Оценка экологической опасности полигонов твердых бытовых отходов Московской области

Внешними факторами, влияющими на массу отходов и являющимися причинами многих процессов, идущих в толще отходов, являются атмосферные осадки, инсоляция, ветер, механическое перемещение и уплотнение. Вторичные продукты разложения отходов будут включать в себя разложившиеся отходы, новую биомассу, биогаз, вещества в фильтрате и тепло (схема 1) [36].

Атмосферные осадки, инсоляция, ветер, механическое перемещение и уплотнение

Масса отходов

Разложившиеся отходы	Новая биомасса	Биогаз	Вещества в фильтрате	Тепло

Схема 1. Вторичные продукты разложения отходов

Скорости и стадии разложения отходов на полигонах связаны с такими показателями, как состав, влажность и возраст отходов, состав и объем образующегося фильтрата, объем образования и миграции биогаза.

Таким образом, негативное влияние полигона на природную среду и человека многоаспектно.

Химическое воздействие выражается в выделении вредных веществ с эмиссиями фильтрата и газа при разносе материалов отходов. При растекании фильтрата по поверхности земли происходит загрязнение почв, растительности, поверхностных вод, донных отложений, горных пород. Газ и дым, выделяющиеся при разложении и горении отходов, загрязняют атмосферу. Таким образом, полигон воздействует на человека как непосредственно (через потребляемую воду и атмосферный воздух, при контакте с отходами), так и опосредованно (через продукцию, выращиваемую в загрязненной зоне) [43].

С выделением теплоты при разложении отходов связана также термоопасность - возгорание, распространение пожаров.

Биогенная опасность выражается в распространении насекомых, крыс, привлечении птиц, млекопитающих, присутствии в материале разлагающихся отходов болезнетворных микроорганизмов.

В районе действия полигона возникает зона риска для людей, живущих и работающих вблизи территории полигона - социальная опасность.

2.1 Особенности образования и воздействия фильтрата

Фильтрат - отжимная вода, возникающая за счет водоотдачи ТБО под действием давления отходов и при их слеживаемости, а также за счет проникновения воды осадков (ливневых) и талых вод [10].

Фильтрат является экологически наиболее опасным фактором влияния полигона на природную среду, так как может приводить к прямому уничтожению окружающей флоры и фауны.

Для решения проблемы очистки и обезвреживания фильтрата полигонов ТБО важно знать его расход.

На расход образующегося фильтрата, отводимого через дренажную систему(Q_ф), влияют такие факторы, как количество атмосферных осадков (Q_a), влажность ТБО (Q_в), капиллярное поднятие подземных вод (Q_п) и боковой приток воды из водоносных горизонтов в тело свалки (Q_б), количество испарений (Q_и), транспирация влаги растениями (Q_т), поверхностный (Q_c), подземный (фильтрационные поступления из тела свалки не прошение через дренаж) (Q_y) стоки и боковой отток (Q_о) фильтрата, конденсация водяных паров (Q_к).

Используя уравнение водного баланса, количество образующегося фильтрата составит:

Q_ф= Q_a + Q_к + Q_б + Q_п - Q_и - Q_т - Q_c - Q_y - Q_о + Q_в

Количество атмосферных осадков определяется климатогеографическими особенностями месторасположения полигона.

Изменчивость факторов, вызывающих выпадение атмосферных осадков предопределяет разнообразие дождей по количеству выпавших осадков, по их продолжительности и по интенсивности выпадения. По характеру выпадения атмосферных осадков различают ливневые, обложные и моросящие.

Ливневые осадки образуются при быстром поднятии воздушных масс с водяными парами вверх, отличаются большой интенсивностью, коротким сроком выпадения и небольшой площадью распространения. Ливневые осадки играют важную роль в формировании поверхностного стока.

Обложные осадки образуются при медленном подъеме теплых воздушных масс. Для них характерна небольшая интенсивность, длительный период выпадения и большие площади распространения. Обложные осадки дают большой поверхностный сток, но максимальные расходы от них меньше, чем от ливней, что объясняется растянутостью во времени.

Моросящие осадки характеризуются очень медленным выпадением, как правило, они весьма слабо сказываются на поверхностном стоке.

Осадки в виде снега играют значительную роль в водном балансе образования фильтрата. Основными характеристиками снежного покрова являются: продолжительность его залегания, высота, плотность снега, запасы воды в снеге.

При выпадении снега на земную поверхность изменяется ее рельеф, текстура, подверженность эрозии, альбедо (поверхность снега отражает 80% солнечной радиации). Однако замечено, что постоянный снеговой покров на полигонах образуется редко. Это можно объяснить: ветровым переносом снега, открытостью и уклоном местности, процессами теплообмена снега и грунта.

К наиболее важным физическим свойствам ТБО относятся: размер отдельных частиц (кусков) компонентов отходов, форма, объем, масса, плотность, слеживаемость. температура, влажность, влагоемкость и т.д.

ТБО, находящиеся в рабочем теле полигона могут рассматриваться, как искусственный грунт, характеризующийся определенным составом, пористостью, влажностью, проницаемостью, сжимаемостью. На влагоемкость ТБО оказывают влияние содержание и структура органических соединений, коллоидных систем, солей и т.д.

На водоотдачу и водопоглощение ТБО влияют [10]:

1. Присутствие кислорода. В свалках процесс разложения отходов состоит из аэробной и анаэробной фаз. Аэробные процессы протекают в верхних слоях ТБО при достаточном поступлении кислорода. В результате происходит окисление органической части ТБО с образованием углекислого газа и воды. В то же время в зонах, где протекают аэробные и анаэробные процессы, влага может уноситься вместе с биогазом.

2. Слеживаемость отходов. Слеживаемость протекает самопроизвольно и ведет к увеличению плотности и значительному уменьшению объема отходов, разгружаемых на свалку. При этом уменьшается объем пор. заполненных воздухом, что оказывает влияние на воздушный режим. При выраженной слеживаемости происходит переход в теле свалки от аэробных процессов к анаэробным.

3. Давление импульсное, оказываемое при уплотнении отходов техникой и давление постоянное под действием силы тяжести вышележащих слоев ТБО на нижележащие.

