Основные проблемы инженерно-геологического, гидрогеологического и экологического изучения участков размещения полигонов захоронения ТБО и пути их решения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 04.00.06, кандидат геолого-минералогических наук Дементьев, Сергей Юрьевич

  • Дементьев, Сергей Юрьевич
  • кандидат геолого-минералогических науккандидат геолого-минералогических наук
  • 2000, Москва
  • Специальность ВАК РФ04.00.06
  • Количество страниц 213
Дементьев, Сергей Юрьевич. Основные проблемы инженерно-геологического, гидрогеологического и экологического изучения участков размещения полигонов захоронения ТБО и пути их решения: дис. кандидат геолого-минералогических наук: 04.00.06 - Гидрогеология. Москва. 2000. 213 с.

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Дементьев, Сергей Юрьевич

Введение.

Глава 1. Охрана окружающей среды и проблема отходов.

Глава 2. Система показателей» используемых при оценке влияния. 27 полигонов (свалок) ТБО на компоненты окружающей среды.

2.1 Основные показатели загрязнения подземных вод.

2.1.1 Показатели, основанные на определении наличия и концентрации в 29 подземных водах вредных химических веществ.

2.1.2 Показатели-индикаторы.

2.2 Показатели загрязнения почво-грунтов.

2.2.1 Тяжелые металлы и мышьяк.

2.2.2 Диоксины.

2.2.3 Бенз(а)пирен.

Глава 3. Свалки и полигоны отходов - источник загрязнения 60 окружающей среды.

3.1 Загрязнение подземных вод.

3.2 Загрязнение почво-грунтов.

3.3 Трансформация процессов во времени.

Глава 4. Старые свалки, их воздействие на подземные воды и другие 99 компоненты окружающей среды.

4.1 Старые свалки в странах Западной Европы и США.

4.2 Старые свалки в Московской области.

Глава 5. Выбор перспективных участков для размещения полигонов \Ъ% ТБО,

Глава 6. Комплексные исследования старых свалок ТБО.

6.1 Аналитические химические методы.

6.2 Биотестирование и биоиндикация.

6.3 Сенсорные методы. 189 Заключение. 194 Список иллюстраций. 198 Список литературы.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Гидрогеология», 04.00.06 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Основные проблемы инженерно-геологического, гидрогеологического и экологического изучения участков размещения полигонов захоронения ТБО и пути их решения»

Актуальность работы. Ключевое значение для решения проблем экологии в современную эпох)' имеет декларация о развитии и окружающей среде (ОС), принятая на «глобальном саммите» в Рио-де-Жанейро в 1992 г., в котором участвовали 178 стран и 115 глав государств. На саммите была принята «глобальная хартия» (Earth Charter), рассчитанная на XXI век, в которой нашли отражение принципиальные положения, составившие позднее основу концепции «устойчивого развития».

Существенную роль играет также резолюции XXI Конференции Объединенных Наций по ОС и Развитию (United Nations Conference on Environment and Development, 1993 - UNSED) в которой была отмечена тесная связь между экономикой и ОС и подчеркнуто, что только совместный учет этих двух аспектов может служить основой для устойчивого развития. Указанные документы не только вывели проблему загрязнения ОС на международный уровень, но и показали, что она создает реальную угрозу для самого существования современной цивилизации.

Одним из опасных источников загрязнения окружающей среды, оказывающих неблагоприятное воздействие на жизнь и здоровье человека, являются места захоронения и складирования отходов производства и потребления, объем которых измеряется в настоящее время миллиардами тонн. Существенное место среди них занимают свалки твердых бытовых отходов (ТБО), подразделяющиеся на современные (полигоны) и старые. Последние представляют особую опасность, так как большинство из них создавалось без учета ландшафтных и геолого-гидрогеологических условий, чаще всего в отслуживших свой срок песчаных карьерах. Кроме того, при отсутствии надлежащего контроля, в них нередко сбрасывались отходы промышленных предприятий, медицинских и других учреждений. В связи с этим загрязнение компонентов ОС, вызываемое такими свалками, весьма различно по составу и степени токсичности. Наряду со свалками, характеризующимися слабым загрязнением, не представляющим особой опасности, встречаются свалки, где содержание токсичных компонентов в подземных водах, почво-грунтах, приповерхностной атмосфере превышает установленные нормы в десятки и сотни раз и создает опасность чрезвычайной экологической ситуации или экологического бедствия.

