Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общие и региональные проблемы размещения твердых бытовыхотходов
1.1. Твердые бытовые отходы, их морфологический и элементныйсостав
1.2. Динамика накопления твердых бытовых отходов в Свердловской
1.4. Фракционный состав компонентов ТБО по г.Екатеринбургу
Глава 2. Природные условия размещения полигонов твердых бытовых отходов
Глава 3. Геохимическая специфика воздействия полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду (На примере полигонов «Широкая Речка»
Глава 4. Геохимическое поведение элементов загрязнителей в зоне
4.1. Техногенные геохимические ассоциации и их состав
4.2. Техногенное комплексообразование как фактор снижения или
Глава 5. Рекомендации по нейтрализации воздействия полигонов ТБО
Заключение
Список литературы
Список рисунков
Список таблиц
- Твердые бытовые отходы, их морфологический и элементныйсостав
- Природные условия размещения полигонов твердых бытовых отходов
- Геохимическая специфика воздействия полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду (На примере полигонов «Широкая Речка»
- Техногенные геохимические ассоциации и их состав
Введение к работе
Уральский регион характеризуется крайне сложным геологическим и ландшафтно -геохимическим строением, кроме того он подвержен мощному техногенному воздействию горно-промышленного комплекса. Средний Урал является к тому же наиболее урбанизированной территорией с крупными городскими агломерациями, такими как Екатеринбург, Нижний Тагил, городами Каменск-Уральский, Реж, Первоуральск и др. Проблема переработки и влияния отходов горно-промышленного производства на окружающую среду относительно неплохо изучена, в связи с тем, что преобладающая часть этих отходов рассматривается, как источник вторичного сырья для многих отраслей промышленности, заменяющий природные ресурсы.
Проблема обращения с твердыми бытовыми отходами ( далее - ТБО) на сегодняшний день является наиболее актуальной, из проблем связанных с обращением, сбором, утилизацией, размещением, захоронением и переработкой отходов, хотя количество ТБО относительно невелико, по сравнению с общей массой образующихся в области отходов (в 2005 г. в Свердловской области образовалось около 180,9 млн. тонн промышленных и более 8 млн.м бытовых отходов).
По самым оптимистичным прогнозам в ближайшие 30 - 50 лет в России захоронение бытовых и промышленных отходов на полигонах будет являться основным методом конечной стадии обращения с отходами. Об этом может свидетельствовать опыт многих экономически развитых стран, где при высоком уровне технологических разработок и значительных финансовых инвестициях в данную область, складирование отходов до сих пор является если не основным, то одним из основных методов управления отходами. Исходя из этого, проблема складирования отходов на полигонах в России ещё долгое время будет оставаться актуальной. Кроме того, полигоны по захоронению отходов, в рамках антитеррористической политики, отнесены и к стратегически важным объектам. Захоронение отходов производства и потребления является наиболее широко практикуемым способом размещения отходов, порождающим массу экологических и санитарно-гигиенических проблем.
Вопросам изучения состава и свойств ТБО, а так же степени их влияния на окружающую среду, мерам по его сокращению и мониторингу за состоянием полигонов посвящены работы Н.Ф.Абрамова, Д.А.Амосова, Б.Б.Бобовича, Я.И.Вайсмана, Л.П.Грибановой, В.В.Девяткина, В.Н. Коротаева, А.С.Матросова, А.Н. Мирного, Т.А.Орловой, и др.
Средний Урал относится к классическим регионам с развитой горнорудной промышленностью, где остро стояла проблема переработки отходов горнодобывающей и металлургической отраслей. На проблему утилизации твердых бытовых отходов мало обращали внимания. В то время как безответственное обращение с ТБО приводит к серьезному загрязнению окружающей среды. Спад отечественного промышленного производства при одновременном изменении структуры потребления товаров привели к неуправляемому и значительному росту экспорта на Урал хозяйственно-бытовых изделий, материалов и пищевых ресурсов из зарубежных стран и других регионов. Такие ресурсы, используемые для воспроизводства человека, в строительстве и быту, как известно, составляют основу ТБО. Именно рост их количества и разнообразия (объем образования ТБО в Свердловской области ежегодно увеличивается на 3-4 %.), а также несанкционированное складирование в ландшафтной сфере поставили на повестку дня совершенно новую проблему их безопасной утилизации.
