Прогностична оцінка шкідливого впливу хімічних забруднювачів відходів на грунти урбоекосистем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Прогностична оцінка шкідливого впливу хімічних забруднювачів відходів на грунти урбоекосистем

Дейна І.П., Козловська Т.Ф.

Однією з вагомих причин погіршення екологічної ситуації в Україні є збільшення техногенного впливу на навколишнє природне середовище. Компонентом цього впливу є утворення значної кількості промислових та побутових відходів, які неорганізовано складуються, частіш за все, у непридатних для цього місцях.

Мета роботи. Оцінка рівня шкідливого впливу хімічних забруднювачів промислових відходів на ґрунти урбоекосистем унаслідок неорганізованого складування промислових і побутових відходів на Деївській горі м. Кременчука.

Матеріал і результати досліджень. Тема дослідження, обрана нами, є актуальною, оскільки пов'язана з вирiшенням задач відображених у „Законі про відходи” від 5 березня 1998 р. № 189/98-ВР [1].

Як об'єкт дослідження нами було обрано неорганізовану ділянку складування відходів м. Кременчука - Деївська гора. Необхідно зазначити, що номенклатура відходів досить різноманітна - від масного ганчір'я до нафтопродуктів, мінеральних масел, залишків фарб, лаків, травильних розчинів гальванічного виробництва і т.і. (загалом 32 найменування).

На теперішній час на промислових підприємствах м. Кременчука утворюються, в основному, відходи III и ІV класу небезпеки, які підлягають довготривалому зберіганню, видаленню або захороненню.

Для безпечної експлуатації полігону промислових відходів необхідно розробити такі правила й норми безпосереднього поводження з різними видами небезпечних відходів, які повністю відповідали б міжнародним нормам і правилам [2].

Дослідження показали, що з урахуванням природи хімічної сполуки і міжнародної класифікації згадані вище відходи можна розділити на 4 групи, складові яких при спільному збереженні або захороненні не можуть вступати у взаємодію й утворювати більш токсичні або небезпечні компоненти, що, у свою чергу, не приведе до виникнення аварійних (пожежовибухонебезпечних ситуацій) і негативних екологічних наслідків.

І група - хімічні компоненти відходів є стійкими в часі, за умови підвищення температури навколишнього середовища не реагують з повітрям і його компонентами (киснем). Фізичні характеристики складових небезпечних відходів також дозволяють сумісне складування подібного типу відходів (табл.1).

Таблиця 1 -

Характеристика промислових відходів м. Кременчука

Основними хімічними складовими цієї групи з урахуванням класів небезпеки є:

вуглеводні висококиплячого ряду - (С12Н26 - С18Н38) - (С81);

нафтопродукти вязкі (складна суміш ароматичних і аліциклічних вуглеводнів невизначеної структури) - (С71);

полімерні матеріали (суміш полімерних хімічних сполук різної природи) - (С68, С70);

текстиль (можна вважати безпечним відходом);

пісок SiO2- (С15);

оливи, нафтопродукти - (С84);

оксиди алюмінію і кремнію (ІУ) - (Al2O3 + SiO2) - (С01 + С15);

текстиль, забруднений неорганічним пилом - (С15);

лігнін - нерегулярний полімер ароматичної природи, його молекули побудовані, в основному, із залишків заміщених фенолоспиртів - 3-метокси-гідроксикоричного (коніфериловий спирт), 3,5-диметокси-4-гидроксикоричного (синапіновий спирт), 4-гідроксикоричного, 4-кумарового спиртів - (С66, С67);

корунд (Al2O3) - (С01);

оксид кремнію (ІV) - SiO2 - (С15);

депластифіковані, деструктивні полімери - (С81, С84);

нерозчинні гідроксиди заліза - Fe(OH)3, алюмінію - Al(OH)3, міді - Cu(OH)2, хрому - Cr(OH)3, цинку - Zn(OH)2 - (С47);

сполуки які містять залізо і мідь (оксиди) - Fe, Fe2O3 (С10), Cu - (С19);

тверді пилові залишки, пил неорганічний (SiO2), оксиди заліза - Fe, Fe2O3 (С10) хрому - Cr, Cr2O3 (С40), марганцю - Mn, Mn2O3, Mn2 - (С18);

кераміка (Al2O3SiО2K2ONa2O) - (С01,З15,С12,С22);

депластифіковані деструктивні полімери - (С81, С84);

сплави металів заліза, хрому, нікелю - (С10, С40, С23);

оксиди металів: Fe2O3, Fe, Ni, Cu, Mn, Mn2O3 - (С10, С23, С19, С18);

залишки полімерних плівок, покриттів металевих дротів - (С67);

полімерна деструктивна маса, сірка - S - (С43), сульфіди - R2nSn, дисульфіди - R2S2 - (С75);

технологічно забруднений вуглець елементарний, дрібнодисперсний С - (С80, С84).

