CC BY
59
------------------------------------------ © М.А. Пашкевич, Е.В. Елдина,
2006
УДК 504.54.062.4; 504.05:62 М.А. Пашкевич, Е.В. Елдина
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СРЕДОЗАЩИТНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОЛИГОНА ЗАХОРОНЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ НА ПРИРОДНУЮ СРЕДУ*
Семинар № 10
Гехнический прогресс, способствуя загрязнению природной среды, одновременно предполагает необходимость ее защиты за счет создания малоотходных и безотходных технологических процессов, а также путем переработки (утилизации), обезвреживания и захоронения образуемых отходов. Варианты размещения отходов в значительной степени определяются как химическими и физическими характеристиками, так и их ко-личВсткшюящее время единственной специализированной территорией конечного размещения промышленных токсичных отходов для Санкт-Петербурга и Ленинградской области является государственное природоохранное предприятие "Полигон "Красный Бор", открытое в 1970 году. Предполагалось, что это экспериментальное предприятие по обезвреживанию высокоопасных отходов просуществует 5 лет, а опыт его эксплуатации будет учтен при проектировании других подобных производств в нашей стране. Однако полигону не было создано какой-либо альтернативы, и он эксплуатируется более 35-ти лет, имея
весьма значительные недостатки, одним из которых является устаревшая технология переработки и захоронения отходов.
Полигон "Красный Бор" расположен в Тосненском районе в 30-ти километрах от Санкт-Петербурга, в 4,5 км к юго-востоку от города Колпино в междуречье Тосно и Ижоры и занимает площадь 60 гектаров.
Основной операцией по изоляции опасных отходов на полигоне служит захоронение смешанных твердых, пастообразных и жидких отходов в котлованах-картах, открываемых в массиве кембрийской глины, залегающей в этом районе почти от земной поверхности до глубины 80 м.
В существующем состоянии полигон "Красный Бор" является опасным источником загрязнения поверхностных и грунтовых вод на водосборе реки Большая Ижорка. В среднем около 250 тыс.
2
м воды стрекает с территории полигона, при этом воды атмосферного генезиса смешиваются в сети придорожных кювет с фильтратом из карт с жидкими отходами и сильно загрязненными поступают в кольцевой канал, а затем в ес-
*Работы выполнены при поддержке российско-американской программы «Фундаментальные исследования и высшее образование» (BRHE).
3-1-1
3-1-1 Наблюдательные скважины и их номера
Рис. 1. Расположение скважин на территории полигона
тественную гидрографическую сеть.
Для оценки воздействия полигона на окружающую среду проводился гидрохимический мониторинг по створу наблюдательных скважин на восточном фланге промплощадки. Створ состоит из трех наблюдательных пунктов, призванных обеспечить эколого-
гидрологический контроль вдоль основного вектора подземного стока в четвертичных отложениях, направленного с юго-востока на северо-запад.
Первый пункт (скважины 1-1-1 и 1-12) расположен на юго-восточном входе подземного стока в промплощадку со стороны Ижорского плато и характеризует фоновое загрязнение. Второй пункт (скважины 2-1-1 и 2-1-2) расположен непосредственно на пути транзитного фильтрационного потока через промп-лощадку. Третий пункт расположен на выходе грунтового и подземного стока
за пределами кольцевого канала полигона (рис. 1).
Отбор проб проводился ежемесячно и анализировался в сертифицированной лаборатории полигона.
Скважинами 2-1-1 и 2-1-2 вскрыт техногенный подвижный водоносный горизонт с содержанием загрязнителей техногенного генезиса (фенолы, формальдегиды, СПАВы, нефтепродукты и др.) существенно выше фоновых концентраций этих компонентов в грунтовых и подземных водах в скважинах 1-11 и 1-1-2. Содержания нефтепродуктов в десятки, формальдегидов и СПАВов в сотни, фенолов в тысячи раз превышали содержание этих компонентов в грунтовых и подземных водах на выходе полигона.