В настоящее время во всех передовых странах Запада осуществляется массовое обследование старых свалок с целью их ранжирования по степени опасности и ликвидации или санирования тех из них, которые представляют наибольшую угрозу. В ближайшее десятилетие аналогичные работы предполагается осуществить и в России (в небольшом объеме они уже выполнены). Для этого должна быть разработана экономичная и эффективная методика обследования свалок, выявлен характер и степень загрязнения подземных вод и почво-грунтов, как наиболее уязвимых компонентов ОС, выполнена оценка степени опасности загрязнения для жизни и здоровья человека. Методика требует научного обоснования по большому числу позиций с учетом опыта, накопленного в этой области в Российской Федерации и за рубежом. Определенные проблемы возникают и при выборе мест размещения новых полигонов ТБО, где также должно быть обеспечено минимальное воздействие на ОС и здоровье населения. Этим вопросам и посвящена диссертация.

Разработки выполнены на примере Московской области, которая является одной из ведущих в стране по экономическому потенциалу, типична по природным условиям для большей части Европейской территории России и характеризуется значительной антропогенной нагрузкой на ОС, в том числе и за счет загрязнения многочисленными свалками. Выполненные разработки могут быть распространены и на другие регионы Российской Федерации.

Цель работы заключается в разработке научного обоснования методики выбора мест размещения полигонов твердых бытовых отходов (ТБО) и изучения старых свалок и их воздействия на ОС и здоровье населения с целью решения вопроса о необходимости осуществления мероприятий по санированию. Основные задачи:

1. Критический анализ показателей, используемых в современной практике для оценки загрязнения почво-грунтов и подземных вод.

2. Рассмотрение в единой системе процессов, происходящих на путях миграции фильтрата.

3. Анализ и обобщение опыта изучения токсического и других видов загрязнения почво-грунтов и подземных вод в России и зарубежных странах (Германия, США, Голландия).

4. Разработка содержания комплекта карт, отражающих ограничения, налагаемые на размещение полигонов ТБО правовыми, нормативными и другими документами, а также типологическое районирование территории по степени защищенности подземных вод от загрязнения (в развитие работ, выполненных сотрудниками ГГП Гидро-спецгеология).

5. Разработка схемы исследований для выбора мест размещения полигонов ТБО. (

6. Рассмотрение возможностей и ограничений использования для оценки токсичности подземных вод методов аналитической химии, биотестирования и сенсорных методов.

7. Разработка процедуры изучения и оценки загрязнения подземных вод на участках размещения старых свалок, включающей региональные исследования (картографирование) и многоэтапное обследование конкретных свалок с применением методов аналитической химии и биотестирования.

Исходный материал. Проанализирован и обобщен фактический материал по свалкам ТБО, расположенным в Московской области, а также в зарубежных странах - США и Германии. Особенно полезными оказались немецкие материалы, поскольку большинство свалок, имеющихся в этой стране, расположено в области континентального оледенения, т.е. в геолого-гидрогеологических условиях весьма близких к условиям Московской области.

Научная новизна работы:

1. Существенно расширены, уточнены и рассмотрены в единой системе процессы, происходящие в свалках ТБО и на путях миграции образующегося фильтрата (в самом фильтрате, при его взаимодействии с вмещающими грунтами, в пределах горизонта подземных вод).

2. Впервые свалка ТБО рассматривается как химический реактор с изменяющимися во времени физическими параметрами, контролирующими направление, характер и интенсивность химических реакций и определяющими состав газов, загрязняющих воздушную среду, и фильтрата, поступающего в почво-грунты и подземные воды.

3. Показано, что загрязнение грунтов легкими УГВ и летучими органическими соединениями токсичных тяжелых металлов происходит не только через воздушную среду, но также на путях миграции фильтрата и при испарении с поверхности грунтовых вод.

