Экологическая опасность полигонов

ВВЕДЕНИЕ

Рост потребления, особенно в крупных городах России, приводит к увеличению объемов образования бытовых отходов. По данным Росприроднадзора основной технологией утилизации таких отходов в нашей стране является их захоронение на полигонах, а также на санкционированных и несанкционированных свалках. Отходы, при их бесконтрольном размещении на свалках, негативно воздействуют на окружающую среду, являясь источником поступления вредных химических и биологических веществ в грунтовые и поверхностные воды, атмосферный воздух и почву, создавая определенную угрозу здоровью и жизни населения. Поэтому предотвращение попадания вредных веществ из отходов во внешнюю среду является важнейшей задачей экологической безопасности при обращении с коммунальными отходами. Проблемы переработки и утилизации бытовых отходов связаны со сложностью их морфологического состава. До настоящего времени не существует единого мнения относительно того, какая из технологий их переработки и утилизации является наиболее рациональной. Сложность решения проблем утилизации бытовых отходов обуславливается необходимостью применения капиталоемкого оборудования и трудностью решения многофакторной задачи эколого- экономического обоснования выбора конкретной технологии утилизации бытовых отходов. К бытовым отходам относятся отходы, образовавшиеся в результате потребления продукции физическими лицами, а также готовые товары (продукция), использованные населением для удовлетворения личных потребностей и утратившие свои потребительские свойства, в том числе: В практических задачах чаще всего используют три следующих способа классификации отходов: по агрегатному состоянию, по происхождению, по видам воздействия на природную среду и человека. Под твердыми бытовыми отходами понимают остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые образовались в процессе потребления, а также товары (продукция), утратившие свои потребительские свойства.

В данном докладе рассмотрена проблема обеспечения экологической безопасности полигонов ТБО, как источников выделения метансодержащего биогаза, дано понятие усовершенствованной методики приоритетности при оценке длительного воздействия полигонов ТБО на окружающую среду и выявления экологического риска.

 

Решение проблемы повышения экологической безопасности полигонов ТБО достигается за счет разработанной концепции мультибарьерной защиты, на основе которой предложен принципиально новый комплекс технико-экологических мероприятий, рекомендуемый при проектировании биогазовых полигонов ТБО.

По характеру складируемых отходов полигоны подразделяются на полигоны промышленного, бытового и смешанного типа.

Немаловажной характеристикой является размер полигона. По этому критерию полигоны подразделяются:

-крупные (площадь превышает 16 га) — протяженность влияния подобного полигона не менее 1500 м. Данный вид полигонов имеет промышленный и смешанный тип мусора, который оказывает очень сильное воздействие на все зоны окружающей среды;

-средние (площадь составляет от 4–16 га) — протяженность влияния подобной площадки оценивается в 800–900 м. На таких полигонах имеется высокая опасность заражения окружающей местности радионуклидами;

-мелкие (площадь не превышает 4 га) — Зона влияния данного вида полигона находится в пределах от 500 до 600 м.

По степени опасности выделяют три группы полигонов захоронения:

-I — потенциально опасные полигоны;

-II — полигоны средней экологической опасности;

-III — полигоны, относительно безопасные и практически не оказывающие воздействие на окружающую среду.

В настоящее время одним из основных методов санитарной очистки городов и населенных пунктов от твердых бытовых отходов (ТБО) является депонирование их на полигонах и свалках. В этих условиях отходы подвергаются интенсивному биохимическому разложению, которое вызывает в частности генерацию свалочного биогаза (СБ).

К основным негативным факторам влияния биогаза на окружающую среду, образуемого на полигоне, можно отнести следующие:

1. Токсическое воздействие вследствие  возможного содержания в газе токсичных примесей;

2.Миграция газа в грунте приводит к попаданию его в подвалы зданий, коллекторы и др. подземные коммуникации;

3. Скопления смесей горючего газа и воздуха взрывоопасно;

4. Основные компоненты биогаза ТБО, метан и диоксид углерода, в конечном итоге ведут к глобальному повышению температуры во всем мире;

5. Постепенное накопление газа в толще отходов приводит к образованию локальных полостей, которые создают опасность просадки грунта и очагов возгорания в теле свалки при поступлении воздуха извне, особенно в теплое время года.

Приведенный выше перечень негативных факторов влияния биогаза на окружающую среду свидетельствует о необходимости проведения мероприятий по борьбе с эмиссией биогаза [7, с.98–102].