Время оказываемого давления. Чем больше время оказываемого давления, тем более уплотняются отходы и тем выше скорость образования фильтрата.

Температура в теле свалки. С увеличением температуры вязкость воды снижается и она становится более подвижной. Температура в теле свалки влияет на конденсацию и испарение влаги, в ходе химических реакций влияет на деятельность микроорганизмов, участвующих в прохождении биологических процессов.

6. Содержание в ГБО пищевых отходов, так как именно пищевые отходы имеют в своем составе наибольшее содержание влаги (64-82% по сухому веществу) и в морфологическом составе ТБО в среднем по России они составляют значительное процентное содержание - 30-39%.

7. Сезон года. Предположительно, что накопление запасов влаги в теле свалки происходит осенью, когда идут продолжительные атмосферные осадки.

Химический состав фильтрата изменяется во времени в зависимости от изменения биологических, химических и физических процессов, происходящих внутри насыпи отходов. На начальных стадиях разложения доминируют легко растворимые химические вещества, затем их сменяют химические вещества - продукты быстрого микробиологического разложения. На завершающих стадиях разложениях преобладают трудно растворимые химические вещества - продукты медленного микробиологического разложения.

Потоки фильтрата образуются с того момента, когда отходы достигают уровня полной полевой влагоемкости, хотя полная полевая влагоемкость может быть достигнута только в отдельных зонах насыпи отходов. Полевая влагоемкость достигается обычно в течение первых двух лет загрузки полигона отходами, когда преобладает боковая пригрузка отходов, и более двух лет, когда преобладает вертикальная загрузка. Как только полевая влагоемкость достигнута, возникают сезонные потоки фильтрата, то есть объемы образования фильтрата почти сравниваются с объемами поступления воды на поверхность. Таким образом, количество образованного фильтрата на полигоне, на котором отходы не контактируют с поверхностными и подземными водами, определяется климатом (а именно интенсивностью испарения и количеством осадком), площадью полигона, то есть площадью сбора атмосферных осадков, и методикой эксплуатации и рекультивации полигона, обеспечивающей задержку проникновения осадков в толщу отходов путем их изоляции сверху и путем увеличения транспирации при озеленении.

В связи с тем, что отходы сильно отличаются по своим свойствам от природных грунтов, водный баланс полигонов может быть значительно искажен по сравнению с естественным. Большое значение оказывает нарушение термического режима, повышенная проницаемость, гигроскопичность отдельных фракций. Вследствие указанных свойств, инфильтрационное питание на участках размещения полигонов может увеличиваться [10].

Образующийся фильтрат на полигонах ТБО интенсивно загрязняет как поверхностные воды, так и не защищенные водоупорами подземные воды верхних водоносных горизонтов. Загрязнение подземных, и тесно с ними связанных поверхностных вод, является наиболее экологически опасным, поскольку подземные воды загрязняемых полигоном горизонтов используются для централизованного (водозаборы города) и децентрализованного (водозаборные скважины различных предприятий, коттеджных поселков и фермерских хозяйств) питьевого водоснабжения.

Рассмотренные особенности состава и свойств фильтрата позволяют сделать следующие выводы [56]:

Фильтрат полигона ТБО представляет собой высококонцентрированную сточную воду, содержащую как растворенные (соли), так и диспергированные (нефтепродукты) вещества.

В растворе содержится более 1г/л хлоридов, карбонатов и аммонийного азота.

Цвет фильтрата свидетельствует о большой концентрации органических соединений.

Анализ общей токсичности фильтрата показывает, что он остается токсичным даже после 4-х кратного (а по некоторым данным и 100-кратного) разбавления.

По данным специалистов образование фильтрата на полигонах ТБО Московского региона наблюдается практически всегда. Лишь в случаях захоронения отходов в карьерах часто не имеется возможности установить выделение фильтрата без бурения. При возможности визуальных наблюдений над отходами, залегающими на естественной поверхности грунтов и в случае переполнения карьеров, как правило, обнаруживаются выходы фильтрата или их следы (полигоны Хметьево, Кашира, Саларьево и др.).

2.2 Особенности образования и воздействия биогаза

Продолжительность разложения органической части отходов и образования биогаза оценивается в 30-100 лет, однако довольно высокая скорость образования биогаза наблюдается за более короткий срок. Не существует простых уравнений или констант, с помощью которых можно рассчитать скорость разложения отходов на полигонах. Однако, можно достаточно подробно охарактеризовать условия, в которых происходит разложение отходов. Схема 2 дает представление о разнообразии и значении ряда факторов среды, в которой происходит образование биогаза, и, соответственно, определяет те пути, которые приводят к управлению процессами образования биогаза.

Количество и скорости образования биогаза зависят от ряда факторов, в том числе, от возраста и состава отходов, от их плотности, от потока фильтрата и уровня содержания воды в отходах. В первые годы скорость образования биогаза велика, но со временем (в течение 10-20 лет) она снижается до незначительных величин, хотя образование метана может длиться десятилетиями. В среднем принято считать, что из 1 т ТБО теоретически может образовываться 400 м³ биогаза, 70-80% которого выделяется за 10-15 лет функционирования свалок. В таком случае определение степени разложения отходов посредством мониторинга за образованием биогаза являются важной задачей [36].

Выделяют 4 фазы образования биогаза.

Фаза I: аэробная. На аэробной стадии при разложении микроорганизмами органической составляющей ТБО выделяется, в основном, CO₂ и Н₂О, а температура поднимается в массе до 50°С.

Фаза II: аэробно-анаэробная (при недостатке кислорода). В результате кислой ферментации органики начинается интенсивное образование двуокиси углерода (СО₂). Образуется также некоторое количество водорода. Данные исследований свидетельствуют, что за 11 дней может быть достигнута концентрация содержания СО₂ = 70% об.

Фаза III: анаэробная, неустойчивая, сопровождающаяся образованием метана. Метанообразование начинается только в третьей фазе. За 3 месяца во влажных отходах может быть достигнута 50% об. концентрация метана, но в сухих отходах этот период будет во много раз длиннее (или не наступит совсем, т.е. содержание метана никогда не достигнет 50%).