Основные защищаемые положения:

1. Применяемая система показателей загрязнения грунтов и подземных вод. основанная на использовании критерия ПДК и фоновых концентраций несовершенна и требует обязательного учета времени воздействия на организм человека, форм, в которых представлены токсичные компоненты, возможного кумулятивного эффекта и дополнения показателями загрязнения, получаемыми с помощью биотестирования и сенсорных методов.

2. Свалка ТБО представляет собой химический реактор с изменяющимися во времени физическими параметрами, контролирующими направление и характер химических реакций и определяющими состав и интенсивность загрязнения воздушной среды, почво-грунтов и подземных вод. Установлены и описаны три главных этапа трансформации свалки во времени, различающиеся по всей сумме характеристик.

3. Рассмотрение в единой системе процессов, происходящих в теле свалки и на путях миграции фильтрата, создает научную основу для разработки рациональной методики исследований, составления прогнозов, а также рекомендаций по применению защитных мероприятий.

4. Предложенные методы картографирования ограничений, налагаемых на размещение полигонов законодательством и нормативными документами, а также районирования территорий по степени защищенности подземных вод от загрязнения на основе типизации разрезов, позволяют решать вопросы о наиболее безопасном размещении полигонов ТБО.

5. Разработанные принципы многоэтапных исследований с привлечением картографирования и использованием методов аналитической химии, биотестирования и сенсорных методов обеспечивают эффективное и экономичное массовое обследование старых свалок и их ранжирование по степени опасности и необходимости применения санирующих мероприятий.

Практическая значимость работы. Результаты исследований были использованы при разработке проекта Территориальных строительных норм «Проектирование, строительство и рекультивация полигонов по захоронению твердых бытовых отходов на территории Московской области». Документ должен быть утвержден и издан в течение 2000 года.

Публикации. По теме диссертации опубликованы тезисы докладов и две статьи.

Апробация работы. Отдельные вопросы работы докладывались и обсуждались на II Международной конференции по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности «Поиск, оценка и рациональное использование природных ресурсов. Наука, практика и перспективы» (Тула. 1998) и на IV Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 1999). Содержание диссертации было обсуждено на совместном заседании кафедр Гидрогеологии и Инженерной геологии МГГА.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Объем работы составляет 211 страниц, включая 20 рисунков и 44 таблицы. Список использованной литературы содержит 176 наименований.

Похожие диссертационные работы по специальности «Гидрогеология», 04.00.06 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Гидрогеология», Дементьев, Сергей Юрьевич

Заключение.

Одним из опасных источников загрязнения окружающей среды, вредно влияющих на жизнь и здоровье человека, являются свалки отходов производства и потребления, в которых в настоящее время аккумулированы миллионы тонн различных веществ и материалов. Существенное место среди них занимают свалки твердых бытовых отходов («муниципальных» по иностранной терминологии). По литературным данным [68] таких свалок на территории Московской области более 200, но в действительности их значительно больше, так как многие свалки не санкционированы и ни в каких реестрах не числятся. Особую опасность в отношении загрязнения окружающей среды представляют старые свалки, которые создавались без должного учета природных, в том числе геолого-гидрогеологических условий, в большинстве случаев в отслуживший свой срок карьерах. Кроме того, при отсутствии контроля в них сбрасывались не только собственно бытовые отходы, но также отходы различных производственных предприятий, медицинских и иных учреждений, содержащие токсичные компоненты.

В настоящее время в передовых странах Запада осуществляется массовое обследование старых захоронений с тем, чтобы ранжировать их по степени опасности и составить план последовательной их ликвидации или санирования. Такую работу предстоит выполнить и в Российской Федерации (частично она уже выполнена), а для этого необходимо разработать эффективную и экономичную методику обследования свалок и оценки степени их опасности для ОС и населения. Разработка методики требует в свою очередь научного обоснования и решения многочисленных проблем различной сложности. Этому и посвящена настоящая диссертация.

