Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в Северо-Западном регионе Российской Федерации ежегодно образуется и захоранивается более 5 тыс. т токсичных отходов, что в основном обусловлено низкими значениями коэффициента использования промышленного сырья. Накопление и складирование отходов приводит к изменению естественных ландшафтов, загрязнению атмосферного воздуха, природных вод, почв и грунтов.
Специализированной территорией размещения промышленных токсичных отходов Санкт-Петербурга и Ленинградской области является государственное природоохранное предприятие «Полигон «Красный Бор». Это экспериментальное предприятие эксплуатируется с 1970 года и имеет весьма значительные недостатки, такие как устаревшая технология переработки и захоронения отходов, а также технология рекультивации закрытых карт.
В существующем состоянии полигон «Красный Бор» является опасным источником загрязнения поверхностных и грунтовых вод водосбора реки Нева и ее притоков. Ежегодно, в среднем, около 250тыс.м3 сильно загрязненных стоков разгружается в естественную гидрографическую сеть, создавая угрозу загрязнения вод, используемых для водоснабжения Санкт-Петербурга и Ленинградской области.
В этой связи возникает необходимость проведения комплексной, количественной оценки негативного воздействия полигона «Красный Бор» на компоненты природной среды и разработки комплекса средозащитных мероприятий по предотвращению дальнейшего загрязнения территории воздействия полигона.
Проблемы формирования и воздействия хранилищ отходов на окружающую среду нашли отражение в трудах ученых и специалистов различных стран (Гальперин А.М., Демин А.М., Ферстер В., ШефХ.Ю., Пашкевич М.А., Гольцова Н.И., Шуберт Р., Плющ Л.В.). Большое внимание уделялось вопросам защиты природных вод от загрязняющих компонентов, мигрирующих с территории хранилищ отходов (Дашко Р.Э., Гликман А.Г.). Тем не
менее, несмотря на высокую экологическую опасность полигонов захоронения отходов не разработаны технологические решения, позволяющие на длительный период эффективно снизить воздействие полигонов на компоненты природной среды.
Цель работы: повышение эколого-технической безопасности полигона захоронения токсичных отходов «Красный Бор» за счет внедрения комплекса средозащитных технологий.
Идея работы: снижение техногенной нагрузки на природные воды и почвенно-растительный покров следует проводить экранированием поверхности хранилищ и сооружением противофильтрационного барьера, предотвращающего миграцию загрязненных вод с территории полигона «Красный Бор».
Задачи исследования:
-
Выявление механизма формирования техногенных ореолов и кинетики процессов миграции поллютантов в районе расположения полигона «Красный Бор»;
-
Оценка интенсивности миграции загрязнителей в гидросфере и литосфере, исследование потенциальных возможностей самоочищения почвогрунтов и вод;
-
Определение параметров и показателей санитарно-гигиенической рекультивации, обеспечивающей эффективную изоляцию захороненных отходов от инфильтрации атмосферных осадков;
-
Разработка технологии вертикального экранирования для предотвращения фильтрации сточных вод с территории полигона к бассейну реки Нева и её притокам;
-
Прогноз изменения состояния природной среды после внедрения средозащитных технологий.
Научная новизна работы:
выявлены закономерности распространения фронта гидрогеохимического ореола загрязнения, а также трансформации физико-химического состава поверхностных и подземных вод, приповерхностных отложений на территориях захоронения токсичных отходов;
установлены зависимости изменения фильтрационных потерь с территории полигона «Красный Бор» по
неотектоническим нарушениям в зависимости от параметров противофильтрационного вертикального экрана из модифицированной кислотно-щелочным гидролизом кембрийской глины. Основные защищаемые положения:
-
Повышенный уровень неотектонической активности на полигоне «Красный Бор», оцененный по коэффициенту контрастности радонового потока, приводит к формированию фронта гидрогеохимического ореола загрязнения общей площадью 650 га с распределением поллютантов по экспоненциальному закону в зависимости от качественного и количественного состава отходов.
-
Снижение экологической опасности полигона может достигаться повышением показателя искусственной защищенности путем минимизации расхода инфильтрационных вод горизонтальным экранированием поверхности карт, а также экранированием путей фильтрации токсичных дренажных вод по тектоническим нарушениям модифицированными кислотно-щелочным гидролизом глинами повышенной сорбционной емкости.
Методы исследований. В работе использовался комплекс методов исследований: системный анализ захоронения отходов на основе исследований российских и зарубежных ученых; системно-структурный анализ строения полигона, ореолов и потоков загрязнения в районе захоронения отходов; аналитические, ландшафтно-геохимические, биоиндикационные, экспериментальные работы в полевых и лабораторных условиях; метод спектрально-сейсморазведочного профилирования; методы математической статистики.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается использованием исходных материалов, полученных на полигоне «Красный Бор»; применением современных методов анализа, а также подтверждается большим объемом лабораторных и экспериментальных исследований состояния окружающей среды в районе полигона «Красный Бор».
Практическая значимость работы:
разработана методика оценки формирования техногенных ореолов и кинетика процессов миграции поллютантов в районе расположения полигона «Красный Бор»;
разработана конструкция горизонтального защитного экрана для предотвращения инфильтрации атмосферных осадков через заскладированные отходы;
разработана конструкция вертикальной противо-фильтрационной стенки для предотвращения фильтрации сточных вод с территории полигона;
определены оптимальные параметры средозащитных технологий.
Личный вклад автора работы заключается в постановке
цели, задач и разработке методики исследований; в личном участии
в отборе проб почвы, поверхностных вод и дальнейшем их
качественном анализе в лаборатории; проведении
биоиндикационных исследований в зоне воздействия полигона; в анализе влияния полигона «Красный Бор» на природную среду и оценке основных путей миграции токсикантов с территории техногенного массива; в обосновании комплексного подхода к снижению негативного воздействия полигона: экранирование поверхности захороненных карт и сооружение вертикального противофильтрационного барьера; в эколого-экономической оценке технологического процесса горизонтального и вертикального экранирования территории складирования токсичных отходов.
Реализация работы осуществляется в следующих направлениях:
-разработанные технические предложения по минимизации негативного воздействия и экологическому мониторингу зоны влияния полигона «Красный Бор» предложены для использования при проектировании природоохранных мероприятий ЗАО «Инженерный Центр ВНИИГ».
-результаты работы используются в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета) при проведении лабораторных и
практических занятий по дисциплинам: «Экология», «Геохимия окружающей среды», «Экологический мониторинг».
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных и российских симпозиумах, научных и научно-технических конференциях, совещаниях, выставках, в том числе: VII международном научном симпозиуме им. Академика МА.Усова (Томск, 2003 г.), Политехническом симпозиуме «Молодые ученые — промышленности Северо-Западного региона» (Санкт-Петербург, 2004 г.), международной конференции «Экология и рациональное природопользование» (Санкт-Петербург, 2004 г.), международной конференции «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2005 г.), научной конференции МГГУ «Неделя горняка» (Москва, 2005 г.), V Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (НТТМ-2005, Москва, 2005 г.), и были отмечены сертификатами, дипломами, медалью.
Публикации: Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 13 научных трудах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержит 194 страницы машинописного текста, 53 рисунка, 26 таблиц и список литературы из 80 наименований.
