Содержание к диссертации
Введение
1. Исследование проблем обеспечения экологической безопасности полигонов твердых отходов потребления (ТОП) 12
1.1. Роль и место полигонов ТОП в системе городского хозяйства 14
1.2. Задачи и научные предпосылки размещения и обеспечения экологической безопасности полигонов ТОП 26
1.3. Выводы 34
2. Исследование методических подходов к выбору площадки полигонов топ и оценке их экологической безопасности 36
2.1. Анализ методических основ выбора площадки полигонов ТОП и оценки их экологической безопасности 36
2.2. Экологическое обоснование выбора площадки полигонов ТОП 45
2.3. Анализ проблем и требуемых условий размещения полигонов ТОП на территории Республики Армения 65
2.4. Выводы .73
3. Совершенствование методики выбора площадки для строительства полигонов топ в условиях республики армения ... 74
3.1. Анализ фактических условий строительства полигонов ТОП
на территории Республики Армения 74
3.2. Сопоставление требуемых и фактических условий строительства полигонов ТОП на территории г. Еревана Республики Армения 78
3.3. Совершенствование методики выбора площадки для строительства полигонов ТОП 81
3.4. Разработка и описание алгоритма реализации методики выбора площадки для строительства полигонов ТОП .88
3.5.Выводы 91
4. Практическая апробация методики выбора площадки для строительства полигонов топ в условиях республики армения 93
4.1. Формирование блока исходных данных для реализации методики в условиях г.Еревана 93
4.2. Реализация методики выбора площадки для строительства полигона ТОП в условиях г.Еревана 98
4.3. Описание результатов практической апробации методики для условий г.Еревана 109
4.4. Выводы 113
Заключение 114
Список использованных источников
- Задачи и научные предпосылки размещения и обеспечения экологической безопасности полигонов ТОП
- Экологическое обоснование выбора площадки полигонов ТОП
- Сопоставление требуемых и фактических условий строительства полигонов ТОП на территории г. Еревана Республики Армения
- Реализация методики выбора площадки для строительства полигона ТОП в условиях г.Еревана
Задачи и научные предпосылки размещения и обеспечения экологической безопасности полигонов ТОП
В соответствии с нормативными требованиями Республики Армения хозяйственная зона проектируется на пересечении подъездной дороги с границей полигона, что обеспечивает возможность эксплуатации зоны на любой стадии заполнения полигона ТОП. В хозяйственной зоне размещаются бытовые и производственные сооружения. На участках с конфигурацией, близкой к квадрату, зона проектируется у последней очереди складирования ТОП, а на участках вытянутой формы зона размещается посередине длинной стороны. Хозяйственная зона занимает от 5 до 15% от общей площади. Территория хозяйственной зоны должна иметь твердое покрытие, освещение и въезд со стороны полигона.
Основными преимуществами захоронения ТОП на полигонах как одного из способов их утилизации являются: - минимальная потребность в дополнительных производственных мощностях; - минимальные затраты на выбор, проектирование, монтаж и эксплуатацию специального инженерно-экологического оборудования; - относительно короткий период строительства полигона; - минимальный уровень вредных условий труда по сравнению с производственными помещениями. К основным недостаткам этого способа утилизации можно отнести: - загрязнение окружающей среды тонкодисперсной пылью, биогазом, оксидами серы и азота, фуранами, диоксинами и другими высокотоксичными веществами, сточными водами, остаточными твердыми отходами; - накопление фильтрата, который может способствовать загрязнению почвы и водных объектов; - самовозгораемость слоя отходов из-за накопления биогаза; - жесткие требования к выбору площадки для размещения полигона по захоронению ТОП; - изъятие значительных по площади территорий из экологических систем и хозяйственного оборота.
