Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние проблемы хлорорганических отходов, способов их утилизации и оценка влияния полигона захоронения на окружающую среду 13
1.1. Механизм вредного воздействия производства хлоруглеводородов на окружающую среду 16
1.2. Методы определения и предварительная оценка токсичности 20
1.3. Методика прогноза распространения загрязнителей в грунтах и грунтовых водах 27
1.4. Полигоны по захоронению токсичных промышленных отходов 29
1.5. Мониторинг состояния окружающей среды 33
1.6. Возможные методы утилизации и переработка отходов хлорорганических производств 35
2. Модели производства продуктов хлорорганического синтеза, принципиальны технологические схемы и виды отходов 38
2.1. Модель производства хлористого аллила 41
2.2. Модель производства перхлорэтилена 46
2.3. Модель производства хлористого винила 49
3. Природные условия и источники техногенного загрязнения территории полигона «Цветаевский» 56
3.1.Физико-гегеографическая обстановка 58
3.2. Геолого-гидрологические условия района и территории полигона 60
3.3. Сведения об источниках загрязнения 63
3.4. Стационарные гидрогеологические наблюдения и состояние наблюдательной сети скважин 65
3.5. Характеристика и оценка защищенности грунтовых вод от загрязнения 69
4. Условия и процессы формирования ареала загрязнения полигона «Цветаевский» 73
4.1. Механизм поступления загрязняющих веществ в окружающую среду и оценка токсического воздействия компонентов смеси отходов 73
4.2. Определение класса опасности отходов 82
4.3. Экологический мониторинг 90
4.3.1. Основные параметры и характеристики, отслеживаемые при системном наблюдении 90
4.3.2. Анализ поведения загрязняющих компонентов в грунтовых водах полигона 94
5. Оценка воздействия полигона на окружающую среду и прогнозирование экологических рисков 108
5.1. Показатели экологической нагрузки на природную среду 110
5.1.1.Показатель демографического воздействия 110
5.1.2. Показатель физико-механического воздействия 111
5.1.3. Показатель технологического воздействия 111
5.2. Оценка воздействия полигона на окружающую среду 114
5.2.1. Определение параметров грунта и загрязнителей, воды 116
5.2.2. Вычисление скоростей распространения загрязнителя 117
5.2.3. Вычисление площадей растекания загрязнителей 118
5.2.4.Вычисление адсорбированной і-м грунтовым слоем массы загрязнителя 118
5.2.5. Определение массы загрязнителя, попавшего в грунтовые воды 119
5.2.6. Временная продолжительность поступления загрязнения до уровня грунтовых вод 119
6. Пути решения проблемы утилизации, захоронения хлорорганических отходов и возможные методы утилизации 121
Заключение 138
Список использованных источников 141
- Механизм вредного воздействия производства хлоруглеводородов на окружающую среду
- Модель производства хлористого аллила
- Геолого-гидрологические условия района и территории полигона
- Механизм поступления загрязняющих веществ в окружающую среду и оценка токсического воздействия компонентов смеси отходов
Введение к работе
Актуальность работы. Большая часть взятых у природы и использованных неэффективно ресурсов возвращается к ней в виде отходов. Из 120 млрд. тонн вещества, вовлекаемого в производство, 94% поступает обратно в окружающую среду в виде отходов: бытовых, промышленных (при добыче полезных ископаемых) разной степени токсичности. По фазовому состоянию их делят на жидкие, твердые или смесь твердой, жидкой и газовой фаз. Такое разнообразие отходов обеспечивает широкий диапазон их систематизации по токсичности и составу. Загрязнение связано с поступлением избытка элементов, которые могут оказать прямое токсическое действие на воду и почву, что в свою очередь стимулирует развитие тех или иных микроорганизмов, участвующих во вторичном загрязнении, вызывающем гибель живых организмов. Токсическое воздействие связано с загрязнением атмосферы веществами антропогенного происхождения, которые уже в малых концентрациях являются ядами для большинства представителей биоса [20].