С другой стороны Средний Урал относится к числу регионов с исключительно разнообразной ландшафтно-геохимической обстановкой миграции химических элементов. Это означает, что в различных ландшафтах взаимодействие природных факторов с массой ТБО будет принципиально различным и по характеру взаимодействия и по формам миграции токсичных соединений. В одних случаях, например, в условиях нейтрально-щелочной среды распространения ультрамафитов, будет происходить уменьшение миграционной подвижности тяжелых металлов, а в других - слабокислых и кислых, наоборот, усиливаться. Таким образом, знание этой картины в реальной ситуации позволит провести, с одной стороны типизацию техногенных геохимических аномалий, образующихся в зоне влияния свалок ТБО в конкретных типах ландшафтов, а с другой - разработать новую концепцию утилизации отходов с учетом их эколого-геохимических свойств и рассмотреть проблему воздействия ТБО на окружающую среду.
Цель работы. Обобщение информации по динамике накопления отходов в ретроспективном и современном плане, изучение влияния старых и существующих полигонов ТБО в г. Екатеринбурге и Свердловской области в контексте ландшафтно-геохимической обстановки среды миграции химических элементов и их соединений, выяснение состава техногенных геохимических ассоциаций и их изменчивости в зависимости от типа геохимической среды.
Задачи исследований. Разработка рекомендаций по локализации вредного воздействия действующих полигонов ТБО на окружающую среду.
Определение возможностей минимизации воздействия полигонов ТБО на окружающую среду в условиях среднего Урала.
Методы исследований и фактический материал. Объектами исследования послужили действующие полигоны ТБО в Свердловской области «Широкореченский», «Красных Зорь» и «Северный». Выбор объектов определяется следующими критериями: различиями в геологическом строении оснований полигонов.
Полигон ТБО «Красные Зори» г. Екатеринбурга расположен на коре выветривания интрузивных пород гранитоидного состава (граниты, гранито-гнейсы). Естественные геохимические условия среды слабокислые (рН 6,0-6,5) и окислительные. Полигоны «Широкореченский» и «Северный» располагаются на корах метаморфизованных ультраосновных пород, представленных в основном серпентинитами и тальк-хлоритовыми сланцами. Природная геохимическая обстановка последних характеризуется нейтрально-слабощелочной (с рН до 8,3) реакцией среды и окислительными условиями (окислительно-восстановительный потенциал Eh + 300-350мВ):
- однотипными ландшафтно-климатическими условиями с глубиной залегания подземных вод от 1 до 5 м;
относительно однородным морфологическим и компонентным составом отходов и приблизительно одинаковыми размерами.
Управление твердыми бытовыми отходами с целью охраны здоровья населения и окружающей среды - непростая задача. В последние годы были предложены такие проекты как регенерация, компостирование, сжигание отходов с целью минимизации количества отходов поступающих на полигоны. За последние 5-10 лет эти альтернативные методы применялись в ряде промышленно развитых стран в достаточно крупных масштабах с целью уменьшить зависимость от складирования отходов на полигонах. Однако методы, позволяющие эффективно использовать извлекаемые из отходов материалы и энергию в свою очередь приводят к образованию отходов, требующих последующего размещения на полигонах. Перспективный и приемлемый подход заключается в захоронении отходов на полигонах до тех пор, пока технологии не будут усовершенствованы до уровня отвечающего требованиям «современного санитарного полигона».
Личный вклад автора. Проанализирован большой объем фондовых материалов, отечественных и зарубежных научных изданий и публикаций.
В рамках программы «Переработка техногенных образований Свердловской области» проведено обследование полигонов твердых бытовых отходов с проведением замеров Eh и рН водных растворов почв и грунтовых вод в различные сезоны года (более 350 замеров). В течение 6 лет в рамках программы «Переработка техногенных образований Свердловской области» и проекта, выполняемого Департаментом международного развития Великобритании и Администрации г. Екатеринбурга по управлению муниципаль ными отходами автор непосредственно участвовал в разработке и реализации основных направлений стратегии обращения с отходами производства и потребления.
Научная новизна. Впервые было установлено, что литогеохимическая среда оснований полигонов ТБО в геологических структурах Среднего Урала влияет на интенсивность разложения органических отходов, скорость распространения загрязнения и образование высокотоксичных комплексных металлоорганических соединений. С учетом этого определены приоритеты и разработана концепция организации и проведения комплексного мониторинга.
Практическая значимость. Полученные выводы позволяют выработать алгоритм нейтрализации полигонов ТБО и принимать меры по минимизации распространения загрязняющих веществ в депонирующих средах.
Разработаны пути снижения негативного воздействия полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду в условиях среднего Урала, так исходя из принципа нейтрализации вредного воздействия - перевода металлов в биологически недоступные формы следует:
- при доминантном загрязнении почв и поверхностных вод такими элементами, как хром, ванадий, марганец, никель в процессе складирования ТБО на действующих полигонах следует применять технологию пересыпания каждого слоя отходов слоем горных пород кислого состава для достижения нейтральной среды фильтрата из тела полигона;
- при преобладающем загрязнении халькофильными элементами, такими как медь, цинк, кадмий, свинец, олово целесообразно применять геохимическую рекультивацию карбонатными породами такими как мергель, известняк, доломит и др.