Скважинами 3-1-1 и 3-1-2 вскрыт борт «рукава» выноса техногенного за-
грязнения грунтовых и подземных вод за пределами полигона.
Оценка уровня гидрохимического загрязнения окружающей среды компонентами промхимотходов юго-
восточной части полигона «Красный Бор» в 2003-2005 годах позволила сделать следующие выводы:
• по всем компонентам наблюдается превышение ПДК;
• с каждым годом уровень загрязнения возрастает;
• уровень загрязнения является экстремально высоким по пяти компонентам (фенолы, БПК, марганец, железо, сера сульфидная);
• умеренный уровень загрязнения наблюдается по семи компонентам (формальдегиды, аммиак, СПАВы, никель, сульфат-ион, азот-нитрит, нефтепродукты).
Анализ результатов моделирования техногенной миграции потоков показывает следующее:
• продолжается вынос компонентов промхимотходов, захороненных в юго-восточной части полигона в окружающей среду за пределы полигона;
• уровень загрязнения подземных вод на выходе с полигона (скважина 3), по сравнению со скважиной 1 на входе в полигон, существенно выше (примерно в 5-7 раз по исследуемым компонентам).
Воздействие полигона на атмосферный воздух заключается в пылесдувании с поверхности карт, в организованных выбросах неочищенных отходящих газов при работе УТО и котельной, что происходит постоянно в течение длительного периода времени.
Интенсивность пылевыделения с поверхности техногенных месторождений определяется скоростью ветра, профилем поверхности складируемого материала, степенью защищенности техногенного месторождения от внешнего
воздействия, продолжительностью эксплуатации.
Для интегральной оценки влияния полигона на атмосферный воздух наиболее эффективными являются биоин-дикационные методы. С этой целью были проведены лесопатологическое обследование и биоиндикация воздушных загрязнений по состоянию лишайников (лихеноиндикация).
Состояние лесных экосистем оценено с использованием методов, принятых при лесопатологических обследованиях, и определено на основании закладки 30 временных пробных площадей, с количеством деревьев на каждой из них не менее 100.
Временные пробные площади закладывались в сосняках и ельниках, поскольку именно хвойные породы являются видами эдификаторами [1].
При детальном осмотре каждого дерева оценивалось его состояние в баллах по шестибальной шкале; определялось наличие различных повреждений, гнилей, предварительно устанавливался вид гнили и вызвавшего ее гриба; определялся видовой состав ствольных насекомых, если дерево заселено.
В целом состояние лесного массива -удовлетворительное, средняя оценка состояния по 30 площадям составляет 1,86 балла, что соответствует незначительному ослаблению деревьев.
Роль лишайников как биоиндикаторов атмосферного загрязнения общепризнанна в России и за рубежом. Наиболее пригодными для лихеноиндикации являются эпифитные, то есть живущие на деревьях лишайники.
У лишайников нет восковой кутикулы или другого внешнего слоя для защиты от влияния окружающей среды или снижения водных потерь. Вся их поверхность в течение 24 часов в сутки открыта для диффузии любого химиче-
ского вещества, находящегося в воздухе. Все химические вещества, которые получают доступ в таллом (тело) лишайника, могут аккумулироваться в нем. Таким образом, любое химическое вещество, к которому клетки лишайника не могут адаптироваться, представляет опасность, если его концентрация достигает высокого уровня.
В качестве биоиндикатора использована эпифитная лихенофлора сосен. По литературным данным в Ленинградской области на соснах обитают 69 видов лишайников [2]. Соотношение видов на коре сосны, а также проективное покрытие ствола лишайниками на разных уровнях от земли (0-1,5), может характеризовать степень загрязнения воздушного бассейна.
Для определения концентрации тяжелых металлов были отобраны образцы гипогимнии физодеса (Нуро-§утша physodes) со стволов сосны обыкновенной на высоте 1 - 2 м на 30 пробных площадях.