В последнее время внимание специалистов привлекла группа стойких органических загрязнителей (СОЗ). Все эти вещества относятся к классу хлорорганических соединений и обладают рядом общих свойств, а именно, они стойки к разложению, токсичны, приводят к нарушению репродуктивной и гормональной систем, иммунного статуса, онкологическим заболеваниям, врожденным дефектам, нарушению развития. Они накапливаются в живых тканях и могут быть обнаружены там, где вообще не существует промышленного производства.
К этим веществам, в начале 1998 года по инициативе Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) были отнесены двенадцать основных СОЗ, а также побочные продукты производства углеводородов (диоксины, фураны, гексахлорбензол и другие) [29].
В качестве критериев изменения материального состава окружающей среды под действием токсикантов используются определенные параметры:
объем производства загрязняющих продуктов и их соотношение с количеством исходных материалов;
область применения вредных для окружающей среды продуктов;
распространение их в окружающей среде;
их экотоксикологические свойства, устойчивость к разложению.
Своевременное выявление тенденций изменения состояния окружающей среды, его оценка возможны при условии системного наблюдения и отслеживания процессов трансформации природных обстановок и её параметров [69].
Целью диссертационной работы является обоснование, расчет и оценка токсичности промышленных отходов типового предприятия по производству хлоруглеводородов, разработка комплексной методики оценки загрязнения окружающей среды полигона захоронения токсичными отходами при проливе и просачивании их из резервуаров, при миграции в грунтовых водах, а также выбор оптимальных методов утилизации.
Для достижения поставленной цели предусмотрено решение следующих задач:
-изучение геолого-гидрогеологической обстановки полигона и определение степени защищенности грунтовых вод;
- анализ способов производства хлоруглеводородов на предприятии и
получаемых в ходе технологического цикла побочных продуктов, изучение
смеси отходов по компонентам с определением коэффициента использования
сырья;
исследование физико-химических свойств смеси отходов;
определение степени токсичности смеси отходов по их физико-химическим свойствам и проведение их ранжирования по классу опасности;
- прогнозирование экологических аномалий на основе анализа данных
системного мониторинга;
- проведение обработки результатов мониторинга на полигоне за период 2000-
2006 г.г., в ходе которого исследованы миграция компонентов смеси отходов и связи в геоэкологической системе;
- выбор критериев для определения комплексного воздействия полигона на
окружающую природную среду;
- разработка математической модели распространения смеси токсичных
отходов при попадании в грунтовые воды и почву при проливе смеси на
поверхность;
-выдача рекомендаций по утилизации хлоруглеводородных отходов.
Объектом исследования является полигон «Цветаевский», на который вывозится смесь отходов производства хлоруглеводородов ОАО «Каустик».
Предмет изучения смесь отходов и её компоненты, оценка их токсичности и степени влияния полигона на окружающую среду с выдачей рекомендаций по уменьшению негативного воздействия как отходов хлоруглеводородного производства так и самого полигона.
Фактический материал и методы исследования.
В работе использован фактический материал, который автор собирал, работая в течение 1994-2006 гг. на предприятии ОАО «Каустик» и обучаясь в аспирантуре Оренбургского государственного университета. В ходе работ выполнены следующие исследования:
разработан методический подход к геоэкологическому изучению территории размещения полигона захоронения хлоруглеводородных отходов, с привлечением данных по основным гидрогеологическим характеристикам для выявления факторов распространения их загрязняющего влияния;
проведено сопоставление моделей получения токсичных отходов при применении разных технологических схем, технологических регламентов производств хлоруглеводородов типового предприятия, с использованием коэффициента загрязнения, как одного из показателей степени воздействия конкретной схемы производства на окружающую среду;
- предложено и показано применение для расчета класса опасности и степени
токсичности смеси отходов суммарного индекса токсичности всех компонентов с учетом эколого-гигиенической характеристики каждого компонента смеси;
- выполнено изучение зависимости концентраций загрязняющих компонентов в
грунтовых водах полигона и количества атмосферных осадков за период 2001-
200бг.г. с проведением лабораторных экспериментов для оценки
экологического состояния, прилегающей к полигону территории;
- проведен анализ результатов мониторинга загрязнения природных сред
полигона с использованием физико-химических анализов проб воздуха (114
проб), подземных и поверхностных вод (590 проб), почвы (114 проб);
- рассмотрен комплекс методов утилизации токсичных отходов, образующихся
при производстве хлоруглеводородов.