Зазначені хімічні складові не здатні до вступу в реакцію і не утворюють кінцевих небезпечних сполук або їхніх похідних.

ІІ група - хімічні компоненти зазначеного типу небезпечних відходів є реакційно інертними, оскільки знаходяться у нерозчиненому стані, за фізичним станом є колоїдними, не кристалізуються з часом, а під час випару водних розчинів утворюють щільний поверхневий корок, що запобігає надходженню з атмосферного повітря інших компонентів: шлам гальванічного виробництва - 2820.2.9.00; шлам хімічно забруднених стоків - 9010.2.3.01; шлам зі станцій нейтралізації - 2820.2.9.34; відходи виробничо-технологічні, приготування питної води або технологічної (адсорбенти, осади) - 4101.2.9.00.

Основними хімічними складовими цієї групи є:

нерозчинний гідроксиди заліза - Fe(OH)3, алюмінію - Al(OH)3, міді - Cu(OH)2, хрому - Cr(OH)3, цинку - Zn(OH)2 - (С47);

механічні неорганічні домішки, фосфати - МеnPO4 - З37; сульфати - MenSO4, силікати - MenSi3; фториды - MeFn - C44.

Зазначені хімічні складові здатні вступати в реакцію, у кислому середовищі можуть вступати у хімічні реакції з утворенням водорозчинних сполук, які містять іони металів, і при інфільтрації можуть надходити в ґрунти, підземні водоносні горизонти, а далі - у відкриті водойми, що є джерелом водопостачання.

ІІІ група - види хімічно неактивних, стійких при тривалому збереженні, небезпечних відходів (табл. 2).

Таблиця 2 -

Відходи що відносяться до ІІІ групи

Основними хімічними складовими цієї групи є:

K2ONa2OSiO2 - хімічна формула скла;

депластифіковані деструктивні полімери (С81, С84), природні пігменти (сполуки свинцю, хрому, розчинники) - (С27, С40, С69);

механічні домішки, гідроксиди заліза (ІІ,ІІІ) - (С47);

похідні аніліну та залишки синтетичних барвників; (С73)

MgOCaOSiO2, азбест - (С48).

Зазначені хімічні складові є нереакційноздатними, в хімічні реакції не вступають та не утворюють кінцевих небезпечних сполук або їх похідних.

ІV група - небезпечні відходи, які містять хімічно активні компоненти, що можуть утворювати водні розчини, що може створювати ризик виникнення несприятливої ситуації - проникнення у покриття ізолюючих контейнерів з часом, їх руйнуванню та виходу в компоненти навколишнього середовища - ґрунти, поверхневі та підземні водоносні горизонти (табл. 3)

Таблиця 3 -

Відходи, що належать до ІV групи

Основними хімічними складовими цієї групи є:

соляна - HCl, сірчана кислоти - H2SO4 (С85), сполуки нікелю (Ni2+) (С23), цинку (Zn2+) (С41), хрому (Cr3+) (С40), міді (Cu2+) - (С19);

гідроксиди, фосфати заліза - Fe(OH)2, Fe(OH)3, FеPO4, нікелю - Ni(OH)2, (С47) Ni3(PO4)2, поліфосфорна кислота - H4PnOm - (С37).

Зазначені види відходів містять залишки активних з хімічної точки зору кислот - соляної та сірчаної.

При поводженні з небезпечними відходами найбільшому ризику піддаються ґрунти, поверхневі та підземні води, рослинний світ, а опосередковано - й здоров'я людини та середовище, де вона мешкає.

Оцінка ризику щодо забруднення ґрунтів спрямована на:

ризик надходження забруднених ґрунтів при аварійних ситуаціях поводження з небезпечними відходами в систему травлення або шкірного контакту;

ризик забруднення ґрунтових вод/питної води при надходженні компонентів небезпечних відходів;

ризик випаровування компонентів небезпечних відходів з поверхні розливу, ґрунтів (якщо аварійна ситуація сталася при перевезенні відходів).

Якщо визначено, що рівень концентрації певного забруднювача перевищує відповідний встановлений критерій, то забрудненість території вважається неприпустимо високою (в ряді випадків здійснюється подальша оцінка, навіть, коли концентрація забруднюючої речовини знаходиться на рівні встановлених критеріїв якості).