Фаза IV: анаэробная, устойчивая, сопровождающаяся образованием метана. В течение четвертой фазы концентрация метана в биогазе остается постоянной - от 40 до70% об. Снижение концентрации метана возможно в случае исчерпания органической части отходов в основании полигона. При медленном разложении органики метан образуется десятилетиями. Многие публикации свидетельствуют, что метан образуется на старых полигонах, имеющих возраст более 30 лет, однако скорость метанообразование низкая. [36]

Метаногенные третья и четвертая стадии длятся несколько десятилетий в течение которых выделяется 50% СО₂ и СН₄.

Выделение биогаза начинается в том случае, когда в глубинных слоях свалки температура достигает 40°С. Присутствие биогенных элементов существенно влияет на скорость процесса.

Кроме перечисленных летучих соединений, которые находятся в биогазе в количестве десятков процентов (СН₄ - 40-50%, СО₂ - 40%, Н₂ - 20%), в микроколичествах присутствуют и другие летучие химические соединения. Всего идентифицировано 140 химических соединений, из которых 90 встречаются на многих исследованных свалках.

С миграцией газа на полигоне связаны достаточно серьезные проблемы. К ним относится, например, возникновение взрывоопасной обстановки, что случается при концентрациях метана от 5% до 15% от общего газового объема (в особенности в краевых зонах насыпи отходов при смешивании свалочного газа с воздухом). Также опасна токсичность, связанная с присутствием в свалочном газе сероводорода в концентрациях, превышающих норму; с наличием бензола и толуола тоже могут быть связаны некоторые проблемы загрязнения воздуха.

Помимо газовой аномалии на полигонах ТБО формируется тепловая аномалия. Характерным является образование биогаза, сопровождающееся выделением тепла. Вследствие этого температура в теле свалки составляет 40-50°С, достигая нередко 70-80⁰ С и выше, что способствует самовозгоранию. На участке свалки формируется «остров тепла», который может влиять на подстилающие породы зоны аэрации и горизонт грунтовых вод. Повышение температуры подземных вод будет способствовать развитию в них микрофлоры и микрофауны и в целом биологическому загрязнению, повышению растворяющей способности, изменению газового режима и уменьшению содержания растворенного кислорода [14].

2.3 Пожарная опасность полигонов ТБО

В связи с тем, что основная часть твердых бытовых отходов продолжает захораниваться на полигонах Московской области и эта тенденция в ближайшее время не снизится, необходимо отметить ряд обстоятельств, связанных как с пожарной опасностью отходов на полигонах ТБО, так и с экологическими последствиями пожаров и загораний ТБО.

Захоронение отходов, сопровождающееся выделением горючего биогаза, обусловливает высокую вероятность возникновения пожаров на полигонах, организованных и «диких» свалках.

Изменение погодно-климатических условий в Московском регионе в весеннее и летнее время повышает вероятность возникновения пожаров.

Причиной пожаров может быть самовозгорание биогаза и поджоги. На мелких свалках пожары возникают, как правило, из-за поджогов.

Добыча биогаза на некоторых полигонах также повышает пожароопасность.

Полигоны и свалки, расположенные в карьерах, ввиду сложности их уплотнения, способны к более частому самовозгоранию по сравнению с полигонами, расположенными на поверхности земли, так как в первом случае происходит аэрирование мусора.

При пожарах на свалках степень опасности загрязнения окружающей среды продуктами разложения и горения мусора повышается за счет аварийного характера и состава выбросов по сравнению с выбросами биогаза.

В Московской области по состоянию на 1.01.2000 около 180 крупных свалок и полигонов. В табл. 2.2 показано их распределение по районам области и указано число пожаров, произошедших за период 1996-1998 гг.

Таблица 2.2. Число крупных санкционированных свалок и полигонов в 39 районах Московской области (01.01.2000 г.) и число пожаров на них

Район области	Число объектов	Число пожаров
		1996	1997	1998
1	2	3	4	5
Балашихинский	1	-	4	7
Волоколамский	2	1	-	-
Воскресенский	5	-	-	1
Дмитровский	5	1	-	4
Домодедовский	2	1	1	-
Егорьевский	3	-	1	1
Зарайский	1	-	-	-
Истринский	5	1	1	2
Каширский	2	-	-	-
Клинский	5	-	-	-
Коломенский	14	-	-	-
Красногорский	3	-	1	5
Ленинский	4	5	-	11
Лотошинский	1	-	-	-
Луховицкий	2	-	-	-
Люберецкий	6	1	2	22
Можайский	5	1	-	4
Мытищинский	2	6	3	28
Наро-Фоминский	7	-	2	5
Ногинский	5	-	-	7
Одинцовский	4	-	-	14
Орехово-Зуевский	6	-	-	_
Озерский	2	-	-	2
Павлово-Посадский	4	-	-	.
Подольский	6	3	-	10
Пушкинский	6	-	-	9
Раменский	7	1	1	6
Рузский	3	-	1	2
Серпуховской	5	-	2	1
Серебряно-Прудский	3	-	-	-
Сергиево-Посадский	3	1	-	3
Солнечногорский	7	-	2	4
Ступинский	5	-	1	1
Талдомский	6	-	-	-
Химкинский	4	2	-	10
Чеховский	1	-	-	-
Шатурский	10	-	-	2
Шаховской	1	-	-	1
Щелковский	13	2	1	19
ИТОГО	178	26	23	171

Анализ статистики пожаров на полигонах и крупных свалках по районам области показывает, что число пожаров на них не связано с тем, сколько полигонов находится в отдельных районах. Так, например, в Коломенском районе, где больше всего полигонов, согласно статистическому учету, за три года не произошло ни одного пожара. В Мытищинском районе, напротив, за те же три года случилось больше всего пожаров, хотя там всего два полигона.

Самое большое число пожаров, согласно статистическому учету, на полигонах и организованных свалках произошло в 1998 г., из них: В Мытищинском районе 28, Люберецком 22, Одинцовском 14, Ленинском 11, Химкинском и Подольском по 10, Пушкинском и Щелковском по 9.