Эмиссии СБ, поступающие природную среду формируют негативные эффекты как локального, так и глобального характера. Свалочный биогаз основным макрокомпонентом, которого является метан, попадает в атмосферу и участвует в увеличении парникового эффекта. Свободное распространение СБ приводит также к загрязнению атмосферы прилежащих территорий, создавая тем самым опасность токсического воздействия вследствие возможного содержания в газе токсичных примесей. Кроме того, неконтролируемая эмиссия СБ приводит к возникновению пожаров и увеличению риска взрывов.

Особенно остро при эксплуатации полигонов ТБО стоит проблема пожаров и возгораний. Пожары и возгорания возникают при достаточном количестве кислорода в толще полигона, когда помимо окисления органических компонентов происходит окисление неорганических соединений.

 Биохимическое разложение повышает температуру отходов до 40-70 °С, что активизирует процессы химического окисления и ведёт к дальнейшему повышению температуры [1].

Зачастую отток тепла из толщи свалки недостаточен, что приводит к самовозгоранию отходов. Горение может происходить как на поверхности (открыто), так и в толще отходов (скрытое, пиролитическое горение). При скрытом горении происходит разогрев поверхностных горизонтов отходов до 155 °С [2]. Распространение газа и неприятного запаха происходит на расстояние дот 300 - 400 метров [3]. Вызываемые газом свалок нагрузки от запаха обусловлены наличием примесей таких компонентов как сероводород, органические соединения серы (меркаптаны), различные эфиры, алкинбензолы и др. Эти вещества с интенсивным запахом часто в малых количествах оказывают вредное действие на самочувствие жителей близлежащих районов.

При горении ТБО дымовые газы и запах распространяются на расстояние до нескольких километров. Прогнозирование и предупреждение пожаров крайне затруднено, так как трудно определить возможные очаги повышения температур из-за различной удельной теплоёмкости отходов. Пока огонь или дым не вышли на поверхность, обнаружить очаг возгорания визуально практически невозможно.

Под толщей отходов выгорают большие пустоты, что приводит к просадкам слоев отходов. Следует учитывать также, что продукты горения высокотоксичны. Задача ликвидации таких очагов сложна и требует больших затрат.

При горении отходов выделяется целый комплекс особо опасных веществ. Поэтому неорганизованное сжигание отходов представляет собой чрезвычайную опасность. Наряду с прямой угрозой человечеству и всему живому на планете, вещества, выделяющиеся при разложении и сгорании ТБО, уменьшают толщину озонового слоя Земли, усиливают "парниковый эффект" и ухудшают экологическую ситуацию в целом. Территории, непосредственно прилегающее к полигонам, подвергаются усиленному воздействию вредных веществ.

В продуктах сгорания отходов опасных металлов в некоторых случаях в тысячи раз больше, чем в "обычном" воздухе. Токсичные металлы выбрасываются в форме солей или оксидов, то есть в устойчивом виде, и могут лежать неопределенное число лет, накапливаясь постепенно и с пылью попадая в организм человека. Малые концентрации оксида углерода вызывают блокаду гемоглобина и обусловленное этим кислородное голодание тканей, к которому, как известно, наиболее чувствительна центральная нервная система. Это вызывает прежде всего изменение функционального состояния коры головного мозга, что в большей или меньшей степени отражается на состоянии внутренних органов. Кроме вышеперечисленных веществ, отдельную опасность представляют твёрдые остатки горения. Они в больших количествах содержат канцерогены и другие вредные вещества, которые приводят к серьёзным заболеваниям, в том числе онкологическим. Приведенный перечень негативных явлений убедительно свидетельствует о необходимости борьбы с эмиссиями свалочного биогаза. Основным методом, обеспечивающим решение этой задачи, является технология экстракции и утилизации свалочного биогаза. По этой причине во многих развитых странах мира осуществляются специальные мероприятия по минимизации эмиссии СГ.

Для обеспечения безопасной эксплуатации и оздоровления территорий следует осуществлять мероприятия, направленные на снижение или исключение попадания вредных компонентов в окружающую среду. Основным критерием при принятии решения об организации таких мероприятий является риск нанесения ущерба природной среде.

В настоящее время для оценки вредного воздействия полигонов бытовых отходов на окружающую среду применяется Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба [4], имеющая ряд недостатков:

- отсутствие учета местных  условий распространения вредных  веществ в атмосфере и грунте;

- отсутствие учета вреда, наносимого здоровью людей при  воздействии эмиссий на жилые здания;

- отсутствие формул для  количественной и качественной  оценки выделяющихся вредных веществ с полигона ТБО;

- отсутствие формул для  оценки опасности полигона ТБО  в качестве источника выделения вредных веществ для определения целесообразности оборудования его системами дегазации;

- при укрупненных оценках  предотвращенного ущерба источники выделения вредных веществ в городе или регионе рассматриваются как единый «приведенный источник».