Данные исследования показывают, что лесные насаждения Колпинско-Тосненского региона сильно обеднены видами лишайников, живущих на стволах (от 7,7 ± 2,2 видов до 2,4 ± 1,9 видов), вследствие неблагоприятной воздушной обстановки.
Основные участки загрязненного леса расположены на фронтальных линиях насаждений, обращенных к источникам загрязнений. Зона лесов с повышенной загрязненностью воздуха в районе полигона составляет 500 м к западу от полигона и 600-700 м к востоку от печей полигона, где она сливается с насаждениями, испытывающими воздействие эмиссии со стороны с. Никольское. В южном направлении в 500 м от территории полигона находится район с удовлетворительным состоянием лишайнико-
вого покрова для данного региона (4 вида лишайников).
Картирование зон воздушного загрязнения по видовому составу лишайников, присутствию-отсутствию отдельных видов, позволяет установить ряд подробностей. Наряду с перечисленными мертвыми зонами - «лишайниковыми пустынями», хорошо выделяется зона разрушения лишайникового покрова вдоль автодорог: ул. Понтонная, дороги на свалку Усть-Тосно, дороги на полигон, дороги на глиняный карьер. Зона влияния кислых газов продолжается и далее - на территорию глиняного карьера и на восток и северо-восток от него.
Земли, подвергающиеся воздействию техногенных массивов, можно подразделить на две категории [3]:
• территория земельного отвода, занятого техногенным массивом;
• территория, нарушенная в результате загрязнения атмосферы, изменения гидрогеологических условий, сейсмических воздействий и др., что приводит к механическому, химическому загрязнению, а также иногда и к физическому разрушению почв горного отвода и прилегающих участков.
На территории земельного отвода, занятого техногенными массивами, происходит полная трансформация всех компонентов среды: полное уничтожение почвенно-растительного покрова, вынос на поверхность земли пород, резко отличающихся от фоновых по своему составу и свойствам, нарушение водного баланса территории, состава поверхностных и подземных вод.
За пределами зоны функционирования техногенных массивов также происходят существенные преобразования природной среды, заключающиеся, прежде всего, в нарушении и загрязнении почвенного покрова оседающей пылью, содержащей токсичные элементы.
Почвы и почвогрунты являются своего рода буферной системой, способной аккумулировать различные элементы и вещества и поэтому наиболее полно отражать уровень техногенного воздействия хранилищ отходов.
Основной оценкой степени загрязнения почв, как и других природных сред, остается количественный показатель их элементного состава.
Полигон «Красный Бор» относится к техногенным массивам, которые содержат тяжелые металлы и нефтепродукты. На всей обследованной территории Колпинско-Тосненского региона наблюдаются высокие концентрации меди, хрома, никеля, ванадия, свинца, железа, цинка. Данная промышленная зона является одной из наиболее загрязненных в Ленинградской области. Содержание тяжелых металлов во мхах сосновых лесов и в коре сосны практически по всем металлам превышает фоновые в 2-3 раза.