2.4 Биогенная (санитарно-эпидемиологическая) опасность ТБО

На полигонах ТБО происходит образование патогенной флоры, то есть происходит развитие и размножение бактерий, вызывающих инфекционные заболевания. Особенно опасны в этом отношении отходы лечебных и научно-исследовательских организаций, в том числе хирургические, и стоматологические, как потенциальные носители и генераторы инфекционных заболеваний. При плюсовой температуре, начиная с апреля, в большом количестве начинают размножаться переносчики инфекционных заболеваний (патогенной микрофлоры) и гельминтофауны - мухи и грызуны всех видов. Переносу инфекционных заболеваний способствуют и обитающие на полигонах в большом количестве крупные птицы [64].

В окружающей среде обычно находится большое количество спор, бактерий, вирусов, насекомых, паразитов и других переносчиков инфекции, ожидающих благоприятного места для размножения.

Простого присутствия этих культур потенциально болезнетворных организмов в твердых отходах еще недостаточно для того чтобы они стали опасными для здоровья людей. Переносят болезни в основном мухи, комары и грызуны. Установлено, что 90% комнатных мух в городе размножаются в содержимом открытых мусорных бачков. Крысы также питаются легкодоступными пищевыми отходами. Поэтому необходима ежедневная пересыпка отходов грунтами на полигонах ТБО.

Существуют альтернативные формы переработки отходов, которые в определенных случаях имеют практическое значение. Одна из них - это уплотнение. При этом устраняется большинство расщелин и пустот, в которых насекомые предпочитают откладывать яйца, значительно уменьшается доступная для них площадь поверхности. Кроме того, при уплотнении из отходов отжимается большая часть жидкости, в результате чего поверхность становится сухой или, что чаще, равномерно влажной без локальных зон с высокой концентрацией органических веществ, которая необходима для выведения личинок мух.

Менее подходящим является второй способ, который заключается в том, что обработка отходов производится в течение первых двух дней с момента их выброса, в результате чего личинки мух не успевают вылупиться (на это требуется 2-3 дня). Однако если герметичность контейнеров недостаточна, то крысы могут питаться такими отходами, и в настоящее время единственным приемлемым методом обработки является такой, при котором грызунам преграждается доступ к пище.

Третий способ обработки, на первый взгляд, противоречит первому, так как он включает измельчение твердых отходов. При измельчении увеличивается площадь поверхности и уменьшается плотность. Если измельченный мусор не содержится в закрытых контейнерах и если толщина слоя отходов не превышает 0,9 м, то достаточное количество воздуха может проникнуть во всю массу отходов, в результате чего начинают энергично расти аэробные, а не анаэробные бактерии. Эти бактерии действуют гораздо быстрее, чем анаэробные, и выделяют тепло, поскольку они являются термофильными. Тщательно контролируемые опыты показали, что насекомые не выводятся на аэробно разлагающемся мусоре. Кроме того, такой материал также не привлекает крыс и других паразитов. Скорость возможного продвижения воздуха внутри такой массы мала, и поэтому имеется тенденция к тлению, а не к горению. Так как большая часть смертельных случаев в результате пожаров обусловлена отравлением дымом, а не ожогами, то измельчение мусора можно рассматривать как приемлемый способ уменьшения многих из вторичных опасностей для здоровья людей.

Помимо инфекционных заболеваний, у людей, проживающих вблизи полигона, и у работников полигона могут развиваться хронические заболевания и патологии. Было выявлено [36], что у беременных женщин, живущих вблизи (1 -2 км) мест захоронения токсичных отходов, больший (на 12%) риск родить ребенка с дефектами нервной системы, костно-мышечной системы и кожи.

2.5 Оценка экологической опасности полигонов ТБО Московской области

К сожалению, до сегодняшнего дня, не существует общепринятой и утвержденной методики оценки экологической опасности полигонов ТБО. Существующие методики не учитывают всего комплекса негативных воздействий полигонов ТБО, а в основном, ограничиваются рассмотрением воздействия на геологическую среду. Были проанализированы различные методики оценки экологической опасности (Грибанова, 1997; Крюков, 1996; Лапочкин, 2002; Бабак, 1997) и разработана методика, охватывающая практически все аспекты воздействия полигонов ТБО на окружающую среду.

На основании анализа имеющегося материала в Московском регионе было выявлено чрезвычайное разнообразие природно-технических систем полигон ТБО - природная среда при ряде общих черт. Выявлено, что некоторые объекты оказывают катастрофическое воздействие на природную среду, влияние же других - слабое и в ряде случаев ограничивается лишь эстетическим аспектом.

Начальным этапом исследований является рассмотрение существующей планировочной ситуации вокруг полигона для выяснения соответствия места расположения полигона официально нормируемым планировочным ограничениям. Например, необходимо выяснить, не попадает ли объект в санитарно-защитную зону населенных пунктов, в водоохранные зоны, в зону особо охраняемых природных территорий и т.д.

2.5.1 Типизация полигонов ТБО по размеру, расположению, объему и составу складируемых отходов

Вторым этапом исследований является типизация существующих полигонов и свалок ТБО Московской области по следующим параметрам: размер объекта и объем складируемых отходов; состав отходов; расположение объектов (карьер, в виде насыпи). В Московском регионе по размерам свалок и объемам складируемых отходов выделено 4 класса [17].

Первый класс превышает 10 га: «Тимохово» - 108,6 га, «Икша» - 63^5 га, «Кучино» - 50,5 га, «Непейно» - 10 га, «Егорьевский» - -10 га, «Павловское» - - 14,65 га, «Воловичи» - -12,5 га, «Алексинский карьер»-20 га, «Саларьево» - -58 га, «Некрасовка» - -17,36 га, «Часцы» - -15,6 га, «Малая Дубна» -14,75 га, «Царево» - 15,45 га, «Сафонове» - 20,8 га, «Хметьево» - 78 га, «Дашковка» ~ 14,43 га, «Левобережный» -14,8 га, «Кулакове» - 13,6 га, «Шатурский» - 10 га [59].