В соответствии с содержанием термина «городское хозяйство» в его структуру входят общественно-значимые объекты, связанные с основными видами хозяйственной жизни города. Основу городского хозяйства составляет жилищно-коммунальный комплекс, включающий жилищное хозяйство и отрасли коммунального обслуживания потребителей. Этот комплекс характеризуется высоким удельным весом муниципальной (государственной) собственности и выполняет жизненно важные функции для жизнедеятельности города: техническое содержание и ремонт жилых и общественных зданий, обеспечение безопасного экологического состояния городской территории, обеспечение населения и организаций водой, газом, электроэнергией, теплом и т.п. В то же время другие отрасли сферы услуг, например, торговля и общественное питание, практически полностью приватизированные и предоставляющие индивидуальные услуги потребителям на рыночной основе, в состав городского хозяйства не входят. По отношению к ним создаются необходимые условия для развития и осуществляются функции контроля.
Таким образом, в структуру городского хозяйства входят следующие объекты и комплексы: - жилищное хозяйство, включающее службы и предприятия технического и санитарного обслуживания жилищного фонда, текущего и капитального ремонта жилых зданий; - объекты и предприятия водоснабжения и канализации жилого и нежилого фондов города; - коммунальная энергетика, включая тепло-, газо-, электроснабжение городов и населенных пунктов; - городской пассажирский транспорт и организация транспортных потоков; - городское (муниципальное) строительство и реконструкция жилых и нежилых объектов на основе городского заказа, а также регулирование частного сектора в строительстве и ремонтно-строительном производстве; - градостроительное регулирование и землеустройство; - управление городским имуществом; - городские информационные системы и пр.; - техническое содержание и коммунальное обеспечение объектов социально-культурной сферы города: школ, поликлиник, больниц, библиотек, спортивных объектов и т. п.; - коммунальное обеспечение энергией, водой и отведением канализационных стоков, услугами по благоустройству городской территории предприятий торговли и общественного питания, правоохранительных и военных организаций, промышленных предприятий, коммерческих организаций различного профиля и прочих объектов, находящихся на территории города и пр.; - благоустройство городской территории, включая дорожное хозяйство, уборку и утилизацию бытовых отходов и мусора, садово-парковое хозяйство, содержание малых архитектурных форм, водоемов, пляжей и других городских объектов.
Таким образом, несмотря на то, что территориально в большинстве случаев полигоны ТОП размещаются в пригородных зонах населенных пунктов, их строительством, управлением, содержанием и мониторингом состояния занимаются муниципальные предприятия, входящие в структуру административного управления населенным пунктом. Кроме того, непосредственная близость полигонов по захоронению ТОП к плотной городской застройке предопределяет их значительное негативное воздействие на окружающую городскую среду.
В соответствии с вышеизложенным, можно сделать вывод о том, что: - во-первых, полигоны ТОП являются объектами городского хозяйства; - во-вторых, полигоны ТОП оказывают негативное воздействие именно на городскую среду; - в-третьих, определяющую роль в обеспечении экологической безопасности полигонов ТОП играет выбор площадки для их размещения с учетом перспективного плана развития городской территории в целом.
Экологическое обоснование выбора площадки полигонов ТОП
Одним из современных научных подходов к решению многофакторной задачи определения территориального размещения любого объекта, удовлетворяющего ряду критериев и граничных условий, является метод «наложения карт», который предполагает реализацию разработанного алгоритма выбора оптимального варианта территории размещения объекта по широкому спектру критериев на основе геоинформационных технологий.
Полигоны ТОП представляют собой комплексы природоохранных сооружений, предназначенные для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения твердых отходов потребления. По мнению ряда исследователей [3,34,83], даже санкционированное создание полигонов ТОП является «геологическим преступлением», которое, однако, официально таковым пока обычно не считается, а юридические санкции применяются лишь к несанкционированным свалкам. По мнению других авторов [13,16,27,42,53], созданию полигонов ТОП пока нет альтернативы и активно проводятся научные исследования по теоретическому обоснованию этой проблемы.
Известно [55,63,82,92,102], что существует три вида полигонов по захоронению ТОП: заглубленные (траншейные); полузаглубленные; наземные (рисунок 2.1 а, б, в).
Заглубленные полигоны организуют в естественных или искусственных понижениях рельефа (балках, оврагах, заброшенных карьерах и т.п.). Они могут быть погребенными (в том числе, рекультивированными) и непогребенными.
