Снижение воздействия необустроенных свалок в условиях городских территорий

СНИЖЕНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НЕОБУСТРОЕННЫХ СВАЛОК В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ

REDUCING IMPACTS OF UNCONTROLLED WASTE DUMPS IN

URBAN TERRITORIES

Теличенко В.И., Галицкова Ю.М. V.I. Telichenko, Y.M. Galitskova

МГСУ, СГАСУ

Рассматриваются проблемы снижения воздействия загрязнений территории города необустроенными свалками бытовых отходов. Приводятся результаты исследований грунтов под необустроенными свалками. Описываются способы ликвидации свалок с минимальным негативным воздействием на окружающую среду

Problems of reducing the urban territory pollution with uncontrolled domestic waste dumps are analysed. Soils under the uncontrolled dumps are investigated. The ways to remove the dumps with a minimal negative environmental impact are described.

Вследствие ежегодного увеличения образования отходов потребления одной из основных проблем современного человечества является проблема утилизации отходов. Несмотря на большое количество различных способов переработки и утилизации отходов наиболее распространенным способом обезвреживания твердых бытовых отходов в настоящее время является их размещение либо на полигонах, либо на свалках.

Существенную опасность для общества представляют несанкционированные стихийные свалки, которые чаще всего образуются непосредственно на территории современного города: внутри высотных квартальных застроек, вблизи частных жилых секторов, около гаражных массивов, в оврагах и т.п. [1].

Морфологический состав таких необустроенных свалок самый разнообразный. Большую его часть обычно составляют синтетические и полимерные материалы, различные упаковочные материалы, пришедшие в негодность бытовые приборы и оборудование, остатки мебели и непригодная к использованию одежда. Присутствует в таких свалках и значительная доля органических отходов [2].

Необустроенные городские свалки различны также по площади распространения и высоте складирования. Поэтому такие свалки можно классифицировать по объему отходов (малые - до 100 м3, средние - от 100 м3 до 1000 м3 и крупные - более 1000 м3), по составу (отвалы грунта, бытовых отходов, строительных отходов и смешанные), а также по форме тела свалки в плане, рассредоточенности отходов по занимаемой территории, по высоте свалки и т.д. [3].

Необустроенные свалки, устраиваемые непосредственно в черте города, - это наиболее опасный для окружающей среды метод размещения бытовых отходов. Воздействия таких необустроенных свалок разнообразны: загрязнение воздуха (наличие запаха), загрязнение почвы и грунта (косвенное воздействие на грунтовые воды и, как

следствие, загрязнение ближайших водных объектов), эстетическое воздействие (влияние на эмоциональное состояние людей проживающих в непосредственной близости).

В связи с этим возникает проблема прогнозирования влияния на окружающую среду, а также решение проблем санирования загрязненных территорий. Для решения данного вопроса были проведены натурные и лабораторные исследования влияния необустроенных свалок на грунт и почву.

Рассмотрим специфику движения воды при выпадении осадков (рис.1). Осадки выпадают на поверхность свалки и прилегающую территории в одинаковом объеме. Далее дождевая вода, попадающая в тело свалки, движется по пути наименьшего сопротивления и естественно выбирает себе кратчайший путь через отходы к основанию свалки. В теле свалки элементы отходов расположены хаотично с образованием свободного пространства, которое при выпадении дождя заполняется осадками. В связи с этим высота слоя жидкости непосредственно в теле свалки значительно больше слоя осадков на прилегающей территории.

В процессе жизненного цикла отходов в теле свалки образуются различные загрязняющие вещества, которые откладываются на поверхности грунта и затем захватываются дождевыми водами и проникают в почву и грунт. В зависимости от климатических условий от 25% до 60% объема попавших в тело свалки осадков становятся фильтратом.

Представим почву под необустроенной свалкой в виде объекта, который зависит от множества факторов, в том числе от воздействий со стороны необустроенной свалки. Тогда функция отклика будет иметь вид:

У = Р С*!, Х2, х3, Х4 ,...Хп ) '

где х1 - тип грунта (коэффициент фильтрации), х2 - высота слоя отходов, х3 - длительность складирования отходов, х4 - периодичность выпадения осадков, х5 - средняя высота слоя выпадающих осадков, х6 - наличие на глубине менее 1 метра слоя с меньшей фильтрацией (экранирующего слоя) и т.д.