Второй класс составляют средние по размерам полигоны площадью от 2 до 10 га, мощность отходов до 10 м и более. Объем отходов - несколько сотен тысяч кубометров (максимум до миллиона кубометров). К ним относятся следующие полигоны: «Ядрово» - га, «Домодедово» - 3,39 га, «Ашитково» - 2,6 га, «Правобережный» - 3,5 га, «Левобережный» - 2,8 га, «Долгопрудный» - 6 га, «Супонево» 5,8 га, «Каширский» - 9,97 га, «Сергеевское» - 2,7 га, «Ошенево» - 4,8 га, «Астапово» - 7,1 га, «Торбеево» - 9,2 га, «Кардолента» - 6,1 га, «Слизне-во» - 8 га, «Заволенье» - 5 га, «Дрезна» - 4,9 га, «Озеры» - 4 га, «Малинки» - 6 га, «Павловка» - 6,17 га, «Быково» - 8 га, «Электрогорский» 6,7 га, «Анино» - - 5 га, «Вальцево» - 4,7 га, «Мешерино» - 4,87 га, «Вербилки» 2 га, «Запрудня» - 3 га, «Торопово» 5,8 га, «Парфенове» 5,7 га, «Жерновка» - 4,1 га, «Рошаль» - 2 га, «Шаховской» - 3,7 га, «Сабурово» 7 га, «Электростальский» - 9,8 га [59].

Третий класс включает малые свалки, образованные отходами мелких населенных пунктов. Площадь их колеблется от 0,2 до 2 га, мощность отходов не превышает первые метры, объем - не более нескольких десятков тысяч метров в кубе. Количество таких свалок не менее 100.

К четвертому классу, выделяемому по размерам, можно отнести стихийные свалки около деревень, дачных участков, отдельных предприятий. Площадь подобных свалок - десятки, редко сотни метров в квадрате, мощность не более 1 м. Количество этих свалок весьма велико и с трудом поддается учету. Отдельные стихийно образовавшиеся свалки оказывает незначительную нагрузку на природную среду, особенно по сравнению с объектами, рассмотренными выше, но в г. Москве они являются одним из неблагоприятных факторов, воздействующих на окружающую среду.

Состав отходов, вывозимых коммунальными службами на свалки Московской области, варьирует: складируются отдельно бытовые отходы, совместно бытовые и промышленные, отдельно промышленные. Как правило, токсичные и радиоактивные отходы захораниваются на специальных полигонах-могильниках, однако известны случаи захоронения лекарственных препаратов, радиоактивных и других не менее опасных отходов на полигонах ТБО без должных на то обоснований и исследований.

В результате на полигонах ТБО возникают локальные подвижные зоны с высокой концентрацией опасных соединений (например, хорошо известные в медицинской практике нейролептические препараты по своему элементарному химическому составу - но не по форме и не по концентрациям - схожи с фосфорорганическими боевыми отравляющими веществами) [6]. Неконтролируемые реакции лекарственных препаратов с окружающей средой на полигоне ТБО фактически превращают его часть в зону захоронения химически активных материалов. Но природоохранные сооружения полигона ТБО на это не рассчитаны, а поэтому и экологические последствия такого захоронения непредсказуемы. И все это происходит, прежде всего, потому, что ни в Москве, ни в Московской области нет ни одного полигона для химически активных отходов.

Аналогичная ситуация имеет место не только с негодными к употреблению лекарственными препаратами, химическими элементами питания и другими химически активными отходами. Еще более заметным является отсутствие в городе системы обезвреживании биологических и медицинских отходов. При этом, если для обезвреживания биологических отходов животного происхождения существует одно специализированное предприятие, то ни о каких предприятиях по обезвреживанию инфицированных медицинских отходов или биологических отходов растительного происхождения и речи нет.

Все технологии обезвреживания этих опасных отходов с планах создания городских систем санитарной очистки не существуют. Поэтому единственная открытая система - переработки ТБО - принимает и медицинские и биологические отходы. Следствием этого являются распространение патогенных микроорганизмов, их неконтролируемые мутации в окружающей среде. В связи с этим появляется необходимость дополнительных природоохранных санитарно-эпидемиологических мероприятий в подсистеме переработки ТБО [6].

Часто определить состав отходов и отнести полигон к какому-либо типу можно лишь после детальных исследований.

По условиям эксплуатации выделяют:

1) карьерные (полигоны и свалки ТБО, расположенные в карьерах либо прочих выемках);

2) насыпные (полигоны и свалки ТБО в виде насыпей);

3) синтетическая группа: полигоны и свалки ТБО в виде насыпей, перекрывающих карьеры. При организации полигонов в сходных условиях объект, находящийся в выемке, всегда окажет более значительное воздействие на грунтовые воды вследствие близкого залегания отходов.

На полигонах, расположенных в карьерах, особенно в начальной стадии эксплуатации весьма сложно производить уплотнение отходов, поэтому происходит свободное аэрирование мусора и как следствие возгорание.

Полигоны же, расположенные на поверхности земли, будут в общем случае оказывать более значительное воздействие на окружающие грунты, почвы, растительность, поверхностные воды вследствие растекания фильтрата.

В итоге проведенной классификации каждый объект получает свою характеристику, в какой-то мере определяющей нагрузку на природную среду.

2.5.2 Типизация геолого-гидрогеологических условий по их устойчивости к воздействиям полигонов ТБО

Следующим этапом является типизация геолого-гидрогеологических условий по их устойчивости к воздействиям полигонов ТБО. По Грибановой Л.П. [21] к критериям устойчивости относят:

строение и мощность зоны аэрации;

наличие регионального и местного водоупоров, характер, мощность их распространения;

наличие избыточного напора вод в питьевых водоносных горизонтах карбона;

наличие водоносных горизонтов мезокайнозойского возраста, залегающих выше горизонтов карбона.

Все возможные критерии устойчивости подразделяют на две группы. В первую группу выделены факторы, обеспечивающие полную или частичную изоляцию компонентов природной среды от эмиссий или полей, вызванных действием полигона, т.е. ограничивающие природно-техническую систему в ядро.

Во вторую группу включены факторы, обеспечивающие способность природной среды к самоочищению - «буферность». Критерием эффективности факторов устойчивости этой группы являются нормативные показатели (ГОСТы, ПДК), а также разброс фоновых значений состава и состояния различных компонентов природной среды. В природе не существует четкой границы между этими двумя группами факторов.

