Защита почв и водных объектов от техногенных загрязнений на основе комплекса инженерно–мелиоративных мероприятий

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

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).

Табл. 1. Поглотительная способность туфов (Полицкое месторождение, Ровенская область)

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.

анаэробный захороненный консервация полигон

Рис. 1. 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.

Литература

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”.

Размещено на Allbest.ru