Научная новизна исследований состоит в следующем:
при рассмотрении моделей производства, количества, состава образующихся токсичных отходов предложено использовать степень замкнутости цикла, одновременно определяющую полноту использования сырья;
рассчитана степень токсичности смеси отходов и определен класс опасности смеси, а не отдельно взятого компонента, предложены критерии оценки риска загрязнения по классу опасности отходов;
движение грунтовых вод полигона рассматривается, как важный фактор формирования ареала загрязнения на основе изучения концентрации компонентов смеси отходов хлоруглеводородных производств в наблюдательной сети скважин полигона;
впервые изучена связь интенсивности, количества осадков на территории полигона и особенностей миграции компонентов смеси токсичных отходов, позволяющая установить тенденции развития основных аспектов негативного влияния полигона на природную среду;
грунтовые воды полигона рассмотрены как среда аккумулирования и фактор миграции загрязняющих веществ;
выведены числовые показатели, характеризующие загрязнение и
позволяющие провести комплексную оценку риска воздействия полигона на природную среду;
предложены и апробированы критерии прогноза экологического состояния прилегающей к полигону территории, дана оценка риска чрезвычайных ситуаций техногенного характера и уровня экологической безопасности;
впервые проведена комплексная оценка состояния объектов природной среды на полигоне захоронения токсичных отходов и выявлены наиболее действенные источники загрязнения, проведен анализ миграции компонентов смеси токсичных отходов;
уточнена методика расчета для оценки загрязнения при проливе смеси отходов с использованием параметров грунта и загрязнителей;
предложены экологически наиболее приемлемые методы утилизации токсичных отходов, образующихся при производстве хлоруглеводородов.
Наиболее существенные результаты, полученные лично автором, состоят в следующем:
гидрогеологические условия полигона рассмотрены как важный фактор распространения загрязняющего влияния отходов хлоруглеводородного производства;
по результатам сопоставления моделей получения токсичных отходов при применении разных технологических схем предлагается использовать расчет коэффициента загрязнения в качестве одного из показателей степени воздействия конкретной схемы производства хлоруглеводородов на окружающую среду;
предложено и показано применение для расчета класса опасности и степени токсичности смеси отходов интегрального индекса токсичности всех компонентов с учетом эколого-гигиенической характеристики каждого компонента смеси;
- выявлена зависимость концентрации загрязняющих компонентов в
грунтовых водах полигона за период 2001-2006г.г. от интенсивности
10 атмосферных осадков с рекомендацией к применению такого анализа при оценке особенностей миграции и экологического состояния прилегающей территории;
- установлено, что одним из факторов создания ареала загрязнения окружающей среды полигона и экосистемы региона, обеспечивающим дополнительное поступление токсикантов является участие инфильтрации атмосферных осадков;
- определена степень техногенного влияния полигона на окружающую среду;
- разработаны коэффициенты, характеризующие загрязнение среды,
необходимые для комплексной оценки риска воздействия полигона на
природную среду прилегающей территории;
технологическое воздействие полигона охарактеризовано количественно и описано коэффициентом, который подтверждается произведенным расчетом оценки риска от пролива на полигоне смеси токсичных отходов;
рассмотрен комплекс методов локализации и обезвреживания отходов, рекомендован один из методов, экологически наиболее приемлемый.
Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций подтверждается использованием комплекса классических методов исследования и анализа, дополненных методами расчета и сопоставления с применением современных измерительных приборов, достаточно большим объёмом экспериментов и статистической обработкой полученных данных, удовлетворительными результатами сходимости с расчетами по известным методикам.
Практическая значимость и реализация результатов работы заключается: в разработке модели оценки качества окружающей природной среды территории прилегающей к полигону, в возможности её применения для получения базовой информации при решении широкого круга прикладных задач в плане разработки методов утилизации отходов; при обосновании и сопоставлении планов природоохранных мероприятий; при совершенствовании системы мониторинга объектов окружающей среды. Материалы работы и
результаты исследований используются при чтении курса лекций для ИТР, рабочих предприятий при повышении квалификации в учебном курсе «Прикладная экология», «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов».