На сегодняшний день основным источником загрязнений района являются не только отдельные карты, расположенные на полигоне, но и сам полигон в его современных пределах. Характер и уровень загрязнения территории весьма специфичны [4]:
• в соответствии с основным своим назначением полигон в течение многих лет осуществлял прием, накопление и захоронение токсичных промышленных отходов разного происхождения, фазового и химического состава, класса опасности и т. д.;
• химические превращения и фазовые переходы происходящие в массе накапливаемых отходов и на территории полигона в процессе накопления и хранения отходов, привели (и этот процесс продолжается непрерывно) к образованию значительного ряда «новых» токсикантов, так что спектр загрязнения на
территории полигона определяется не только и не столько веществами, содержавшимися в промышленных отходах, поступивших на полигон, но и «обогащается» веществами, образующимися в процессе хранения отходов вследствие смешения и химического реагирования загрязнителей друг с другом, а также с газообразными, жидкими и твердыми составляющими природных компонент - атмосферного воздуха и осадков, природных (поверхностных и подземных) вод, почв, грунтов и т. д.;
• в процессе накопления отходов из карт происходят фильтрационные утечки, существенно загрязненные различными токсикантами, так что и подземные и поверхностные воды «подпитываются» загрязнителями различного происхождения и химической активности, также вступающими во взаимодействие между собой и природными компонентами; в этих условиях эффективная рекультивация территории полигона невозможно без идентификации адекватных загрязнению мер очистки территории от разнообразных загрязнителей, присутствующих в природных компонентах и поступающих из карт;
• атмосферные осадки, неизбежно попадающие на территорию полигона, не только разбавляют массу загрязнений, но и способствуют миграции этих загрязнений по территории полигона и за ее пределами;
Необходимость проведения мероприятий по организации поверхностного стока на рекультивируемых участках полигона обосновывается требованиями по предотвращению проникновения атмосферных осадков в толщу грунтов, связывающих токсичные отходы в пределах объемов их заполнения. Таким образом, источником загрязнения поверхностного стока на рекультивируемых участках полигона могут быть, во-
первых, непосредственно погребенные в картах отходы, в которые попадают атмосферные осадки через недостаточно уплотненные, а следовательно, более водопроницаемые участки грунта, закрывающего карту. Это вызывает подъем уровня грунтовых вод под экраном и приводит к высачиванию загрязненных вод на поверхность в местных понижениях рельефа, а также на нижележащих в направлении общего уклона участках. Вторым важным источником загрязнения природных вод на рекультивируемых участках является поступление загрязненных транзитных вод с вышележащих водосборов. В условиях сильно пересеченного рельефа на полигоне и наличия выраженного техногенного ландшафта из-за постоянной необходимости рекультивирования заполненных карт и строительства новых котлованов, внешний приток играет существенную роль. Наконец третьим источником загрязнения поверхностных и подземных вод могут быть неисправности эксплуатационной техники (протечки в насосном оборудовании при перекачке отходов из одной карты в другую, аварийные разливы на поверхности грунта при сборе отходов в котлованы из автотранспорта и т.д.).
Изложенные обстоятельства и особенности формирования поверхностного стока на территории могильников полигона «Красный Бор» обуславливают необходимость проведения рекультивации закрытых карт, а также сооружение противофильтрационных барьеров, предотвращающих миграцию загрязнителей к рекам.
По результатам анализа вариантов защитных экранов для условий опытнопроизводственного участка рекультивации полигона «Красный Бор» в соответствии с техническими характеристиками материалов и условиями производства
работ по их укладке были выбраны варианты экранов из геомембраны и бен-томата. Геомембрана из полиэтилена высокой плотности содержит полимер и газовую сажу, а также различные антиоксиданты термостабилизаторы. Экран из бентомата: геосинтетическое покрытие представляет собой рулонный композиционный материал типа «сендвич», состоящий из бентонитового слоя, покрытого с двух сторон геотекстильным полотном. Бентонитовый порошок, обладающий уникальным свойством увеличиваться в объеме при насыщении водой, расположен на высокопористом слое полипропилена. В результате сцепления минерального изолирующего материала и геотекстильной подложки получается бентонит, защищенный от вымывания. Использование полипропиленового армирующего слоя и сшивание всех компонентов полотна дает в результате композиционный материал, обладающий высокой прочностью на разрыв. Покрытие может быть использовано на сравнительно крутых склонах имеющих стабильное основание, не склонное к оползанию.