К группе факторов изоляции относят наличие, либо отсутствие слоев водоупорных грунтов в зоне аэрации или ниже по разрезу. Наличие таких грунтов обеспечивает резкое снижение (до прекращения) инфильтрации загрязненных вод с полигона. При данном подходе пренебрегают мощностью водоупорных слоев, так как определяющими являются фильтрационные свойства грунтов (низкая проницаемость, теоретически позволяющая снизить распространение загрязненных вод до ничтожных величин). Наличие избыточного напора подземных вод также значительно понижает риск проникновения фильтрата в водоносные горизонты вследствие изменения тренда перетекания.

К группе факторов, характеризующих способность природной среды к самоочищению (постепенному распределению загрязнения), относят такие показатели, как мощность зоны аэрации и относительных водоупоров, минеральный и литологический состав грунтов, гидрогеологические показатели, характеризующие пропорции смешивающихся загрязненных и природных вод (модуль подземного стока, мощность водоносного горизонта), и т.д.

По отношению к распространению фильтрата по поверхности критерием изолированности будет служить отсутствие потоков загрязненных поверхностных вод, вытекающих с поверхности полигона (т.е. замкнутость полигона в гидрографическом аспекте - факторы рельефа и гидрографии). Факторами самоочищения будет являться разбавление (происходящее в поверхностных водотоках) и наличие гидрогеохимических барьеров.

Относительно распространения газа определяющими следует считать факторы самоочищения (т.е. выделение в атмосферу и рассредоточение в ней, а также деструкции компонентов газа вследствие химических процессов), так как изолировать среду от газа, выделяющегося в отличие от фильтрата при любых условиях, не представляется возможным. Аналогично следует рассматривать выделение тепла.

Загрязнение (химическое, тепловое, радиоактивное и т.д.) - это превышение естественных для различных элементов природной среды концентраций веществ и значений полей. Благоприятным является постепенное безопасное рассредоточение эмиссий, а не неопределенно длительное депонирование потенциально вредных веществ. В современной ситуации невозможно четко идентифицировать реакции природной среды, экосистем, отдельных организмов и человека, соответственно разделим их на опасные и индифферентные.

Наиболее важным в данном случае является то, какие элементы в первую очередь подлежат защите. Решение этого вопроса предполагает выделение группы факторов социальных приоритетов.

В случае загрязнения подземных вод к этим факторам следует причислить наличие водозаборов и изолированность эксплуатируемых водоносных горизонтов, распространение «буферных», не используемых в качестве источников водоснабжения горизонтов, перекрывающих эксплуатируемые.

При выборе участков под новые полигоны ТБО не удается все их разместить на благоприятных площадках. Вследствие этого необходимо на основании имеющегося опыта оценить реальную опасность размещения полигонов в различных геолого-гидрогеологических условиях. Накопленная информация позволяет выделить 3 типа условий геологической среды для размещения полигонов ТБО [5]:

Весьма неблагоприятные (с низкой степенью устойчивости). Такие площади характеризуются преимущественным отсутствием регионального водоупорного горизонта (юрских глин), заболоченные и заторфованные, подверженные карстовым и другим процессам, с наличие крупных водоохранных зон и урбанизированных территорий.

Неблагоприятные (со средней степенью устойчивости) - площади с маломощным не выдержанным в разрезе региональным водоупорным горизонтом, проявлением экзогенных геологических процессов, наличием развитой речной сети, водоохранных зон и урбанизированных территорий.

Благоприятные и ограниченно благоприятные площади (с высокой степенью устойчивости) характеризуются преимущественно выдержанным по простиранию и в разрезе водоупорными горизонтами юрских глин, наличием моренных отложений разной мощности, практически полным отсутствием проявления геологических процессов, водоохранных зон и урбанизированных территорий, слабо развитой речной сетью.

Выделенные типы геологической среды по устойчивости к воздействию полигонов ТБО представлены на рис. 2.1.

Представленная на рис. 2.1. схема дает лишь весьма общее представление об устойчивости к воздействию полигонов ТБО, так как изменчивость рассматриваемых показателей весьма велика и на территориях, относимых в целом к устойчивым, при детализации обязательно выявляются участки средней и низкой устойчивости и наоборот. Как пример, можно привести развитие заболоченности, отсутствие защищенности грунтовых вод на ряде участков Клинско-Дмитровской гряды, которая в целом, вследствие сдренированности водоразделов, наличия мощных прослоев глин в зоне аэрации, повсеместного развития юрского водоупора, рассматривается, как устойчивая территория.

Как уже было сказано, помимо изучения геологических условий среды, выбор местоположения проектируемого накопителя отходов требует тщательного гидрогеологического обоснования [17]. Оно включает:

оценку условий природной защищенности подземных вод;

изучение взаимодействия загрязняющих веществ по водоносному горизонту;

прогноз миграции загрязняющих веществ по водоносному горизонту;

изменение качества воды на водозаборах;

прогноз разгрузки в реки и водоемы;

размещение наблюдательных скважин.

Под защищенностью природных вод понимается перекрытость водоносного горизонта отложениями, прежде всего слабопроницаемыми, и гидродинамические условия, препятствующие проникновению загрязняющих веществ с поверхности земли в подземные воды. К слабопроницаемым относятся отложения (супеси, суглинки, глины и др.), k фильтрации которых <0,1 м/сутки, Качественная оценка защищенности производится по сумме баллов, оценивающих глубину залегания уровня грунтовых вод, мощность слабопроницаемых отложений, их литологию и фильтрационные свойства. Чем больше сумма баллов, тем лучше условия защищенности [21].

Геолого-гидрогеологические условия имеют разное значение в зависимости от объемов складируемых веществ. Мелкие полигоны (Ивково, Луховицы и др.) не загрязняют грунтовые воды выше ПДК, причем эффективное очищение и разбавление фильтрата может происходить и без глинистых грунтов в зоне аэрации. Небольшая нагрузка на природную среду позволяет для оценки условий размещения малых и средних по объему полигонов ТБО рассматривать концепцию рассредоточения фильтрата. Например, выявлено, что наличие моренных отложений мощностью в 5-7 м (полигоны Непеино, Суханове) является достаточным для обеспечения защиты горизонта грунтовых вод от загрязнения в случае размещения средних по размеру полигонов без примеси токсичных отходов.