Полузаглубленные полигоны формируют вначале ниже условной нулевой отметки грунта, а затем выводят их на поверхность выше упомянутой нулевой отметки.
Наземные полигоны ТОП создают в виде многоярусных хранилищ отходов непосредственно на относительно ровной поверхности. Количество ярусов в хранилище может достигать 10 и более, его заполнение длится годами, при этом общая высота над поверхностью земли доходит до 50 м и более.
Каждое такое хранилище - своеобразный биохимический реактор, в теле которого под воздействием внешних (осадков, температуры) и внутренних (микробиологического разложения, уплотнения и т.п.) факторов происходят сложные комплексные реакции с выделением биогаза, жидких и твердых компонентов. В нижней части тела полигона скапливается фильтрат, представляющий собой вязкую жидкость темного цвета (до черного), содержащую в своем составе большой набор токсичных веществ. Именно этот фильтрат представляет наибольшую потенциальную опасность для загрязнения грунтовых вод.
В странах, где ежегодно образуется до 200-300 м3 отходов на один квадратный километр территории, стремятся уменьшить объем отходов, которые подлежат захоронению (до 40% и более). В странах, где земельные ресурсы позволяют формировать полигоны, они создаются при строгом соблюдении соответствующих гигиенических и природоохранных норм [55,90]. В тех странах, где земельные ресурсы ограничены, создание полигонов ТОП запрещено.
В европейских странах 40% отходов перерабатывают в удобрения путем биологической обработки, 10% сжигают на мусоросжигательных заводах, 40% захоранивают либо на своей территории, либо на территории других стран, остальные 10% (в основном активный ил) сбрасывают в моря.
Таким образом, в европейских странах в настоящее время около половины объема отходов перерабатывается. Однако с каждым годом требования к захоронению отходов ужесточаются, что особенно проявляется в странах Евросоюза, где разработана долгосрочная программа, рассчитанная на полную ликвидацию захоронений отходов и постепенный переход на их рециклинг.
В США, а также во многих странах Евросоюза проблема обращения с отходами рассматривается комплексно. Количество образующихся в США отходов потребления в расчете на 1 жителя в год в период с 1960 до 2008 г. увеличилось вдвое (с 1,23 кг до более, чем 2 кг).
На первом месте стоит задача снижения уровня образования отходов, т.е. сокращения числа и масштаба потенциальных источников образования отходов разными способами (путем внедрения и совершенствования безотходных технологий, уменьшения удельной массы тары, применения «разлагающейся» тары и упаковок и т.п.). На втором по значимости месте стоит задача переработки образующихся отходов (организованный сбор отходов, сортировка, рециклинг, переработка с целью продажи получаемых компонентов, в т.ч. и энергетических, например биогаза). И лишь на третьем месте стоит компостирование отсортированных твердых бытовых органических отходов с целью получения биогумуса и его вовлечения в сельскохозяйственное производство. Так, например, в США доля пищевых отходов среди ТОП составляет 23-26% и значительная часть этого идет на компостирование. При этом себестоимость тонны производимого компоста составляет от 26 до 100 долларов в зависимости от его качества.
Сопоставление требуемых и фактических условий строительства полигонов ТОП на территории г. Еревана Республики Армения
Используя уравнение водного баланса, количество образующегося фильтрата составит: Qф=Qа+Qк+Qб+Qп-Qи-Qт-Qс-Qу-Qо+Qв3 (2.1) где: 0,ф - расход образующегося фильтрата, отводимого через дренажную систему, м3; Qa - количество атмосферных осадков, м3; Q- конденсация водяных паров, м3; Qб - боковой приток воды из водоносных горизонтов в тело свалки, м3; Qп - капиллярное поднятие подземных вод, м3; Qи- количество испарений, м3; Qт - транспирация влаги растениями, м3; Q - поверхностный сток фильтрата, м3; Q - фильтрационные поступления из тела свалки не прошедшие через дренаж (подземный сток), м3; Qо - боковой отток фильтрата, м3; Qв - влажность ТОП, м3.