Автор выбрал в качестве объекта исследований Московскую область, которая относится к наиболее развитым в экономическом отношении регионам Российской Федерации и характеризуется значительной нарушенностью природной среды, в том числе за счет многочисленных свалок. Кроме того, Московская область типична для зоны ледниковой аккумуляции, в пределах которой находиться большая часть Европейской России. В связи с этим сделанные выводы и рекомендации могут быть распространены на обширную территорию, занимающую ведущее положение в экономике страны. Поскольку в России в работах по обследованию свалок сделаны лишь первые шаги, автор широко использовал в диссертации обширный фактический материал, полученный в зарубежных странах и в первую очередь в Германии, где обследовано более 450 свалок, большинство которых находится в зоне ледниковой аккумуляции, т. е. в геолого-гидрогеологических условиях весьма близких к условиям Московской области. Это дает основание рассматривать их как достаточно надежные аналоги.

В своей работе автор уделил основное внимание загрязнению почво-грунтов и подземных вод, т. е. вопросам, относящимся к компетенции инженера-геолога и гидрогеолога и лишь попутно, в меру необходимости, затронул вопросы загрязнения других компонентов окружающей среды, хотя они, несомненно, заслуживают не меньшего внимания.

При изучении загрязнения почво-грунтов и подземных вод и в России, и в зарубежных странах используется система показателей и специальных оценочных критериев. Для того, чтобы не усложнять дальнейшее изложения ссылками и пояснениями, автор вынес этот вопрос в отдельную главу и привлек к рассмотрению не только отечественные материалы, но и материалы по США, Германии и Голландии, где в этой области в последние годы выполнены специальные разработки. Анализ имеющихся материалов показал, что система применяемых в современной практике показателей, основанная в основном на использовании критерия ПДК, несовершенна и должна сопровождаться анализом и учетом таких факторов как длительность воздействия, форма в который представлены токсические компоненты, возможность синергетического эффекта и др.

Свалка твердых бытовых отходов, аккумулирующая разнообразные неорганические и органические материалы представляет собой своеобразный химический реактор, в котором развивается широкий комплекс химических и биохимических процессов, контролируемых изменяющимися во времени физическими параметрами (ЕЬ, рН, Т°С). Отчетливо выделяются три этапа в развитии свалок, заметно различающиеся по всей сумме показателей, в том числе по составу элементов и соединений, поступающих в толщу грунтов и подземные воды. В работе приведена характеристика выделенных этапов и показано их значение для правильной трактовки процессов загрязнения.

Процессы, происходящие в свалке, на путях миграции фильтрата и в пределах горизонта грунтовых вод отличаются многообразием и развиваются в сложном взаимодействии при участии множества различных по своей природе факторов. Процессы носят случайный характер и характеризуются параметрами, которые либо не поддаются определению, либо могут быть определены лишь с большой погрешностью. В связи с этим составляемые в настоящее время математические геомиграционные модели не дают (и не могут дать) удовлетворительных результатов. Однако это не исключает рассмотрения с позиций инженерной геологии и гидрогеологии всех этих процессов и факторов в единой системной постановке, что и сделано в представленной работе. Составленный обзор дает достаточно ясное представление о характере процессов, их значении и создает необходимую основу для умозаключений, качественных оценок и прогнозов.

Анализ большого объема фактического материала по изучению загрязнения подземных вод на участках размещения старых свалок в северных землях Германии свидетельствует о том, что по крайней мере в 50 % всех случаев загрязнение грунтовых вод не превышает сотых или десятых долей ПДК и не представляет опасности для жизни и здоровья человека. Такое загрязнение не требует применения санирующих мероприятий. На этом благополучном фоне фиксируются случаи, когда загрязнение превышает ПДК в сотни, тысячи и даже десятки тысяч раз, создавая опасность экологической катастрофы. Полученные данные создают основу для ранжирования свалок по степени опасности и разработки планов по последовательному осуществлению санирующих мероприятий. В составе загрязняющих компонентов присутствуют с разной встречаемостью все токсичные тяжелые металлы. Чаще всего присутствует бор (85,7% всех случаев) и мышьяк (61,3 %), наиболее редко ртуть (14,9 %) и кадмий (14,6 %). Из органических соединений доминируют хлорированные полициклические ароматические углеводороды. Сходные результаты получены при обследовании свалок на территории Московской области.