Оцінка ризику забруднення ґрунтових вод базується на розрахунках пересування забруднень унаслідок процесів інфільтрації. Найбільш значимими чинниками при цьому вважаються:

сценарій забруднення, наприклад, вид речовини (рухливість, здатність до розкладання тощо), а також концентрація забруднювача та площа забрудненої території;

геологія та гідрогеологія, наприклад, тип осаду (глина, пісок, вапно, органічні включення, гідропровідність, ефективна пористість), фактичні осади, формації ґрунтових вод, уклін, падіння тиску.між вторинними та первинними водоносними пластами, а також окисно-відновні умови.

Оцінка ризику базується на тому принципі, що зона ґрунтових вод, яка містить найвищу концентрацію забруднюючих речовин, повинна відповідати критеріям якості питної ґрунтової води.

Оцінка ризиків за леткими шкідливими речовинами ґрунтів, які забруднюють при випаровуванні повітря приміщень, базується на розрахунках проникнення забруднень унаслідок дифузії через пори в ненасиченій зоні та конвекцією в приміщеннях унаслідок дифузії через щілини у бетонних полах. Якщо визначиться, що концентрація забруднюючої речовини перевищує гранично допустиму концентрацію для внутрішніх приміщень, то забруднення вважається неприпустимим.

Шкідливий вплив токсикантів, які містяться у відходах, може бути визначений за величинами ризику[3]:

, (1)

де С - концентрація, що впливає;

a i b - емпіричні коефіцієнти, значення яких залежать від класу небезпеки речовин.

, (2)

де Risk - ризик виникнення несприятливого ефекту, тобто імовірність виникнення цього ефекту за заданих умов; С - реальна концентрація речовини, що здійснює вплив за час t; UR - одиничний ризик, обумовлений як чинник зростання ризику залежно від величини діючої концентрації, як правило, визначається експертними методами при статистичному аналізі експериментального чи медико-статистичного матеріалу, отриманого різними шляхами у порівнянних ситуаціях [3].

Але, на наш погляд більш точним і значимим є визначення впливу шкідливих речовин через показники шкідливої дії або впливу.

Автори даного дослідження пропонують дещо інший підхід до визначення рівня техногенно-хімічного ризику через відповідні показники шкідливого впливу - формули (3) - (5). За формулами (3) і (4) за допомогою статистичних і нормативних даних, проведений розрахунок показників шкідливого впливу та рівня техногенно-хімічного ризику. Отримані данні зведені у табл. 4 та 5.

І = -а + вlg (Cі/ГДКі - Сфі), (3)

ПШВ = 1-е1-1/І, (4)

ПШВ заг = 1 - (1-ПШВ1)(1-ПШВ2)...(1- ПШВn), (5)

де ПШВ заг - показник шкідливого впливу комбінованої дії токсикантів; ПШВ1, ПШВn - показник шкідливого впливу кожного окремого токсиканта.

Таблиця 4 -

Параметри формування техногенно-хімічного ризику району дослідження за результатами розрахунків показників шкідливого впливу

С - концентрація (мг/кг); І - імовірність;ПШВ - показник шкідливого впливу окремих іонів важких металів; ПШВзаг - показник шкідливого впливу комбінованої дії іонів важких металів

хімічний забруднювач ґрунт

Таблиця 5 -

Визначення внеску підземних змивів сусідніх джерел забруднення на ґрунти

ХУкр та Хобл - середня достовірна концентрація іонів важких металів в точках відбору проб, мг/кг;

І - імовірність; ПШВ - величина техногенно-хімічного ризику за показником шкідливого впливу.

За результатами розрахунків було встановлено, що найбільш шкідливий вплив здійснюють іони важких металів, які є рухливими в ґрунтах та можуть сягати водоносних підземних горизонтів (рис. 1).

З метою зменшення рівня екологічної небезпеки на прилeглу територію, підземних водоносних горизонтів і ґрунтів у 2003-2005р.р. були проведені роботи з реконструкції території звалища, і на даний момент на організованому фірмою «Реал-М» полігоні розпочате захоронення відходів у спеціально сконструйованих ємностях з урахуванням їхнього можливого спільного розміщення [4].

Слід зазначити, що на теперішній час рівень забруднення ґрунтів оцінюється за загальним умістом забруднюючих речовин - індикаторові забруднення. Інформативність цього показника обмежена, тому що він не дає можливості визначити рухливість шкідливих речовин, їхні міграційні особливості, можливості переходити в інші середовища, насамперед, у рослини і водні горизонти.

У літературі практично не мається даних про можливі шляхи визначення ступеня шкідливого впливу небезпечних складових відходів на компоненти навколишнього середовища.

Тому ми спробували об'єднати усе відоме на теперішній час у єдину систему з виходом на визначення показників шкідливого впливу небезпечних складових речовин відходів на підземні водні обрії і ґрунти.