Потоки фильтрата образуются с того момента, когда отходы достигают уровня полной полевой влагоемкости, хотя полная полевая влагоемкость может быть достигнута только в отдельных зонах насыпи отходов. Полевая влагоемкость достигается обычно в течение первых двух лет загрузки полигона отходами, когда преобладает боковая пригрузка отходов, и более двух лет, когда преобладает вертикальная загрузка. Как только полевая влагоемкость достигнута, возникают сезонные потоки фильтрата, то есть объемы образования фильтрата почти сравниваются с объемами поступления воды на поверхность. Таким образом, количество образованного фильтрата на полигоне, на котором отходы не контактируют с поверхностными и подземными водами, определяется климатом (а именно интенсивностью испарения и количеством осадком), площадью полигона, то есть площадью сбора атмосферных осадков, и методикой эксплуатации и рекультивации полигона, обеспечивающей задержку проникновения осадков в толщу отходов путем их изоляции сверху и путем увеличения транспирации при озеленении.
Биогаз, образующийся в толще свалочного тела при складировании ТОП на полигонах, обладает выраженным токсичным действием и неприятным раздражающим запахом, на 98% состоит из метана и диоксида углерода, которые при выходе на поверхность загрязняют атмосферный воздух и нередко приводят к возгоранию отходов, дополнительно загрязняя воздушный бассейн.
Биогаз полигонов ТОП образуется при анаэробном разложении органической составляющей отходов. В результате многолетних исследований авторы различных работ выделяют 4 фазы образования биогаза:
I фаза – аэробная, когда при разложении микроорганизмами органической составляющей ТОП выделяются, в основном, CO2 и Н2О, а температура в массе отходов увеличивается до +50С.
II фаза - аэробно-анаэробная (при недостатке кислорода), когда в результате кислой ферментации органики начинается интенсивное образование двуокиси углерода (СО2) и некоторого количества водорода. Результаты исследований многих авторов свидетельствуют о том, что в течение 11 суток может быть достигнута 70%-ная объемная концентрация СО2.
III фаза - анаэробная, неустойчивая, сопровождающаяся образованием метана. За 3 месяца во влажных отходах может быть достигнута 50%-ная объемная концентрация метана, но в сухих отходах этот период будет во много раз больше.
IV фаза - анаэробная, устойчивая, сопровождающаяся образованием метана, в течение которой концентрация метана в биогазе остается постоянной – от 40 до70% объема.
На количество образующегося в объеме свалочного тела полигона биогаза влияет ряд различных факторов, к основным из которых можно отнести следующие: массу доставляемых на полигон в единицу времени (в год) отходов; влажность отходов; мощность (толщину) слоя складированных отходов; климатические условия; состав отходов; соотношение углерода и общего азота в массе отходов. Расчет выбросов биогаза необходимо проводить для условий стабилизированного процесса разложения при максимальном выходе биогаза. Стабилизация процесса выделения биогаза наступает спустя в среднем два года после захоронения отходов. Период активного выхода биогаза составляет в среднем двадцать лет. За это время генерируется около 80% общего количества биогаза, получаемого из каждой тонны отходов.
Реализация методики выбора площадки для строительства полигона ТОП в условиях г.Еревана
Предварительно проведенный анализ позволил установить, что для территории г. Еревана Республики Армения в качестве требуемых значений упомянутых выше оценочных критериев (исходя из благоприятных условий для размещения полигонов по захоронению ТОП) целесообразно принять следующие характеристики участков:
- открытые, хорошо проветриваемые, незатопляемые и неподтапливаемые, допускающие осуществление мероприятий и инженерных решений, исключающих загрязнение окружающей среды;
- расположенные с подветренной стороны (для преобладающего направления ветра) по отношению к населенным пунктам и рекреационным зонам;
- расположенные ниже мест водозаборов хозяйственно-питьевого водоснабжения, рыбоводных хозяйств, мест нереста, массового нагула и зимовальных ям рыбы;
- удаленные от аэропортов на 15км и более, от сельскохозяйственных угодий и транзитных магистральных дорог на 200м, от лесных массивов и лесопосадок, не предназначенных для рекреации, на 50м;
- обеспечивающие соблюдение 500м санитарно-защитной зоны от жилой застройки до границ полигона;
- с уклоном в сторону населенных пунктов, промышленных предприятий, сельскохозяйственных угодий, лесных массивов не более 1,5%;
- с залеганием грунтовых вод при наибольшем подъеме, с учетом эксплуатации полигона не менее 2м от нижнего уровня захораниваемых отходов;
- с преобладанием в разрезе четвертичных отложений экранирующих пород (в т.ч. моренные суглинки), характеризующиеся коэффициентом фильтрации от 7 но, не более 10 м/с; - оценка гидрогеологической обстановки производится полевыми методами исследований в конкретных геологических условиях, включая трещиноватость пород, наличие гидрогеологических окон и т.п.;
- с развитым региональным водоупором (юрские глины), характеризующимся отсутствием «гидравлических окон» и значительных по площади трещиноватых зон;
- с отсутствием опасных геологических процессов (оползневые, карстово суффозионные, овражная эрозия и т.д.).