При складировании весьма больших объемов отходов сорбционные свойства ледниковых отложений могут оказаться недостаточными для обеспечения защиты водоносных горизонтов. Изучение Щербинского полигона показывает возможность проникновения загрязняющих веществ даже через толщу юрских глин, однако, в весьма небольших количествах. При захоронении обычных бытовых и нетоксичных промышленных отходов данный процесс фактически не представляет опасности вследствие интенсивного разубоживания загрязнителя. Однако, при совместном захоронении бытовых и радиоактивных токсичных отходов следует оценивать складирование с расчетом на депонирование выделяющегося фильтрата. В данном случае благоприятными условиями являются лишь области распространения глинистых отложений регионального водоупора.

При изучении каталога полигонов (Грибанова, 1993) было выявлено, что из 53 объектов 40 из них расположены на территории, где зона аэрации представлена преимущественно песками и где, следовательно, при образовании фильтрата определенная часть загрязняющих веществ будет неизбежно поступать в грунтовые воды. Из этих участков на 10 отсутствуют, либо спорадически распространены глины юрского регионального водоупора, кроме того, на 5 полигонах повышена опасность перетекания фильтрата в эксплуатируемые водоносные горизонты в связи с отсутствием напора подземных вод (Озеры, Зарайск).

Ряд полигонов расположен на заболоченных участках, на которых возможен непосредственный контакт отходов с водой (Шатура, Часцы, Малая Дубна). Имеются случаи захоронения отходов в карьерах, выбранных до уровня вскрытия горизонта грунтовых вод и затопления основания отходов (Тимохово, Царево). Выявлены также случаи сброса отходов в карьеры известняков, то есть, в водовмещающие породы, при использовании воды в питьевых целях (Зарайск, Серебряные Пруды). Ряд полигонов находится в непосредственной близости от поверхностных водотоков. Имеются примеры расположения полигонов на участках, занятых торфяниками (Рошаль).

При рассмотрении полигонов ТБО в соответствии с ранее сказанным, все рассмотренные полигоны были расклассифицированы на две группы по степени экологической опасности (учитывались характеристика самого объекта и степень устойчивости среды в районе его расположения): опасные, относительно безопасные. Выявлено, что из 53 полигонов, 35 являются опасными.

К наиболее опасным в первую очередь относятся крупные полигоны, полигоны, принимающие радиоактивные и токсичные отходы, а также расположенные на заболоченных участках, торфяниках, вблизи урбанизированных зон. Некоторые объекты представляют серьезную экологическую угрозу для окружающей природной среды, в том числе для человека («Тимохово» в Ногинском районе, «Гжельский» в Раменском, «Слизнево» в Наро-Фоминском, «Кулаково» в Чеховском, «Троицкий» в Подольском и др.). В связи с этим данные объекты подлежат первостепенному экологическому изучению, разработке проектов на их закрытие и рекультивации со срочной локализацией их негативного воздействия на природную среду.

3. Экологическая опасность полигона ТБО «Саларьево»

Полигон твердых бытовых отходов «Саларьево» был выбран как один из четырех наиболее крупных полигонов ТБО в Московской области. Также этот полигон принимает наибольшее количество отходов, образующихся в г. Москве (1,4 млн. т отходов из 3,5 млн. т). Выбор также обусловлен тем, что данный полигон эксплуатируется с 1963 г., и за все время функционирования ни разу не была проведена рекультивация, что подтверждает экологическую опасность полигона.

Для того, чтобы проанализировать и оценить экологическую опасность полигона ТБО «Саларьево», необходимо детально рассмотреть физико-географические условия его расположения, функциональное зонирование прилегающей территории, а также непосредственное воздействие полигона ТБО на окружающую среду. При оценке экологической опасности полигона будет использована методика, предложенная во второй главе.

Таким образом, начальным этапом наших исследований является характеристика полигона ТБО «Саларьево» по следующим параметрам: размер объекта и объем складируемых отходов; состав отходов; расположение объекта (карьер, в виде насыпи).

По нашей типизации полигонов ТБО Московской области полигон «Саларьево» относится к первому классу, то есть является крупным и уникальным полигоном, принимающим отходы г. Москвы. Площадь полигона в границах землеотвода - 59,0 га, в том числе:

- площадь участков, загруженных отходами и подлежащих рекультивации -31,85 га (1 этап рекультивации - 12,09 га, 2 этап рекультивации -19,76 га);

- площадь участка дозагрузки -15,0 га;

- площадь территории хозяйственного двора -1,6 га;

- площадь, занимаемая водоотводными сооружениями - 2,4 га;

- площадь неосвоенной территории, подлежащей озеленению - 8,15 га.

Состав отходов полигона «Саларьево» крайне неоднороден. Полигон был организован в 1963 г., и в разные годы складировались промышленные отходы предприятий г. Москвы и г. Видное, а также твердые бытовые отходы г. Видное и близлежащих населенных пунктов. Полигон «Саларьево» был временно закрыт в начале 90-х годов, а с 1993 года вновь начал эксплуатироваться ГУЛ «Промотходы».

В настоящее время на полигоне складируются промышленные, строительные и бытовые отходы, образующиеся г. Москве и в Ленинском районе Московской области. Как мы уже отмечали раньше, в Московской области не существует специальных полигонов для промышленных отходов, поэтому на полигоны ТБО вывозятся промышленные отходы 3-го и 4-го класса опасности, по своим свойствам сходные с твердыми бытовыми отходами. Мы будет называть полигон «Саларьево» полигоном твердых бытовых отходов, хотя промышленные отходов составляют немалую часть всех накопленных здесь отходов.

По расположению объекта и условиям эксплуатации полигон относится к синтетической группе (карьерно-насыпной). Полигон «Саларьево» был организован на месте отработанного месторождения покровных суглинков, в карьере глубиной 1-3 м. Сейчас это насыпь, перекрывающая карьер, с максимальной мощностью отходов - 45 м.

Подобное расположение создает ряд трудностей, так как основание полигона расположено ниже поверхности земли. Также при значительной высоте насыпи возникает сложность оценки устойчивости откосов.