Початком відліку у наших дослідженнях були дані вимірів вмісту шкідливих речовин у ґрунтах за 2001-2005 року, динаміка яких представлена на на рис. 1. За цими металами тенденція значного підвищення постійно зберігається.

Рисунок 1 - Динаміка вмісту іонів важких металів промислових відходів у ґрунтах м. Кременчука

З метою оцінки негативного впливу на ґрунти району розташування звалища ми пропонуємо наступну математичний підхід, у якому вже враховані типи ґрунтів, що підстилають, і рухливість розчинених форм іонів важких металів (рис.2):

, (6)

де А - показник відносної агресивності речовини; Сi - концентрація небезпечних складових відходів; ГДКi - критерій оцінки забруднення ґрунту (мг/кг); Vi - обсяг ураження ґрунту, (м3); m - відсоток шкідливого компонента у відході, що створює основну небезпеку.

Таким чином, результати аналізу до даної проблеми свідчать, що існуюча практика встановлення нормативів ГДК хімічних сполук окремо для води, ґрунту, атмосферного повітря, повітря робочої зони не враховує можливості їх комплексної дії. Ця обставина зумовлює необхідність розробки комплексного нормування допустимого навантаження на навколишнє середовище (екологічного нормування).

Оскільки властивості кожного окремо взятого симплекса можуть мати важливе значення для даної проблеми, то важливо визначити міру інтегрованості кожного окремого симплекса у структури всіх комплексів екосистеми України.

Таким чином набуті результати показали, що великого значення також набувають інші елементи екосистеми (вода поверхнева, ґрунти), для захисту яких необхідні жорсткіші вимоги. Ці вимоги мають враховуватися при встановленні нормативів ГДК, оскільки вони є лімітуючими (критичними) компонентами екосистеми України. Очевидно, що існуючі нині заходи спрямовані на забезпечення безпеки людини, віддзеркалюють наш антропоцентричний світогляд. За такого підходу залишається відкритим питання, чи завжди, і якою мірою нормативи, затверджені для людини, забезпечують захист інших об'єктів живої природи і її саму. Адже зміна стану довкілля за рахунок збіднення видового складу, зниження стійкості й навіть незначна деградація екосистеми також призводять до погіршення умов існування людини. Таким чином, існуючі нині заходи спрямовані на забезпечення екологічної безпеки людини і довкілля України нині не є достатніми і вимагають значного поліпшення. Отже, при всій цінності досвіду організації санітарно-гігієнічного нормування, як показали результати нашого дослідження, особливості зв'язаності елементів екосистеми такі, що вимагає опрацювання нині самостійної теорії і методики регламентації антропогенних навантажень на природні комплекси.

Серед елементів з тривалим відхиленням від норми спостерігаються елементи з великою часткою антропогенного викиду та скиду. Але для повного розуміння цих явищ даних явно недостатньо. Ми вважаємо, що вміст мікрокомпонентів у ряді випадків у значній мірі визначається також складом атмосферних опадів, хоча вище відмічено й зворотний вплив.

Ступінь небезпечності забруднення ґрунтів хімічними речовинами визначається рівнем її можливого негативного впливу на контактуючі середовища (вода, атмосферне повітря), харчові продукти та на людину. Головний критерій рівня забруднення ґрунтів це гранично допустима концентрація (ГДК) хімічних речовин в орному прошарку ґрунту, яка не може викликати прямого або опосередкованого впливу на середовище та здоров'я людини, а також на самоочисну здатність ґрунту.

Висновки

1. У роботі проаналізовані промислові відходи м. Кременчука та здійснено їх ранжування за вмістом шкідливих хімічних речовин відповідно до Жовто-зеленого переліку.

2. Запропоновано оцінювати вплив відходів на ґрунти населених міст через ймовірність шкідливого впливу та показник шкідливого впливу.

3. Запропоновано можливі математичні підходи до визначення ймовірності та показників шкідливого впливу, які можна вважати у першому наближенні величинами геохімічного екологічного ризику урбанізованих техногенно навантажених територій (на прикладі урбоекосистеми м. Кременчука).

4. Здійснена прогностична оцінка шкідливого впливу токсичних складових відходів на ґрунти урбанізованих екосистем.

Література

1. „Закон про відходи”, № 189/98-ВР, 05.03. 1998 р.

2. Жовто-желений перелік відходів. Перелік „А” Базельської Конвенції, ОЕРС, ГС, 1996.- 18 с.// "Офіційний вісник України", 1997, № 44, с.202.

3. Алымов В.Т., Тарасова Н.П. Техногенный риск. Анализ и оценка: Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. - 118 с.

4. Паспорт місця видалення відходів (МВВ). Полігон промислових відходів ПП „Фірма „Реал-М”, 2005.

Размещено на Allbest.ru