петербург, 2003. – С. 58-60.

Грязнов О.Н. Управление процессом захоронения твердых бытовых и промышленных отходов в геологических структурах Среднего Урала /Грязнов О.Н., Гуман О.М., Долинина И.А. // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. – 2006. - № 5. – С. 446-458.

Гуман О.М. Особенности локального экологического мониторинга окружающей среды объектов горно - промышленного производства на примере Среднего Урала/ Гуман О.М., Захаров А.В., Макаров А.Б. // Известия вузов. Горный журнал. – 2007. - № 2. – С. 56-59.

Гуман О.М. Мониторинг окружающей среды при проектировании, эксплуатации и рекультивации полигонов по захоронению бытовых отходов/ Гуман О.М., Нечаева Н.Н. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Специальный выпуск «III Всероссийская научно-практическая конференция «Процессы, технологии, оборудование и опыт переработки отходов и вторичного сырья». – Самара: Изд-во Самарского научного центра РАН, 2008. – С. 29-34.

Монографии

Гуман О.М. Полигоны твердых бытовых и промышленных отходов Свердловской области. - Екатеринбург: «Полиграфист»,2008.-176с.

Работы, опубликованные в других изданиях

Гуман О.М. Инженерно-геологические исследования техногенных экосистем и нарушенных земель для их рекультивации / Гуман О.М., Чайкин А.А // Биологическая рекультивация нарушенных земель: материалы международного совещания. – Екатеринбург, 1996. – С. 35-37.

Грязнов О.Н. Классификация полигонов твердых бытовых и промышленных отходов Свердловской области / Грязнов О.Н., Гуман О.М., Панин Н.Н. // Экологические проблемы промышленных регионов. – Екатеринбург: Правительство Свердловской области, 1999. – С. 169-170.

Волкова В.М. Проблемы экологического мониторинга на примере Воронцовского ГОКа / Волкова В.М., Гуман О.М. // Международная выставка «Уралэкология-техноген 2000». – Екатеринбург, 2000. – С. 145-146.

Грязнов О.Н. Геологические предпосылки для оптимального размещения полигонов твердых бытовых и промышленных отходов / Грязнов О.Н., Гуман О.М., Морозова Л.П., Шабалина Н.С. // Изв. УГГГА. - Вып. 10. Сер.: Геология и геофизика. - 2000. – С. 241-247.


загрузка...