Основные защищаемые положения.
1. При размещении твердых бытовых отходов на Среднем Урале следует учитывать геохимические свойства горных пород оснований полигонов, формирующих естественную обстановку миграции загрязняющих веществ.
2. Слабощелочные геохимические условия коры выветривания метаморфизованных высокомагнезиальных горных пород - серпентинитов, тальк-хлоритовых сланцев формируют устойчивые поля загрязнения почв и грунтовых вод хромом, марганцем, никелем и ванадием. Это связано, в основном с тем, что высвобождение этих элементов из отходов, в основном пластикового материала, накладывается на повышенный естественный геохимический фон.
3. Слабокислая геохимическая среда коры выветривания гранитоидов значительно увеличивает масштабы распространения в подземных и поверхностных водах продуктов разложения ТБО.
4. Возможности минимизации негативного воздействия полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду определяются свойствами ландшафта, образовывать биологически недоступные металлорганические комплексы элементов-загрязнителей. При наличии мониторинга негативное воздействие полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду может быть скорректировано.
Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертационной работе и практические рекомендации докладывались на научно-практическом семинаре в рамках международной выставки «Уралэкология-Техноген» (1999, 2000, 2001 г.г, Екатеринбург,) г.Москва), на научно-методических семинарах «Управление твердыми бытовыми отходами в Московском регионе сегодня и завтра» (1999г. г.Москва), «Основные направления повторного использования отходов и их нормативно-правовое обеспечение» (1999г. Москва) на семинаре по обмену опытом Союза российских городов «Совершенствование системы обращения с муниципальными отходами в г.Екатеринбурге, Россия» (2000г. г. Екатеринбург), в отчетах международного проекта Департамента международного развития Великобритании и Администрации г.Екатеринбурга «Улучшение услуг по обращению с отходами» (2000г г.Екатеринбург) Department for International Development UK Strengthening Waste Management Services in Ekaterinburg Russia. 2000) и на Международных конгрессах по управлению отходами «ВЭЙСТЭК» (2001 г., 2003 г.,2005г., на научно-практической конференции с международным участием «Экологические проблемы промышленных регионов» в рамках международной выставки «Уралэкология-Техноген» (2002, 2003, 2004, Екатеринбург). А также материалы использовались в отчетах по работе «Организационно-техническое и научно-методическое сопровождение федеральной и областной программ «Переработка техногенных образований Свердловской области» 1998 -2004 гг г..Екатеринбург» в разработке Стратегического проекта по обращению с твердыми бытовыми отходами на территории муниципального образования г. Первоуральск.
А также рабочих совещаниях Росприроднадзора, Ростехнадзора, Союза Российских городов, Министерства природных ресурсов Свердловской области, Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Свердловской области, Администраций г.Екатеринбурга, Первоуральска, Невьянска, Ирбита, п.Заречного и др.
Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 7 трудах международных конференций и международного конгресса по управлению отходами, а также использовались в информационно-методическом пособии Правительства Свердловской области Управления профессиональной подготовки кадров и методической работы «О порядке организации работы органов местного самоуправления по благоустройству, улуч шению санитарного и экологического состояния территорий Свердловской области» 2004г. г.Екатеринбург и методическом пособии Министерства природных ресурсов Свердловской области «Обращение с твердыми бытовыми отходами» 2005 г. г.Екатеринбург.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 144 машинописного текста страницах список литературы насчитывает 150 наименований.
Твердые бытовые отходы, их морфологический и элементныйсостав
Основу любой системы управления составляет и определяет алгоритм ее деятельности нормативно правовая база В случае обращения с отходами таким алгоритмом служит экологическое законодательство, которое осуществляется законами и иными нормативными и правовыми актами субъектов Российской Федерации. Основным документом, регламентирующим экозащитную деятельность, является Федеральный закон «Об охране окружающей природной среды», в развитие которого принят закон Российской Федерации «Об отходах производства и потребления».
В законе Российской Федерации «Об отходах производства и потребления» впервые сформулированы основные принципы государственной политики в области обращения с отходами, которые сводятся к: охране здоровья человека, поддержанию или восстановлению благоприятного состояния окружающей среды и сохранению биологического разнообразия, научно обоснованному сочетанию экологических и экономических интересов общества, использованию новейших научно-технических достижений в целях реализации малоотходных и безотходных технологий, комплексной переработке материально-сырьевых ресурсов в целях уменьшения количества отходов, использованию методов экономического регулирования деятельности в целях уменьшения количества отходов и вовлечение их в хозяйственный оборот, доступу к информации в области обращения с отходами, международному сотрудничеству.