Для определения значимости предложенных факторов были выполнены натурные исследования. Было исследовано более 40 необустроенных свалок, образованных на территории города. Результаты исследований представлены на диаграммах (рис. 2). Из исследованных свалок было выбрано 7 свалок, обладающих одинаковыми параметрами: площадь и высота складирования, идентичный состав отходов свалки и рельеф местности, и соответствующих наиболее распространенному типу. На выбранных свалках были проведены анализы распределения в грунте под телом свалки 12 загрязняющих веществ: кадмия, свинца, меди, цинка, железа, хрома, марганца, алюминия, нитратов, сульфатов, фенола и нефтепродуктов. Примеры полученных результатов исследований представлены на рисунке 3. Кроме того, результаты натурных исследований показали, что наибольшее содержание загрязняющих веществ под телом не-обустронной свалки концентрируется на глубине до одного метра. Анализ распределения этих загрязняющих веществ позволил разделить их на группы: а) слабопроникающие вещества, б) вещества, концентрация которых по всей глубине примерно одинаковая; в) вещества, для которых характерно наличие значительных изменений концентраций по глубине.

Пробы отбирались не только под свалкой, но и в точке, расположенной на расстоянии 20-25 м, для получения фонового значения. Результаты анализов представлены в таблице 1.

Из таблицы видно, что по семи из девяти определяемых в опытах веществ количественные значения под необустроенной свалкой превышают допустимые и фоновые. Кроме того, в процессе выполнения натурных исследований было выявлено, что в точках, расположенных в центре необустроенной свалки, грунт загрязнен в 2-5 раз сильнее, чем в точках на периферии. Это подтверждает влияние на распространение загрязнения в грунт возраста свалки (х3 - длительность складирования отходов).

Для определения зависимости проникновения загрязнений от высоты слоя осадков были проведены лабораторные исследования на однородном грунте с коэффициентом фильтрации аналогичным реальному грунту, то есть использовался лабораторный грунт с коэффициентом фильтрации 3-10"4, 5-10"4 и 10-10"4 м/сут. Для получения более точного результата опыты с выбранными параметрами проводились по 7-10 раз.

Таблица 1 - Содержание загрязняющих веществ в грунте

Вещество Фон, мг/кг ПДК, мг/кг ОДК, мг/кг Содержание в грунтах под телом свалки, мг/кг

Максимальное Минимальное

Алюминий 1145 Не разработаны 13545 2250

Кадмий 0,7 2,0 5,85 0,09

Марганец 330 1500 94,77 21,06

Медь 20 132 111,4 4,9

Свинец 19 32 130 410 0

Цинк 70 220 955 13,75

Нефтепродукты 50 Не разработаны 12980 1,18

Нитраты 7 130 4328 36,4

Сульфаты 35 160 23460 393

Для исследований были использованы трубы диаметром 80 мм и длиной 1,2 м, которые заполнялись лабораторным грунтом. Время проникновения воды фиксировалось при достижении 50%, 30%, 20% и 10% высоты первоначального уровня воды. Исследования проводились при трех исходных уровнях жидкости, соответствующих 5 см, 10 см и 15 см слоя выпадения осадков.

Анализ полученных результатов, показал, что процесс проникновения жидкости при всех высотах слоя жидкости и всех типов лабораторного грунта одинаков: в начальный период времени (первые 20-30 с) глубина проникновения резко увеличивается, что свидетельствует о высокой интенсивности проникновения жидкости в грунт, а далее проникновение жидкости в грунт замедляется, то есть происходит снижение интенсивности проникновения жидкости. Результаты исследований по всем исследованным типам лабораторного грунта представлены в таблице 2.

Следующий этап проведения лабораторных исследований заключался в изучении проникновения жидкости с загрязняющими веществами. Исследования проводились на жидкости с добавлением молекулярного свинца концентрацией 0,17 мг/л и молекулярного алюминия концентрацией 0,5 мг/л. Результаты пролива лабораторного грунта жидкостью с загрязняющим веществом аналогичны результатам, приведенным выше. Добавление в воду раствора свинца не повлияло на вязкость жидкости, время проникновения жидкости в грунт и глубину проникновения.

Перед проведением экспериментов был проведен отбор пробы лабораторного грунта на определение фоновых загрязнений: по результатам химического анализа

исследуемого грунта свинец не обнаружен, фоновые концентрации алюминия в грунте составили 340 мг/кг.