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы, содержит: 140 страниц, из них 112 страниц основного текста, 19 рисунков, 26 таблиц, 29 формул. Список используемых источников содержит 132 наименований.
Апробация работы: Материалы диссертации докладывались на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы геологии, охраны окружающей среды и управление качеством экосистем» (г. Оренбург, 2006г.), третьей международной научно-практической конференции «Проблемы экологии: наука, промышленность, образование» (г. Белгород, 2006г.), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование (Оренбург,2008г.). По материалам диссертации опубликовано 6 научных работ.
Основные положения, выносимые автором на защиту:
- применение коэффициента загрязнения как показателя степени техногенного
использования сырья, отходообразования, замкнутости технологического цикла
и сбалансированности технологической схемы;
- разработка методики оценки воздействия полигона на окружающую среду
(показатели техногенной нагрузки) с определением токсичности и класса
опасности смеси отходов;
-при полигонном способе локализации отходов хлоруглеводородного производства гидрогеологические условия, деятельность грунтовых вод, категория их защищенности — важный фактор распространения загрязнения в окружающей среде;
- сопоставление данных мониторинга и участия инфильтрации осадков,
обеспечивающих поступление вредных веществ в грунтовые воды полигона и
формирование ареала загрязнения;
12 - математическая модель распространения загрязнителей в грунтах и грунтовых
водах полигона при проливе смеси отходов на местности или при
разгерметизации резервуара складирования;
способы утилизации отходов хлоруглеводородного производства,
экологически оптимальные для типового предприятия, способствующие
минимизации их негативного воздействия на окружающую среду.
Механизм вредного воздействия производства хлоруглеводородов на окружающую среду
Одной из наиболее важных проблем создания и организации малоотходных экологически безопасных производств галогенорганических продуктов является переработка и обезвреживание отходов. Неприятная особенность этих отходов заключается в том, что все они являются ксенобиотиками, не имеющими аналогов в природе, то есть, у природы нет естественных средств по борьбе с ними. Отходы производства хлоруглеводородов загрязняют природу и практически все они вызывают проявление различного рода мутаций в окружающей среде [21].
Характер вредного воздействия загрязняющих веществ чрезвычайно разнообразен. Окись углерода и двуокись азота связывают гемоглобин крови и при больших концентрациях опасны для жизни. Сернистый ангидрид и некоторые хлоруглеводороды оказывают раздражающее действие на слизистую оболочку дыхательных путей и губительны для растений. Среди хлоруглеводородов могут быть вещества, наделенные канцерогенными свойствами или обладающие неприятными запахами.
Повышенные концентрации химических элементов оказывают токсическое действие на водные организмы. Гидробионты в той или иной мере реагируют на изменение гидрохимического режима водоема в результате сброса хлоруглеводородов в водоем. Если тот или иной организм не может адаптироваться к новому химическому составу воды и гибнет, то происходит изменение в соотношении между видами в биоценозах [26].
Поступление токсичных веществ в живые организмы осуществляется различными путями, в частности через поверхность тела, через желудочно-кишечный тракт или через жабры.
Важнейшее значение имеет поступление веществ через клеточные мембраны. Не случайно изменение проницаемости клеточных мембран считается универсальным функциональным нарушением при токсическом воздействии. Если заряд иона (или разряженных молекул) совпадает по знаку с зарядом участка мембраны клетки, то он отталкивается, а если знаки противоположны, то происходит фиксация иона вещества на этом участке. Вследствие взаимодействия зарядов иона и мембраны клетки прохождение заряженных частиц через мембрану затрудняется, и они оказывают местное, поверхностное, раздражающее действие [38]. Незаряженные молекулы легко проникают через мембрану клетки и оказывают глубокое внутреннее действие, вызывая интоксикацию организма. По этой причине хлорорганические соединения способны диссоциировать, нарушая проницаемость мембраны клетки и легко достигая внутренних органов [135].
Активность накопления различных веществ из окружающей среды выражается соответствующими коэффициентами. Именно эти коэффициенты называют коэффициентами накопления.
Для превращения большинства органических токсичных загрязняющих веществ существуют определенные биохимические механизмы. Главным итогом поглощения в тканях является повышение их растворимости в воде, благодаря чему происходит выведение веществ из организма. Превращение чужеродных органических соединений идет через двухфазный процесс: метаболическое превращение и конъюгацию (взаимодействие ферментов организма с вредными веществами).