Правовое регулирование в сфере обращения с отходами осуществляется, как было отмечено выше, Федеральным законом «Об отходах производства и потребления», принятым в июле 1998 года, а также законами и иными нормативными, правовыми актами субъектов Российской Федерации. Федеральным законом в качестве основных принципов государственной политики в области обращения с отходами, в частности, выделены: - использование новейших научно-технических достижений в целях реализации малоотходных и безотходных технологий; - комплексная переработка материально-сырьевых ресурсов в целях уменьшения количества отходов; - использование методов экономического регулирования деятельности в области обращения с отходами в целях уменьшения количества отходов и вовлечения их в хозяйственный оборот.
В Федеральном законе «Об отходах производства и потребления» определены требования к проектированию, строительству, эксплуатации, регистрации, консервации и ликвидации предприятий, зданий, строений, сооружений и иных объектов, в процессе эксплуатации которых образуются отходы. Определено, что граждане, осуществляющие индивидуальную предпринимательскую деятельность и юридические лица обязаны, в частности: иметь техническую и технологическую документацию об использовании, обезвреживании образующихся отходов; разрабатывать проекты нормативов образования отходов и лимитов на их размещение в целях уменьшения количества их образования; внедрять малоотходные технологии на основе новейших научно-технических достижений; проводить инвентаризацию отходов и объектов их размещения.
Порядок сбора отходов на территориях городских и других поселений, предусматривающий их разделение по видам (пищевые отходы, цветные и чёрные металлы, текстиль, бумага и др.), определяется органами местного самоуправления и должен соответствовать экологическим, санитарным и иным требованиям в области охраны окружающей среды и здоровья человека.
Федеральные органы исполнительной власти и органы исполнительной власти субъектов Российской Федерации разрабатывают соответственно федеральные и региональные целевые программы в целях планирования мер по уменьшению количества отходов, их использованию, обезвреживанию и размещению с учётом состояния окружающей природной среды, а также уровня социально - экономического развития территории. Так, в Свердловской области такой программой является долгосрочная программа «Экология и природные ресурсы Свердловской области», «Переработка техногенных образований в Свердловской области». Разработка и реализация комплексных планов по химической безопасности, связанной с загрязнением почв, благоустройству и озеленению населенных мест Свердловской области и выполнение постановлений Правительства Свердловской области: от 27.08.2003 г. № 533-ПП «О совершенствовании деятельности по обращению с бытовыми отходами», от 23.12.2003 г. № 834-ПП «Об обеспечении обезвреживания опасных отходов, размещенных на территории Свердловской области».
Федеральным законом в качестве основных принципов экономического регулирования в области обращения с отходами определено: уменьшение количества отходов и вовлечение их хозяйственный оборот, платность размещения отходов, экономическое стимулирование деятельности в области обращения с отходами.
Российская Федерация - огромная страна, объединяющая территории, отличающиеся природными, экономическими, социальными и экологическими условиями. В федеральных законах невозможно определить исчерпывающий набор конкретных норм, положений и требований, в равной степени отвечающих многообразию условий территории.
Решение проблемы обращения с отходами производства и потребления существенно осложнено несовершенством нормативной правовой базы, соответствующей современным социально-экономическим условиям.
Природные условия размещения полигонов твердых бытовых отходов
Из стратифицированных пород в описываемом районе развиты вулканогенные, осадочные и связанные с ними метаморфические образования ордовикского и силурийского возраста, а также мезо-кайнозойкие и четвертичные отложения (рис.5). Верхний ордовик ( Оз )
К этому возрасту в описываемом районе относится толща в разной степени изученных вулканогенных пород под названием - нейвинская свита. Являясь в этом районе наиболее древней из всех толщ, вскрытых на современной поверхности, она окаймляет и непосредственно вмещает гранитоиды Шарташского массива в восточной части города. В своей первичной основе образования нейвинской свиты представляют собой единую толщу основных эффузивов с подчиненными им вулканогенными брекчиями и туфами того же состава. Все эти породы в большей части изменены и превращены в порфиритоиды (туфоиды), эпидот-актинолит-хлоритовые и другие зеленые сланцы. Ближе к контакту с гранитоидами - в амфиболиты и в узкой зоне (от нескольких метров до 150 м) - в гнейсы и роговики. Среди эффузивов нейвинской свиты нередко встречаются афировые разности (микропорфириты-афириты), реже диабазы и по преимуществу пироксеновые и пироксен-плагиоклазовые порфириты. Это массивные или грубо рассланцованные породы от серовато - зеленого до темно-зеленого цвета.