Попадая в грунтовые воды, загрязнение распространяется по направлению движения потока, но как свидетельствуют наблюдения и специально поставленные эксперименты лишь на сравнительно небольшие расстояния, измеряемые первыми сотнями метров и в редких случаях первыми километрами. Разбавлением и растеканием такое положение объяснить нельзя. По-видимому, здесь действует дополнительно какой-то пока не выявленный и не изученный фактор. По мнению большинства специалистов, таким фактором является биодеградация.

Во избежание негативных последствий, о которых писалось выше, размещение новых полигонов должно осуществляться с одной стороны в соответствии с действующим законодательством и нормативными документами, с другой - с учетом местных геолого-гидрогеологических условий. Для успешного решения этих задач должны быть осуществлены региональные исследования: дешифрирование космических снимков и аэроснимков, рекогносцировочные обследования и разработка комплекта карт. В развитие работ, выполненных в этом направлении сотрудниками ГП Гидроспецгеология, автор предложил составлять четыре карты: а) карту ограничений размещения полигонов ТБО, определенных правовыми и нормативными документами, б) карту защищенности

197 грунтовых вод в первом водоносном комплексе за счет толщ моренных суглинков, в) карту защищенности подземных вод во втором водоносном комплексе за счет юрских глин и г) карту, совмещающую две предыдущие и позволяющую вынести окончательное суждение о степени естественной защищенности подземных вод. Районирование осуществляется по типам разрезов, что обеспечивает наглядность и дает информацию, необходимую для комплексного анализа.

Наиболее сложной задачей является изучение старых свалок с оценкой характера, состава и степени опасности создаваемого ими загрязнения почво-грунтов и грунтовых вод. В США, Германии, Франции и других странах обследование старых свалок первоначально выполнялось по широкой программе с применением большого объема гидрохимического опробования. Однако анализ результатов исследований показал, что такое опробование дорого и неэффективно и может быть существенно сокращено без потери нужной информации. На этой основе была разработана трехэтапная процедура обследования, наиболее успешно реализованная институтом \УаВоЬи в Германии. На первом этапе решается вопрос о том загрязнены ли подземные воды токсическими компонентами или нет, на втором оценивается степень опасности загрязнения и на третьем выполняются исследования для обоснования санирования. Авторы предложили использовать для выявления токсического загрязнения химические индикаторы, но анализ свидетельствует о том, что они не эффективны. Заключительная часть диссертация посвящена разработке рациональной методики обследования старых свалок и их воздействия на почво-грунты и подземные воды по такой трехэтапной процедуре с привлечением региональных исследований (картографирование) и использованием методов аналитической химии, биотестирования, сенсорных методов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Дементьев, Сергей Юрьевич, 2000 год

1. Абдурахманов Р.Ф. Геохимия экотоксикантов в подземных водах урбанизированных территорий /./ Геохимия. 1997. № 6, с. 630-636.

2. Аванесова Д.А. Углеводороды. Е.: Изд-во Ереванского Университета,1983.

3. Авессаломова И.А. Геохимические показатели при изучении ландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 1987.

4. Агошкова Е.Б. Синергетика и системная парадигма XX века. Московский синергетический форум 1996. Материалы форума. М., 1996.

5. Арье А.Г. Физические основы фильтрации подземных вод. М.: Недра,1984.

6. Бабак В.В. Критерии устойчивости геологической среды к воздействию полигонов твердых бытовых отходов. Материалы XV научной конференции молодых ученых геологического факультета МГУ. М.: МГУ, 1988.

7. Бабак В.В. Геоэкология полигонов твердых бытовых отходов Московского региона. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. М.: МГУ, 1991.

8. Бакаева Е.Н., Хоружая Т.А., Бакаев А.А. Оценка токсичности почв в районах различных захоронений. В сб. Инфузории в биотестировании. Тезисы докладов международной научно-практической конференции. Санкт-Петербург: Архив ветеринарных наук, 1998, с. 184.

9. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Л.: Химия, 1985.13

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.