При разрушении или превращении чужеродных соединений в организме могут образовываться более токсичные производные. Это явление называется летальным синтезом. Особенно опасно включение этих производных в состав нуклеиновых кислот и белковых молекул.
При попадании токсичных компонентов в окружающую среду происходит мутация, то есть организмы адаптируются к изменению состава среды обитания. Явление адаптации состоит в процессе приспособления строения и функций организма к условиям среды обитания.
Механизм приспособления заключается в адаптации организма к меняющимся условиям среды путем изменения интенсивности обмена веществ в органах и тканях: организм приспосабливается, привыкает к специфическому образу жизни в определенных условиях внешней среды. Для поддержания жизнедеятельности среды в замкнутом пространстве используют следующие технологические приемы: регенерацию воды, получение кислорода, утилизацию отходов жизнедеятельности человека.
Модель производства хлористого аллила
Одной из важных проблем промышленного хлорорганического синтеза как с точки зрения экономии сырья, так и с точки зрения экологии является утилизация выделяющегося (абгазного) хлористого водорода и сопутствующих отходов. Из «абгазного» хлористого водорода получается на специальной установке «абгазная» соляная кислота, которая после очистки находит сбыт, а вот отходы в виде сложной смеси хлоруглеводородов не всегда удается утилизировать (практически невозможно).
На стадии получения хлористого аллила заместительным хлорированием на одну тонну целевого продукта образуется более 40 наименований побочных веществ, из них более 20 наименований - хлорсодержащих соединений, суммарная масса которых составляет более 200 кг. В зависимости от температур хлорирования (обычно в пределах 500 С в реакционой зоне) главными побочными хлорсоединениями являются: 10-12% массовых изомерные монохлорпропены, 25-40% массовых изомерные 1,3-цис-транс-дихлорпропены, 30-45%) 1,2-дихлорпропен и 2-7% 1,2,3-трихлорпропан.
Технологическая схема производства хлористого аллила изображена на рисунке 4. 1 — испаритель; 2 — подогреватель; 3 — трубчатая печь; 4 — хлоратор; 5 — циклон; 6,7 — холодильники; 7 — отпарко-конденсационная колонна; 8 — пленочные абсорберы; 9, 12, 16 — сепараторы; 10 — циркуляционные насосы; 11 — щелочной скруббер; 13 — емкость жидкого пропилена; 14 — конденсатор; 15 — адсорбер-осушитель; 18—компрессор; 19 — дроссельный вентиль
Жидкий хлор испаряют в аппарате 1 и немного нагревают его пары в подогревателе 2, после чего они через расходомер поступают в хлоратор 4. Пропилен нагревают в трубчатой печи 3, и он также идет в верхнюю часть хлоратора, играющую роль смесителя. Горячие реакционные газы проходят циклон 5, где отделяются кокс и сажа, и холодильник 6, где можно получать энергетический пар, после чего поступают в отпарно-конденсационную колонну 7. Она орошается жидким пропиленом и из него полностью конденсируется все хлорпроизводные.
Пропилен и хлористый водород с верхней части колонны 7 поступают на абсорбцию хлористого водорода с получением концентрированной соляной кислоты, пленочной абсорбцией в кожухотрубных аппаратах 8, в которых тепло абсорбции снимается водой, что дает возможность получить наиболее концентрированную кислоту. В каждом из абсорберов 8 газ и вода (или соляная кислота) движутся прямотоком сверху вниз, но в тоже время осуществляется их противоток - за счет подачи воды в последний по ходу газа абсорбер и слабой кислоты - в первый. Газ после второго сепаратора 9 дополнительно очищают в щелочном скруббере 11, а непрореагировавший пропилен сжимают компрессором 18 до давления 1,5-2,0 МПа.
Сжатый пропилен охлаждают в холодильнике 17 и отделяют от сконденсировавшейся воды в сепараторе 16, после чего газ проходит осушку в адсорбере 15 на АЬОз Часть сухого пропилена в газообразном состоянии дросселируют, он поступает в трубчатую печь и оттуда на реакцию. Остальное количество конденсируется в аппарате 14 и собирается в емкость 13. Жидкий пропилен дросселируют, при этом он частично испаряется. Эти пары вместе с газом из емкости 13 объединяют с пропиленом, идущим на реакцию, и жидкий пропилен поступает на орошение колонны 7.