Позднеордовикский возраст нейвинской гнейс-амфиболитово-порфиритовой свиты определяется с известной долей условности, но представляется наиболее вероятным, прежде всего по согласному залеганию на ней переслаивания лландоверийской, существенно парасланцевой толщи невьянской свиты. Мощности свиты 500 - 600 м, местами до 800 м. Нижний силур (S) Лландовсрийский ярус (SIn)
К нему относится невьянская свита. Мощность свиты колеблется от 100 до 500 м, преимущественно составляет 350 - 400 м.
На территории города четко выделяются три зоны развития невьянской свиты: восточная, западная и центральная. Центральная зона развития пород невьянской свиты имеет сложные очертания в плане, представляющая собой две антиклинальные структуры (центр города), которые» воздымаясь к северу, переходят в одну более крупную антиклиналь (район Уралмаша).
Вулканогенно-осадочные и связанные с ними метаморфические породы невьянской свиты из филлитизированных глинистых, глинисто-кремнистых, углисто-глинисто кремнистых, филлитовых, графито-кварцитовых, хлорит - и слюдисто-кварцитовых сланцев и подчиненных им кварцито-песчаников, зеленых сланцев, порфиритоидов, порфири-тов базальтового состава, реже диабазов. Все эти породы переслаиваются между собой и фациально замещают друг друга.
Преобладающие в составе невьянской свиты парасланцы образовались преимущественно за счет глинистых, кремнисто-глинистых, глинисто-кремнистых, песчано-глинистых и песчаных отложений, часто с примесью углистого вещества. Смена основных эффузивов и зеленых сланцев нейвинской свиты вверх по разрезу парасланцами невьянской свиты происходит постепенно через переслаивание тех и других. Из-за этого граница между этими двумя свитами является лишь условной и проводится там, где парасланцы начинают преобладать над вулканитами. Такой же условный контакт и верхней границы невьянской свиты с вышележащими породами вулканогенной кировградскои свиты.
Вулканогенные породы невьянской свиты в основном такие же, как и в нейвинской, но в порфиритах преобладают плагиоклазовые разности и точно так же они изменяются до порфиритоидов и зеленых сланцев, а в приконтактовой зоне с гранитоидами до амфиболитовых сланцев, амфиболитов и местами до амфибол-биотитовых гнейсов. Кроме основных вулканитов среди эффузивов невьянской свиты в верхних частях ее иногда встречаются маломощные прослои (до 50 м) кислых эффузивов и кварцитовых амфиболитов, часто превращенных в порфироиды и кварц-серицитовые сланцы.
К данному ярусу силура относится кировградская свита, сложенная диабазами, порфиритами базальтового состава и кварцевыми альбитофирами, их вулканических брекчиями и туфами. Перечисленные вулканиты чаще в разной степени изменены и превращены в порфиритоиды и зеленые сланцы, порфироиды, кварц-хлорит-серицитовые, кварц-серицитовые сланцы, вторичные серицитовые кварциты. В этой толще вулканитов местами встречаются маломощные (от 2-3 до 20-25 м) прослои филлитизированных глинистых, углисто-глинистых, кремнистых, углисто-глинисто-кремнистых и близких им по составу, нередко кварцитовых парасланцев. Породы кировградскои свиты залегают в разрезе силура выше парасланцев невьянской свиты, сменяя их постепенно с переслаиванием. Из перечисленных вулканогенных пород кировградскои свиты в нижних частях ее развиты преимущественно основные эффузивы-диабазы, плагиоклазовые и пироксен-плагиоклазовые порфириты базальтового состава. Выше по разрезу устанавливается переслаивание основных эффузивов с кварцевыми альбитофирами и реже с андезитовыми и дацитовыми порфиритами. В кировградской свите присутствуют типичные контрастные ассоциации основных и кислых эффузивов и непрерывная серия перехода от диабазов и базальтовых порфиритов через андезитовые и дацитовые порфириты до кварцитовых аль-битофиров. Породы этих ассоциаций наряду с отмеченной сменой их по разрезу фациаль-но сменяют друг друга в латеральном направлении. Венлокский возраст кировградской свиты определяется, прежде всего, по ее положению в разрезе силура: она согласно (с переслаиванием) налегает на ландоверийскую, существенно парасланцевую, невьянскую свиту и перекрывается без видимого несогласия вышележащей, фаунистически охаракте-ризованой, верхнесилурийской-нижнедевонской муралинской свитой. Мощность кировградской свиты колеблется в широких пределах от 400 до 1000 метров. Мезо-кайнозойские образования (Mz-Kz)
Представлены древней корой выветривания (eMz-Kz), широко развитой на рассматриваемой площади. Элювиальные образования развиты, главным образом, за счет филли-товидных, серицито-кварцитовых сланцев с редкими прослоями кварцитов, серицито-кварцитовых углисто-серицито-кварцитовых сланцев, порфиритов андезито-базальтового состава и их туфов и в меньшей мере габбро и гранитов.Мощность этих образований более 30 метров.