Кроме того, при определении ущерба атмосфере, наносимого полигонами ТБО, необходимо установление предельных значений экологического вреда, при которых должны осуществляются мероприятия по обеспечению экологически безопасной эксплуатации свалок. Поэтому для оценки длительного воздействия полигонов ТБО на окружающую среду и выявления риска предлагается использовать усовершенствованную методику приоритетности.

Метод приоритетности заключается в сравнительной оценке риска негативного воздействия свалок на природную среду. Исходя из опасности полигонов ТБО (r0), проводится оценка влияния местных условий на выделение вредных веществ из источника (полигона) (mI), их перемещение до объекта защиты в окрестностях полигона (тII) и действие на защищаемые объекты (качество воздушной среды в надземных и подземных сооружениях).

Суммарное негативное влияние выражается произведением:

m = mI × тII × тIII (1)

Поэтапная адаптация относительных рисков к местным условиям осуществлялась по следующим критериям:

- опасность вещества (r0) ×  выход (mI) = риск выхода (r1);

- риск выхода (rI) × перемещение к объекту (тII) = риск перемещения к объекту (rII);

- риск перемещения к  объекту (rII) × действие на объект (тIII) = риск действия на объект (rIII).

- риск действия на объект (rIII) × значение (mIV) = взвешенный риск (rIV) Найденное значение rIV соответствует риску, при котором необходимо принятие мер по обеспечению экологически безопасной эксплуатации полигона

Принцип мультибарьерной экологической защиты полигонов ТБО заключается в определении качества отходов, поступающих на полигон, естественных условий площадки размещения полигона и разработке решений по строительству, эксплуатации и рекультивации полигонов. Проектирование, строительство, эксплуатация и рекультивация полигонов в соответствии с предлагаемым принципом направлено на обеспечение экологической безопасности полигонов ТБО на протяжении всего его жизненного цикла. Для реализации предлагаемого принципа были выделены три группы мероприятий. Мероприятия по оценке качества отходов направлены на снижение экологической опасности полигона за счет снижения количества загрязняющих веществ в отходах. В методическом аспекте эти мероприятия основаны на прогнозировании эмиссий загрязняющих веществ от полигонов, принимающих отходы различного химического состава.

Реализация этого принципа заключается в предварительной подготовке отходов перед захоронением (сортировка), разработке рекомендаций по приему отходов на полигоны.

Группа мероприятий по оценке естественных условий площадки размещения полигона основана на разработке критериев и рекомендаций выбора безопасного района размещения. Особенную роль при выборе района размещения полигона играет наличие естественного геохимического барьера, зоны аэрации, обладающего водоупорными, сорбционными свойствами. Использование геохимических барьеров в практике захоронения отходов обосновано российскими и зарубежными учеными (Перельман А.И., 1961; Разнощик В.В., 1983; Максимович Н.Г., 1992; Блинов СМ., 2000) и находит широкое применение в нормативных требованиях, математических моделях прогнозирования миграции загрязняющих веществ, практике проектирования полигонов.

Мероприятия по искусственной защите полигонов рассматривают такие аспекты как строительство, эксплуатация и рекультивация полигонов ТБО. Разработка решений осуществляется на основе установления качества отходов, анализе естественных условий площадки захоронения ТБО. Технология процесса захоронения отходов должна позволить максимально интенсифицировать стабилизацию массива отходов на протяжении контролируемых этапов жизненного цикла полигона ТБО (эксплуатационного и рекультивационного), минимизировать возможные вредные воздействия на геосферу, а так же получить дополнительный источник энергии в виде метансодержащего биогаза.

Процесс захоронения отходов должен осуществляться таким образом, что бы в период контролируемого функционирования полигона происходила как можно более полная деструкция ТБО, снижающая потенциал их опасности, а также повышающая и стабилизирующая метанообразование ТБО. Этому способствует послойное внесение в ТБО разработанного инициирующего слоя, выполняющего функцию регулятора – биодобавки, ускоряющего процесс биодеградации ТБО на полигоне и выхода метана в составе биогаза. Помимо конструктивных особенностей противофильтрационного экрана, регламентируемых нормативными документами, важно подобрать оптимальный для существующих условий и технических характеристик полигона материал противофильтрационного экрана (ПФЭ). Он представляет собой фото – и биоразрушаемые полимеры (ФРМ и БРМ) с регулируемым сроком службы.