Свежую пропиленовую фракцию в зависимости от ее давления, агрегатного состояния и степени осушки можно подавать в разные точки технологической схемы. Жидкую сухую фракцию вводят под давлением в емкость 13. При циркуляции в газе накапливаются инертные примеси, и во избежание чрезмерного разбавления небольшую часть газа отводят в линию топливного газа. Смесь хлорпроизводных из куба колонны 7 направляют на ректификацию (на схеме не изображено). При этом хлористый аллил отделяют от более летучих хлорпропиленов и вышекипящих дихлоридов, получая его в виде технически чистого продукта. На ОАО « Каустик» действует следующая технология обезвреживания и утилизации, аналогичных рассмотренным выше, хлорорганических отходов (ХОО). Изомерные монохлорпропены в виду их низких температур кипения (23-37С) выделяют ректификацией и направляют на обезвреживание сжиганием в печи циклонного типа. Остальная смесь хлоруглеводородов после осветления перегонкой (испарением) и осушкой на цеолитах утилизируются посредством объемного хлорирования при температуре 550-590С в избытке хлора с получением 1,1,2,2,-тетрахлорпропана.
Недостатками этого метода утилизации ХОО является образование до 10% массовых озонораразрушающего тетрахлорида углерода, а также существенное количество продуктов глубокого хлорирования и следовательно, практически равное количество хлорида водорода.
Однако более негативным в рассмотренном методе утилизации ХОО является образование значительного объёма неутилизируемых хлорорганических соединений, которые невозможно обезвреживать даже сжиганием, поэтому отходы утилизируют непосредственно на полигоне.
При проверке сбалансированности технологического процесса получения из пропилена хлористого аллила введем показатель степени техногенного использования первоначального продукта, так называемый коэффициент загрязнения. В зависимости от величины полученной при расчете коэффициента загрязнения, можно сделать вывод о степени замкнутости технологического цикла. Чем меньше будет этот коэффициент, тем более замкнут технологический цикл, а следовательно количество поступающих в окружающую среду токсичных отходов будет ничтожно мало. Коэффициент загрязнения необходимо рассчитать и после переработки токсичных отходов, чтобы сделать вывод об эффекте получаемом при использовании предлагаемого метода переработки отходов.
Геолого-гидрологические условия района и территории полигона
Территория полигона - геотектонически это Вельская впадина западной прибортовой части Предуральского краевого прогиба вблизи сочленения со структурами восточного края Русской платформы. В геологическом строении участка принимают участие разновозрастные осадочные образования от нижнего палеозоя до современного отдела четвертичной системы.
В пределах площади полигона и на прилегающих к нему территориях широко развиты отложения раннего антропогена Qj. Литологически описываемые образования представлены суглинками красно-коричневыми с включением щебня, дресвы, глинами бурыми аргиллитоподобными с редкими маломощными слоями (до 0,5-1,0 м) щебня, мелкого гравия, песка. Нижнечетвертичные отложения, в основном, довольно выдержаны по мощности и сплошным чехлом, в среднем мощностью 5,0-7,0 м, перекрывают верхненеогеновые отложения. Возрастная граница между описываемыми отложениями антропогена и нижележащими неогеновыми толщами чётко фиксируется по поверхности плиоценовых конгломератов. При перекрытии конгломератов вышележащими глинами также верхненеогенового возраста нижняя граница антропогенного комплекса часто проводится условно.
В нижнечетвертичных отложениях формируются безнапорные грунтовые воды со свободной поверхностью.
В юго-западной и южной приподнятых частях полигона «Цветаевский» на дневной поверхности обнажаются отложения верхненеогенового возраста, погружаясь под четвертичные образования в северном направлении. Их мощность изменяется от 8,0-10,0 до 101,5м Водонасыщенные породы неоген-четвертичного комплекса слагают водононосные горизонты, вскрытые скважинами на глубинах от 20,0м до 71,6м. Установившиеся уровни зафиксированы на уровнях от 0,24 до 22,56 м от поверхности земли, что указывает на напорный характер подземных вод, локализованных в этих отложениях.