Пробы грунта исследовались после проникновения загрязняющей жидкости через каждые 5 см, начиная с поверхности грунта. После проведения анализа проб получены значения концентраций свинца по глубине, из которых следует, что концентрации загрязнений существенно уменьшаются по глубине. Максимальное количество загрязнений обнаружено на поверхности и составляет: при начальном слое жидкости над поверхностью грунта равном 15 см - 7,8 мг/кг (максимальная глубина проникновения свинца составляет 30 см, глубина проникновения жидкости 55 см), при слое жидкости 5 см - 15,2 мг/кг (максимальная глубина проникновения равна глубине промачивания грунта жидкостью - 18 см).

Таблица 2 - Результаты проникновения жидкости

Показатель Среднее время, 1, с

при А = 5 см при А = 10 см при А = 15 см

Первый тип грунта

Достижение у = 5 см 15 12 5

Достижение у = 10 см 47 28 25

Достижение у при достижении А =0 78 201 332

Глубина у при достижении А =0, см 14,6 29,7 44,7

Достижение максимальной у 78 201 431

Максимальная глубина у, см 14,6 29,7 52,6

Второй тип грунта

Достижение у = 5 см 16,8 13,0 11,0

Достижение у = 10 см 55,0 44,0 28,0

Достижение у при достижении А =0 95 290 468

Глубина у при достижении А =0, см 14,7 31,2 47

Достижение максимальной у 95 329 665

Максимальная глубина у, см 14,7 33,3 55

Третий тип грунта

Достижение у = 5 см 17 7 4

Достижение у = 10 см 43 24 18

Достижение у при достижении А =0 108 254 436

Глубина у при достижении А =0, см 17,3 35 53

Достижение максимальной у 108 350 720

Максимальная глубина у, см 17,3 45 61

Условные обозначения: у - глубина проникновения жидкости в грунт, А - слой

осадков (жидкости).

Глубина проникновения алюминия соответствует глубине проникновения жидкости. После статистической обработки количественных данных распределения алюминия в грунте с помощью критерия Фишера-Снедекора получили, что концентрации алюминия по глубине распределены равномерно с среднеарифметическим значением 435 мг/кг (превышение концентрации над фоновым значение - 95 мг/кг). Отклонения концентрации по исследованным глубинам от среднего значения составляют при а = 95% ± 30 мг/кг, то есть находятся в диапазоне от 405 до 465 мг/кг.

Результаты исследований показали, что глубина проникновения жидкости в грунт зависит от начального слоя жидкости над поверхностью и коэффициента фильтрации грунта. Загрязняющие вещества по глубине распределяются неодинаково.

Проведенные натурные и лабораторные исследования показали, что для устранения влияния свалок бытовых отходов на окружающую среду необходимо не только физически ликвидировать тело свалки, но и предотвратить дальнейшее распространение загрязнений и уменьшить негативное влияние загрязненных компонентов природной среды на здоровье человека, состояние растительного и животного мира.

Для достижения такого результата был разработан и запатентован способ ликвидации необустроенных свалок, при котором, по нашему мнению, негативное воздействие на окружающую среду минимально [4]. Сущность разработки заключается в поэтапном выполнении работ. На первом этапе проводится предварительное обследование прилегающей к необустроенной свалке территории. В результате таких исследований определяются характер и степень загрязнения почвы и глубинных грунтовых слоев, а также наличие и параметры (толщина) близлежащего водоносного слоя.

Для предотвращения распространения загрязняющих веществ через почву и водоносные слои грунта на втором этапе предлагается выполнить защитный барьер (рис. 4). Нижняя часть такого барьера размещается в толще грунта на глубину проникшего загрязнения, а при наличии водоносного слоя - до водоупора. Верхняя часть барьера устраивается на поверхности почвы.

На следующем третьем этапе рекомендуется приступить непосредственно к ликвидации тела необустроенной свалки, например путем погрузки и вывоза автотранспортными средствами отходов на обустроенный полигон. Во время ликвидации свалки может происходить разнос мусора по прилегающей территории по воздуху в период его погрузки. Кроме того, работы могут вестись в дождливое время года, что усилит проникновение загрязняющих веществ из отходов в почву. Для предотвращения таких последствий верхнюю часть защитного барьера можно выполнить в виде шатра.

После удаления отходов необходим четвертый этап, включающий срезку загрязненной почвы и грунта территории свалки на глубину загрязнения и последующую перевозку на удаленный от жилых поселков, рек и водоемов специальный полигон для складирования, либо на эксплуатируемый обустроенный полигон твердых отходов для использования в качестве промежуточного изолирующего слоя.