Аллювиальные отложения слагают пойменную и надпойменные террасы. Цокольные террасы сложены песком с гравием и мелкой галькой. Сортировка материала плохая. Мощность 2,0-5,0 м. Элювиально-делювиальные отложения (e-d Qiv) развиты, в основном, в междуречье рр.Пышмы и Исети, на возвышенностях и их склонах сложенными бурыми песчаными глинами с большим количеством дресвы и щебня. Залегают, как правило, на мезозойских корах выветривания. Мощность 0,5-2,0 м. Широко развиты озерные, озерно-болотные и органогенные болотные образования современного отдела четвертичной системы. Озерные отложения представлены иловатыми глинами с песком, прослои, линзы и гнезда глинистых песков. Залегают на олигоцен-миоценовом аллювии на высоте 40-50 м над урезом р. Исети перекрываются делювиальными глинами и современными торфами. Мощность отложений до 12 м. Делювиальные отложения имеют широкое площадное развитие, они выполняют "мертвые" ложбины и меридиональные депрессии и представлены темно- и светло-коричневыми песчанистыми глинами с прослоями и линзами глинистого песка и небольшим количеством щебня и гальки. Мощность до 5-14 м. Интрузивные породы
Геохимическая специфика воздействия полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду (На примере полигонов «Широкая Речка»
Гидрохимические исследования выявили высокие концентрации такого важного сидерофильного элемента как являются железосодержащие минералы (например, оливин), содержащиеся во вмещающих породах. Исследования, проведенные в 2000 году показывают, что граница ореола загрязнения распространена в южном направлении (вдоль сланцеватости пород) на 300 350 м, в юго-восточном направлении (по потоку подземных вод) на 100-150 мив восточном направлении (вкрест простирания геологических структур) на 80-90 м. Сопоставление исследований прошлых лет с исследованиями 2000 года дают возможность ориентировочно оценить скорость распространения ореола загрязнения. За последние 7 лет ореол увеличился в южном направлении на 150-200 м, действительная скорость распространения загрязнения составляет 30 м в год, что соответствует истинному коэффициенту фильтрации 0,08 м/сут. Скорость распространения загрязнения в юго-восточном направлении по фактическому положению контура составляет около 5 м в год, т.е. коэффициент фильтрации в этом направлении 0,01 м/сут.
Время движения ореола загрязнения до границы санитарно-защитной зоны, без проведения природоохранных мероприятий, в южном направлении около 20 лет, в юго-восточном - около 60 лет.
Скважина 4л расположена в направлении преобладающего распространения загрязнения от полигона, однако время продвижения ореола слишком велико по отношению к времени существования бактерий (400 дней). Это подтверждается результатом анализа воды в скв. 4л, который в эпидемическом отношении соответствует всем нормативам СанПиНа 2.1.4.559-96 на питьевую воду.
Микробиологические исследования, проведенные в скв. 5 и 3, расположенные в восточном и юго-восточном направлениях на расстоянии 400-600 м от скв. 5л показали, что содержания общего органического вещества (Сорг \o-\s мг/л) и величины окисляемости (10 мг Ог/л) в этих точках соответствуют чистым питьевым водам по ГОСТ 13278-88 «Воды минеральные питьевые лечебные и лечебно-столовые».
В формировании физико-химической обстановки подземных вод участвует разнообразная микрофлора, перечисленная выше. Привнос микроорганизмов с фильтратом в водоносный горизонт будет постоянно способствовать активизации микробиологической деятельности и, как следствие, будет происходить понижение рН среды, переход малорастворимых веществ в более растворимые и более активная миграция металлов. Воздействие на геологическую среду и почвы
Водородный показатель характеризует безнейтральную (6,9 -7,05) и слабощелочную (8,3 - 8,35) реакцию почв. При этом слабощелочные свойства характерны для почв вблизи восточной и юго-восточной границ полигона на расстоянии 30 - 60 м от нее ниже по склону, что, по всей вероятности, обусловлено влиянием фильтрата. Раскисление почв до близнеитралыюй реакции проходит по мере удаления от тела полигона ниже по склону. Почвы являются интегральным депонентом природного и техногенного загрязнений. Повышенные концентрации в почвах Мп, Сг и Си, имеют природное происхождение и свойственны породам основного и ультраосновного состава, а также вулканогенным и аповулканогенным сланцам, возникшим при региональном метаморфизме зеленосланце-вой фации. Повышенные содержания РЬ, скорее всего имеют техногенную природу. Достаточно сложный состав твердых бытовых отходов, при наличии черных и цветных металлов, также может влиять на техногенную миграцию названных химических элементов. Наибольшим загрязнением характеризуются почвы трансэлювиальных ландшафтов пологих склонов и подветренного восточного склона полигона (при преобладании ветров западного - северо-западного направления).