С целью раздельного отведения поверхностных и грунтовых вод и снижения нагрузки на существующую сеть каналов на опытном участке-карте полигона токсичных погребенных отходов «Красный Бор» в настоящее время внедрены следующие рекультивационные мероприятия:
• планировка существующего поверхностного защитного экрана из синезеленых глин III группы под принятые настоящим проектом уклоны и отметки;
• устройство в толще защитного экрана из сине-зеленых глин закрытого трубчатого дренажа из пластмассовых перфорированных труб диаметром 100 мм для перехвата, сбора и отвода потенциально токсичных грунтовых вод на
защитный слои
бентомат/геомембрана подстилающий слой
грунт основания
Рис. 2. Варианты конструкции защитного экрана
очистку. По трассе закрытого трубчатого дренажа устанавливаются смотровые колодцы из железобетонных колец диаметром 1,0 м с крышками и люками. Кроме того, устраиваются водосборные, водосливные колодцы и колодцы-отстой-ники;
• устройство дренажного слоя толщиной 20 см из песка по поверхности спланированного существующего экрана из сине-зеленых глин;
• укладка по дренажному слою из песка противофильтрационного элемента (бентомат или геомембрана) (рис. 2);
• отсыпка на противофильтраци-онный элемент слоя минерального потенциально плодородного грунта мощностью 1.0 м с поверхностным уплотнением;
• устройство в теле минерального грунта открытых водосборных и водосбросных железобетонных лотков размером 30x30 см и 40x40 см для отвода поверхностных вод, связанных с атмосферными осадками (дожди, таяние снегов);
• тщательная планировка рекультивируемой территории в поперечном, диагональном и продольном направлениях;
• нанесение на спланированные рекультивируемые территории слоя почвенно-растительного грунта толщиной 10 см;
• внесение удобрений, посев семян многолетних трав и их заделка в грунт.
На посеве многолетних трав рекуль-тивационные работы завершаются. В дальнейшем создается почвеннообразующий слой.
Таким образом, на рекультивируемом участке организуется поверхностный сток атмосферных осадков и должно предотвращаться проникновение их в толщу грунтов, консервирующих токсичные захороненные отходы.
На рекультивируемом опытном участке предполагается организация наблюдательных скважин для ведения в дальнейшем научно-исследовательских работ, а также эксплуатационные въезд на исследуемый участок и автодорожный проезд по его контуру.
В процессе выполнения рекультива-ционных работ выполняются дополнительные работы - временные водосборные канавы и автопроезды, разработка отвалов минерального потенциальноплодородного грунта и почвеннорастительного грунта, а также складов привозного песка и щебня.
Таким образом, защитно-дренаж-ная система покрытия полигона будет удовлетворять следующим требованиям:
• задерживать миграцию жидкости через заскладированные отходы;
• сведет к минимуму опасность загрязнения подземных вод и почв после закрытия;
• будет устойчива к эрозии и абразии;
• имеет дренажную систему для отвода атмосферных осадков и поверхностных вод;
1. Гольцова Н.И., Васина Т.В., Леплинский Ю.И., Поповичев Б.Г. Опыт двухлетнего мониторинга лесов Ленинградской области по общеевропейской программе ЕЭК ООН. // Сборник тезисов конференции по экологическим нормам, ЦНИИ ЦБП, СПб, 1991.
2. Загрязнение воздуха и жизнь растений, Л., Гидрометеоиздат, 1988.
• будет устойчива к деформациям уплотнения подстилающих отходов;
• имеет систему коллекта газов, вызванных процессами, происходящими с отходами.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Симкин Б.А., Бебчук Б.Ц., Хохряков А.В. Оценка последствий техногенного воздействия горного производства на окружающую среду. // Горный журнал, № 5, 1989.
4. Проект строительства опытнопроизводственного участка рекультивации территории полигона «Красный Бор». Инженерный центр ВНИИГ. 2002.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------
Пашкевич М.А. - доктор технических наук, заведующий кафедрой,
Елдина Е.В. - аспирантка,
кафедра «Геоэкология», Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет).
❖
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ ДИССЕРТАЦИИ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ им Г. В. ПЛЕХАНОВА
КУЗНЕЦОВ Владимир Сергеевич Оценка пылевого загрязнения при ведении открытых горных работ на основе экологического риска 25.00.36 к. т. н.