Приведенные требуемые оценочные критерии сопоставлены нами с фактическими оценочными критериями применительно к территории г.Еревана Республики Армения. В результате выполненных исследований [20,26] по сопоставлению требуемых (из условий обеспечения минимального периода восстановления территории полигона ТОП требований к территории по строительства полигонов по захоронении отходов) с фактическим состоянием территории г. Еревана и его пригородной зоны предварительно выявлено, что для рассмотренной территории наблюдаются отклонения сравниваемых критериев по:
- климатогеографическим условиям: оптимальная температура воздуха должна соответствовать диапазону от +5 до +25 C, оптимальная относительная влажность воздуха должна соответствовать диапазону от 40 до 100 % при скорости движения воздуха от 3 до 7 м/с, а фактическая среднегодовая температура составляет +12C, абсолютный максимум температуры составляет +42C, абсолютный минимум температуры составляет - 31C;
- геологическим условиям местности: требуемая плотность грунта составляет от 2,6 до 2,75 г/см3, требуемая прочность грунта составляет от 2 до 40 Па/м2; требуемая кислотность грунта составляет от 6 до 7 pH, требуемое поглощение грунтом влаги составляет от 15 до 45 мг/экв, а по фактическим характеристикам грунт обладает: плотностью от 1,2 до 1,8 г/см3, прочностью от 1,5 до 21 Па/м2, кислотностью от 7,5 до 8,5 pH, поглощением влаги от 20 до 30мг/экв; - гидрологическим условиям местности: требуемая глубина грунтовых вод должна составлять не менее 2 м от нижнего уровня захораниваемых отходов, требуемая глубина залегания подземных вод должна составлять не менее 10м от нижнего уровня захораниваемых отходов, а фактически грунтовые воды находятся на глубине от 9 до 51 м, подземные воды залегают на глубине 150 200 м и распределены крайне неравномерно, проявляясь в виде родников, топей, подземных потоков; - по условиям обеспечения экологической безопасности: среднесуточные предельно допустимые концентрации основных видов загрязняющих веществ составляют: оксида углерода - 3 мг/м3; углеводородов - 1,0 мг/м3; оксидов азота - 0,06 мг/м3; взвешенных частиц - 0,15 мг/м3; диоксида серы - 0,05мг/м3; свинца - 0,0003 мг/м3; бенз(а)пирена - 0,1 мкг/100 м3, а фактические значения фоновых концентраций соответствующих видов загрязняющих веществ составляют: оксида углерода – 1,1 мг/м3; углеводородов – 1,1 мг/м3; оксидов азота -0,065мг/м3; взвешенных частиц – 0,4 мг/м3; диоксида серы – 0,015 мг/м3; свинца – 0,0005 мг/м3; бенз(а)пирена – 0,08 мкг/100 м3, при этом индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) для рассматриваемой территории составляет 8,2 и находится в пределах: 7 ИЗА5 11, что соответствует повышенному уровню загрязнения атмосферы, а потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА) для рассматриваемой территории составляет 5,8 и соответствует высокому уровню. Кроме того, на рассматриваемой территории имеются водоохранные зоны родников.