Усредненные результаты исследования почв приведены в таблице 13. Степень загрязнения грунтов в районе Широкореченского полигона по материалам опробования за 1999-2003 г.г.(рис.П)
Граница проектируемого полигона Граница СЗЗ Рис. 11 Степень загрязнения грунтов в районе Широкореченского полигона по материалам опробования 1999-2003 г.г. В объеме проведенных исследований установлено, что содержание тяжелых металлов в почве не соответствуют требованиям ГН 2.1.7.020-94, перечню ДПК и ОДК № 6229-91. Содержание исследованных подвижных форм химических элементов (ртуть) не превышает ПДК. Валовое содержание кобальта в четырех точках превышает ПДК в 1,7 -3,0 раза, по никелю - в 1,4-4,7 раза. В одной точке превышение по кадмию в 2,7 раза, по кобальту - в 2,5 раза, по никелю в 1,4 раза.
Сравнение результатов литогеохимической съемки 1999 г. и 2003 г. позволяет сделать вывод о том, что за период с 1999 по 2003 г.г. зафиксировано ухудшение экологической ситуации не только в контурах санитарно-защитной зоны полигона, но и за ее пределами. Загрязнение почв у восточной граница полигона достигло опасного уровня (Zc = 35,6), а умеренно опасная категория загрязнения (Zc = 14 -31,6) распространилась на весь юго-восточный склон возвышенности и к западу от полигона. Увеличение высоты тела полигона, наряду с повышенным количеством отходов, обусловили усиление атмосферного рассеяния загрязнений при западной - северо-западной розе ветров и их повышенную миграцию в том же направлении поверхностным и подземным стоком.
Техногенные геохимические ассоциации и их состав
Повышение содержания Cd в почвах связано исключительно с формированием техногенных потоков рассеивания. Э.Ф.Емлиным было установлено, что основной формой накопления Cd в ландшафтах на начальных стадиях его техногенной миграции служат водорастворимые гидросульфаты (Емлин, 1986, 1991). Они образуются на криогенных и испарительных барьерах, что весьма актуально в условиях Среднего Урала. В связи с высокой степенью индустриализации и урбанизации, на Урале нет таких участков природных ландшафтов, которые можно было считать относительно незагрязнёнными. Природный геохимический фон за последние 30 - 40 лет претерпел существенные изменения и перешёл в квазистационарное состояние. Поэтому, определяя те или иные характеристики в сверх урбанизированных регионах, следует иметь в виду, что фоновые параметры конкретного объекта исследований несут информацию и об интегральном воздействии других источников загрязнения на данный участок.
Для техногенной геохимии важно установить не только уровни концентраций элементов в миграционных и депонирующих средах, но и состояние загрязнителей и их зависимость от ландшафтно-микроклиматических факторов.
Фенолы, например, могут инициировать техногенное метилирование, выполняя роль донора метильных и пероксидных радикалов. Последние, имея неспаренный электрон, вступают в химические реакции как между собой с образованием эфироподобных веществ, так и с металлами, десорбируя их с поверхности коллоидной фазы. Поскольку десорбция Cd осуществляется легче, чем других металлов (Webb, 1979, Gardiner, 1974), естественно и метилирование его протекает более активно. Итак, в отличие от природных циклов, миграция изучаемых элементов в зоне влияния полигонов ТБО:
l.He лимитируется скоростью и направленностью разложения органического вещества (ОВ), а определяется масштабами поступления синтетических хелантов одновременно и как носителей металлов-экотоксикантов, и как соединений влияющих на сам характер и скорость разложения органических веществ (ОВ);
2.В большей степени зависит от комплексообразующей способности и свойств хелатно-лигандной матрицы, ее хелатирующеи емкости, компонентного состава и лиганднои структуры;
3.Определяется устойчивостью техногенных форм существования элементов к физико-химической деструкции, их биодоступностыо, скоростью образования и распада;
Контролируется, в основном, направленность преобразования органических веществ отходов и интенсивностью водообмена между территорией влияния полигоновТБО и геосистемы в целом.
В последнее десятилетие XX века было открыто явление техногенного регрессивного литогенеза и показано, что на урбанизированных территориях образуются такие техногенные ассоциации, которые в природе немыслимы - арсенаты никеля и марганца, фторхлориды свинца, гидрохлориды меди и многие другие. Так и в водных потоках возникают техногенные органоминеральные и минеральные комплексы металлов - метила-ты, комплексонаты, ксантогенаты и т.д. (Muramoto, 1980, Seemager, Hadnagy 1993 и др.). Типичными техногенными осадками являются соединения Cd с хризеном и полихлорби-фенилами в процессах высокотемпературного компостирования иловых шламов хозбы-товых сточных вод (Lazzari, Sperni, et.al., 2000). Свойства многих из вышеперечисленных соединений в экологическом контексте только начинают изучаться.