На площади исследований выделяются следующие водоносные горизонты, комплексы и слабопроницаемые отложения: слабоводоносный горизонт нижнечетвертичных отложений (Q\), водоносный комплекс плиоценовых отложений (N 2), водоупорные и слабопроницаемые плиоценовые отложения (N2).
Верхний горизонт нижнечетвертичных отложений (Qt) является слабоводоносным, в пределах полигона и прилегающих территорий распространён почти повсеместно, за исключением его юго-западной и южной части, где на поверхности залегают неогеновые выветрелые когломераты и глины. Это первый от поверхности водоносный горизонт грунтовых вод приурочен к суглинкам с прослоями песка, мелкой гальки и трещиноватым аргиллитоподобным глинам. Абсолютные отметки уровня грунтовых вод в горизонте Qi в пределах полигона изменяются от 221,61м до 254,38м, а за пределами участка от - 210,77м до 204,79м в зависимости от гипсометрического положения скважин. Установлено, что химический состав подземных вод слабоводоносного горизонта нижнечетвертичных отложений по результатам многолетних исследований не претерпел значительных изменений, несмотря на влияние на него загрязнителей поступающих из хранилищ отходов. Подземные воды, в основном гидрокарбонатные, реже хлоридно-гидрокарбонатные с «пёстрым» катионньгм составом.
За пределами полигона сохраняется гидрокарбонатный состав подземных вод слабоводоносного горизонта нижнечетвертичных отложений, с величиной сухого остатка, изменяющейся от 0,15 г/л до 1,03 г/л. Гидродинамическая связь между грунтовыми водами нижнечетвертичных отложений и нижележащим напорным водоносным комплексом плиоценовых отложений отсутствует. Питание слабоводоносного горизонта осуществляется за счёт инфильтрации атмосферных осадков. Частичная разгрузка грунтовых вод этого горизонта нижнечетвертичных отложений происходит по левому берегу ручья «Цветаевский» в виде пятен площадочного высачивания. Грунтовые воды описываемого горизонта за пределами полигона захоронения вскрыты скважиной, и используются для хозяйственных нужд.
Водоносный комплекс плиоценовых отложений (N2) развит повсеместно. В пределах полигона захоронения водоносными являются невыдержанные прослои и линзы слабосцементированных рыхлых конгломератов с песчанно-глинистой заполняющей массой, распространенные в толще слабопроницаемых и водоупорных глин. За пределами полигона породы плиоцена представлены мошной пачкой переслаивающихся слоев конгломератов, каолиновых, алевролитоподобных глин с преобладанием в разрезе последних. Водовмещающими породами указанного водоносного комплекса являются слои рыхлых и слабоцементированных конгломератов.
Установившиеся уровни подземных вод в отложениях плиоцена находятся на глубинах от 9,0 до 71,6м , а подземные воды, вскрытые в этих отложениях имеют напорный характер.
Воды плиоценового комплекса пресные с величиной сухого остатка от 0,11 г/л до 0,28 г/л. Несколько повышенную минерализацию имеют подземные воды, вскрытые отдельными скважинами 0,41 г/л и 1,22 г/л.
По химическому составу воды, в основном, гидрокарбонатные, реже гидрокарбонатно-сульфатные или гидрокарбонатно-хлоридные и хлоридные с «пёстрым» катионным составом. Питание плиоценового водоносного комплекса, в основном, осуществляется за счёт инфильтрации атмосферных осадков. Разгрузка подземных вод происходит в аллювиальные отложения р.Белая за пределами района. В пределах территории подземные воды водоносного комплекса для целей хозяйственно- питьевого и технического водоснабжения не используются.
Механизм поступления загрязняющих веществ в окружающую среду и оценка токсического воздействия компонентов смеси отходов
На всех стадиях развития деятельность человека тесно связана с окружающим миром. Человеку приходится вмешиваться в существование биосферы, той части нашей планеты, в которой существует жизнь, осложняя ее эволюцию. В настоящее время подвергается антропогенному воздействию биосфера Земли и её составляющие. Химическая промышленность, которая развивается быстрыми темпами, воздействует на окружающую среду несвойственными ей веществами - ксенобиотиками, против этих веществ у природы нет защитного барьера, что приводит к нарушению равновесного состояния природных систем [1].