Заключительный пятый этап сводится к обустройству той территории, где была образована необустроенная свалка. Он включает засыпку очищенной от отходов и загрязнений территории незагрязненным грунтом. Для предотвращения повторного образования свалки предлагается выполнить посадку на этой территории зеленых насаждений.

Такой поэтапный подход устранения необустроенных свалок бытовых отходов можно применять для любого типа населенных мест, а также для свалок в оврагах и балках вблизи жилых массивов, рек и водоемов.

Дальнейшим развитием описанного выше способа и повышением его эффективности является «Способ защиты окружающей среды от загрязнения твердыми бытовыми отходами» [5].

Особенность способа заключается в дополнении к мероприятиям по уменьшению воздействия необустроенной свалки, описанным в первом способе, устройства временных площадок с временным покрытием, на которых устанавливаются временные мусоросборные баки для складирования твердых бытовых отходов на период ликвидации необустроенной свалки. То есть, организуется временный организованный сбор твердых бытовых отходов и их вывоз из установленных баков. После выполнения ре-

культивации очищенной территории с заполнением ее незагрязненным грунтом, обустраивают стационарные площадки с твердым покрытием, и на этих стационарных площадках устанавливают стационарные мусоросборные контейнеры для складирования твердых бытовых отходов, создавая, тем самым, стационарный организованный пункт сбора твердых бытовых отходов. И только после установки стационарных мусо-росборных контейнеров ликвидируют временные площадки с временными мусоро-сборными баками. В итоге создается организованный пункт сбора твердых бытовых отходов, который входит в общую систему (например, городскую) сбора твердых бытовых отходов. При этом организуется регулярный вывоз отходов на эксплуатируемый обустроенный полигон твердых отходов.

Реализация этого способа позволяет предотвратить повторное возникновение на восстановленной городской территории новой необустроенной свалки.

Выводы:

1. Образующиеся на территории города необустроенные свалки различны и могут классифицироваться: по составу отходов (бытовые, строительные, смешанные), по занимаемой площади, объему и высоте складируемых отходов (малые, средние и крупные), по рассредоточенности отходов (сосредоточенные и рассредоточенные), кроме того, располагаться на местностях с различным рельефом.

2. Наибольшее содержание загрязняющих веществ под телом необустронной свалки концентрируется на глубине до 1 м. Анализ распределения загрязняющих веществ по глубине позволил разделить их на группы: а) слабопроникающие вещества, б) вещества, концентрация которых по всей глубине примерно одинаковая; в) вещества, для которых характерно наличие значительных изменений концентраций по глубине.

3. Весьма эффективными методами защиты компонентов окружающей среды, в том числе грунтов, являются способы, основанные на применении современных технологий и достижений технического прогресса с использованием новых средств и устройств для защиты, локализации и ликвидации негативных антропогенных воздействий на окружающую среду, в частности, способы, имеющие патентную защиту.

Литература:

1. Необустроенные свалки на городских территориях / Галицкова Ю.М. // Вестник МАНЭБ, том 13, № 3, 2008 г.- С. 166-170

2. Защита почвы и грунтов городских территорий от воздействия необустроенных свалок / Галицкова Ю.М. // Научно-технический журнал Вестник МГСУ, № 1. 2009. С. 100-104

3. Воздействие необустроенных свалок города на окружающую среду / Бальзанников М.И., Шабанов В.А., Галицкова Ю.М. // Экология и промышленность России, 2009 № 4. С. 38-41

4. Способ защиты окружающей среды от загрязнения твердыми бытовыми и промышленными отходами / М.И. Бальзанников, Ю.М. Галицкова // Патент РФ 2294245, 2007.

5. Способ защиты окружающей среды от загрязнения твердыми бытовыми отходами / М.И. Бальзанников, Ю.М. Галицкова // Патент РФ 2372154, 2008.

Ключевые слова: Свалки, город, отходы, загрязнение, грунт, исследование, проникновение, ликвидация.

Kaywords: Waste dumps, town, wastes, pollution,soil, investigation,penetration, removal.

443001, г.Самара, ул. Молодогвардейская 194, каб. 350. Тел.(846)4422171

galickova@yandex.ru

Соавтор статьи председатель Редакционного совета «Вестника МГСУ» профессор д.т.н

В.И.Теличенко