Например, в случае, если хелантом является поливалентный комплексон, почти все, считающиеся в классическом понимании катионогенные элементы I и II групп таблицы Менделеева под их воздействием способны образовывать три разновидности комплексов, различных по заряду миграционных форм: катионогенный, анионогенный и нейтральный.
В настоящее время кадмиевые полимеры и комплексонаты завоевали прочное место в промышленности и в быту - в производстве новых поколений компьютерной техники, высокопрочных пластмассовых изделий, полиэтиленовых пленок, полимерных покрытий и пр. Безусловно все это попадает на полигоны твердых бытовых отходов (см.морфологический состав полигонов).
Важно отметить необходимость постановки принципиально новой проблемы -комплексонного и комплексонатного техногенно-геохимического фона, как на глобальном, так и на региональном уровне.
На примере Cd очевидно, что в урботехногенных водных потоках он становится более редокс-зависимым элементом, чем в природной геохимической среде и его геохимическая трансформация будет определяться не имманентно ему присущими свойствами, а составом, структурой и степенью протонированности комплексона. Этот же вывод относится практически ко всем металлам. Например, ион Си2+ в комплексе с ДТПФ (диэти-лентриамин-Ы-пентаметиленфосфоновая кислота, Hiodtpph) образует 7 анионогенных миграционных форм: [CuH2dtpph]8\ [CuHdtpph]7 , [CuH4dtpph]5 , [CuH4dtpph]4", [CuH5dtpph]3", [CuHedtpph]2", [CuH7dtpph] , (Дятлова, Темкина, 1988). Тем самым, в урботехногенезе медь становится высокостабильиым водным мигрантом, уровень концентрации которой не контролируется изменением рН в обычном для природных вод диапазоне.
При появлении полимеров и комплексонатов в водных акваториях происходит очищение донных осадков от токсических металлов и формирование вторичных техно-генно-гидрохимических аномалий Cd, Си, Cr, РЬ, Мп и других элементов [25, 61, 71 и др.]. Так, исследованиями V. Samanidou и К Fytianos (1990) установлен следующий ряд спсобности комплексонов извлекать металлы из донных осадков: Cd: NTA РОД EDTA, STTP Triton X100 N03" Pb: NTA EDTA, P043" N03\Triton XI00, STTP Cu: EDTA = NTA, Triton XI00, P043" N03"= STTP Mn: STTP EDTA NTA TritonX100 = PO43 ,NO3" Cr: NTA, P043 » N03", Triton XI00, EDTA, STTP
Анализ этих рядов показывает, что такой комплексон как NTA [нитрилтриацетат) с одинаковой эффективностью извлекает катионогенные Cd и РЬ и анионогенный Сг - элементы с противоположными геохимическими свойствами. Кроме того, при загрязнении водной среды несколькими комплексонами - NTA, EDTA, STTP и других - донные осадки поставляют в будут формироваться геохимически парадоксальные ассоциации элементов халькофильной, сидерофильной и литофильной специализации.
В результате извлечения металлов из водовмещающей среды происходит образование техногенных солей полиаминополиуксусных, алкилфосфоновых, алкиларсоновых, ал-килсульфоновых и других кислот. Как сами комплексоны, так и их соли традиционно относят к малотоксичным веществам (Дятлова, Темкина, 1988) в плане проявления острых интоксикаций. Но такое положение связано с тем, что пока накоплено слишком мало данных об их долговременном воздействии, а об отдаленных экологических последствиях широкомасштабного применения КМП человечеству ещё ничего неизвестно. Известно только, что некоторые техногенные комплексонаты Cd для рыб и других гидробионтов оказываются более токсичными, чем классические ионные формы миграции, (Линник, Набиванец, 1986).
На важность учета техногенной специализации хелатно-лигандной матрицы ком-плексонов в изучении современных экологических процессов указывают A. Oikaru и М. Sillanpaa. По их мнению, первоначальными формами комплексонов, поступающих в окружающую среду, являются комплексы Са, Mn, Fe и Zn с EDTA и DTPA, но как только их концентрация в водных объектах становится сопоставимой с молярными концентрациями переходных металлов, происходит смена форм и образование новых комплексов (Oikaru, Sillanpaa, et.al., 2001). При этом в другой работе эти авторы отмечают, что техно-генно-обусловленное комплексование EDTA с Cd и Hg не приводит к увеличению токсичности новых соединений по отношению к бактериям Phorobacierium phosphoreum (Oikaru, Sillanpaa, 1996).