Одной из наиболее острых проблем организации и создания малоотходных экологически безопасных производств хлоруглеводородных продуктов является утилизация и обезвреживание отходов, являющихся, в основном, ксенобиотиками, не имеющими аналогов в природе, то есть, у природы нет естественных средств борьбы с ними. Отходы галогеносодержащих производств загрязняют природу и практически все они приводят к изменениям в окружающей среде.
Окись углерода и двуокись азота связывают гемоглобин крови и при больших концентрациях опасны для жизни. Сернистый ангидрид и некоторые хлоруглеводороды оказывают раздражающее действие на слизистую оболочку дыхательных путей и губительны для растений. Характер вредного воздействия загрязняющих веществ чрезвычайно разнообразен. Среди хлоруглеводородов могут быть вещества, наделенные канцерогенными свойствами или обладающие неприятными запахами [4].
Повышенные концентрации химических элементов оказывают токсическое действие на водные организмы. Гидробионты в той или иной мере реагируют на изменение гидрохимического режима водоема, в результате сброса в него токсичных отходов. Если тот или иной организм не может адаптироваться к новому химическому составу воды он гибнет, а его гибель соответственно вызывает изменение в соотношении между видами в биоценозах.
Поступление токсичных веществ в живые организмы осуществляется различными путями, в частности через поверхность тела, через желудочно-кишечный тракт [55]. Важнейшее значение играет поступление веществ через клеточные мембраны. Не случайно изменение проницаемости клеточных мембран считается универсальным функциональным нарушением при токсическом воздействии. Если заряд иона (или разряженных молекул) совпадает по знаку с зарядом участка мембраны клетки, то он отталкивается, а если знаки противоположны, то происходит фиксация иона вещества на этом участке. Вследствие взаимодействия зарядов иона и мембраны клетки прохождение заряженных частиц через мембрану клетки затрудняется, и он оказывает местное, поверхностное, раздражающее действие. Незаряженные молекулы легко проникают через мембрану клетки и оказывают глубокое, внутреннее, действие, вызывая интоксикацию организма. По этой причине хлорорганические соединения способны диссоциировать, нарушая проницаемость мембраны клетки, легко достигая внутренних органов.
Активность накопления различных веществ из окружающей среды выражается соответствующими коэффициентами, называемыми коэффициентами накопления.
Для превращения большинства органических токсичных загрязняющих веществ существуют определенные биохимические механизмы. Главным итогом поглощения в тканях является повышение их растворимости в воде, благодаря чему происходит выведение веществ из организма. Превращение чужеродных органических соединений идет через двухфазный процесс: метаболическое превращение и конъюгацию (взаимодействие ферментов организма с вредными веществами) [59].
При разрушении или превращении чужеродных соединений в организме могут образовываться более токсичные производные. Это явление называется летальным синтезом. Особенно опасно включение этих производных в состав нуклеиновых кислот и белковых молекул.
При попадании токсичных компонентов в окружающую среду происходит мутация, то есть организмы адаптируются к изменению состава среды обитания. Явление адаптации состоит в процессе приспособления строения и функций организма к условиям среды обитания.
Механизм приспособления заключается в адаптации организма к меняющимся условиям среды путем изменения интенсивности обмена веществ в органах и тканях: организм адаптируется, привыкает к специфическому образу жизни в определенных условиях внешней среды. Для поддержания жизнедеятельности среды в замкнутом пространстве используют следующие, технологические приемы: регенерацию воды, получение кислорода, утилизацию отходов жизнедеятельности человека [106].
К особо опасным отходам, ксенобиотикам для окружающей среды и -здоровья людей отнесено около 600 веществ и их соединений.
Опасные отходы - это отходы, в которых присутствуют вещества, обладающие вредными для живых организмов свойствами (токсичность, взрывоопасность, высокая реакционная способность) или содержатся возбудители инфекционных болезней, то есть они представляют непосредственную и потенциальную опасность для окружающей природной среды и здоровья человека.