полигон отходы экологический район

3.1 Физико-географическая характеристика района размещения полигона ТБО «Саларьево»

Участок размещения полигона «Саларьево» находится в пределах Смоленско-Московской моренной возвышенности, на территории Теплостанского ландшафта, который занимает самые возвышенные местоположения в Москворецко-Окской физико-географической провинции. В основании Теплостанского ландшафта - выступ юрских глин и меловых песков, заполнивших мощной толщей (100 м) палеозойскую тектоническую депрессию [30]. В состав описываемого ландшафта входит два вида местности. Местность моренных равнин, к которой относится данный полигон ТБО, занимает второй ярус рельефа, окраинное и часто приречное положение. Урочища-доминанты - волнистые, пологонаклонные моренные равнины, сложенные покровными суглинками на морене. Они большей частью застроены или находятся под мелколиственными с дубом, липой и сосной разнотравно-широкотравными лесами на дерново-слабо- и дерново-среднеподзолистых, нередко смытых почвах.

Северо-западнее полигона в пойме ручья отмечаются дерново-глеевые и болотные почвы под луговой, влажно-луговой и кустарниковой растительностью.

Абсолютные отметки поверхности исследуемой площади колеблются в пределах 180-200 м. Гидрографическая сеть развита слабо. Участок представляет собой холмистую поверхность, расчлененную сетью ложбин, продолжением которых (за пределами участка) являются верховья ручьев бассейна р. Сетунь. Характерные уклоны поверхностей I = 0,01.

На северо-западе участка протекает безымянный ручей, формирующийся за счет фильтрата с полигона и атмосферных осадков и впадающий в р. Сетунь (бассейн р. Москвы). В долине ручья наблюдаются заболоченные участки. Пойма имеет ширину 50-100 м, в верховьях запружена.

3.1.1 Климатические условия

Краткая климатическая характеристика района расположения полигона «Саларьево» подготовлена по данным наблюдений метеорологической станции [41].

Рассматриваемая территория располагается в зоне избыточного увлажнения с умеренно-континентальным климатом. Самый холодный месяц январь, средние значения температуры -7,4 град. Самый теплый месяц - июль со средними температурами +17,9 град.

Преобладающее направление ветров в летнее время - северное, северо-западное и западное, а в осенне-зимнее - южное и юго-западное. Средняя годовая скорость ветра составляет 2,1 м/с. Средние месячные скорости ветра достигают наибольших значений зимой и в переходные сезоны, наименьшие среднемесячные скорости ветра наблюдаются летом.

Среднемноголетнее количество атмосферных осадков составляет 583 мм. Наибольшее количество осадков выпадает в течение июля - сентября (до 50% от годового количества осадков), величина испарения составляет 340-360 мм в год.

Среднегодовое значение относительной влажности воздуха составляет 79%. В течение года наименьшие ее значения наблюдаются в мае, наибольшие - в декабре.

Число дней со снежным покровом составляет около 150 в году. Территория исследования находится в зоне устойчивого зимнего промерзания пород, достигающего в наиболее суровые зимы глубины до 1,5 м, Максимальная инфильтрация атмосферных осадков и соответственно подъем уровня грунтовых вод наблюдается в конце марта - середине апреля, в период интенсивного снеготаяния.

Среднее число дней в году с туманом составляет 40. Минимум числа дней с туманом приходится на май и июнь, максимум, в основном, на холодный период года (сентябрь-март).

3.1.2 Геолого-гидрогеологические условия

В геологическом строении района принимают участие каменноугольные, юрские, меловые и четвертичные стратиграфо-генетические комплексы пород. Описание геологического разреза территории приводится на основании материалов «Отчета о комплексном изучении территории полигонов ТБО Московской области и составление прогнозов изменения геологической среды» (1992).

Каменноугольная система представлена средним отделом Московского яруса, нерасчлененными отложениями, каширской и подольской свитой. Отложения каменноугольной системы развиты повсеместно и залегают на глубине 70-80 м. на абсолютных отметках 110-125 м. под юрскими глинами. В литологическом составе толщи преобладают известняки трещиноватые, кавернозные, с прослоями доломитов и мергелей. Мощность отложений 100-120 м. (по данным бурения в Солнцевском районе).

Юрские отложения распространены повсеместно. Перекрываются глинами волжского яруса, подстилаются известняками среднего карбона на глубине 60-65 м на абсолютных отметках 110-155 м.

Меловые отложения распространены повсеместно и залегают на юрских глинах или алевритах на глубине 27-30 м. (абсолютные отметки 152-165 м.)

Четвертичные отложения на рассматриваемой территории развиты повсеместно и вскрыты всеми скважинами (рис. 3.2.).

Флювиогляциальные и озерно-ледниковые отложения времени наступания ледника развиты почти повсеместно в виде маломощных слоев выклинивания на севере и юго-востоке, и залегают под перекшинский мореной на глубине 10-15 м. Мощность отложений изменяется от 3 до 10 м.

Болотные отложения развиты ограниченно на северо-западе территории и приурочены к локальным понижениям в пойме ручья. Представлены суглинками иловатыми, зеленовато-голубоватыми, или заторфованными бурыми разностями. Мощность 1-2 м

Техногенные отложения представлены бытовыми и промышленными отходами полигона «Саларьево». Залегают в виде насыпи высотой 8-10 м (состояние на 1992 г.). Подстилаются отложениями московской свиты - моренными суглинками или флювиогляциальными и озерно-ледниковыми отложениями. Мощность отходов до 15 м.

В непосредственной близости от полигона территория носит ярко выраженный характер развития техногенных процессов, связанных с деятельностью полигона ТБО. В связи с тем, что на полигон постоянно сбрасываются бытовые и промышленные отходы, вблизи полигона отмечается техногенная эрозия почв: нарушен естественный природный рельеф и создан новый техногенный тип рельефа, нарушен почвенно-растительный слой.

Территория Саларьевского полигона ТБО тяготеет к южному крылу Московского артезианского бассейна. Подземные воды приурочены к отложениям четвертичной, меловой, юрской и каменноугольной системы, в составе которых выделяются следующие водоносные и водоупорные горизонты: