|
|
|
|
|
|
|
Факультет: Горно-геологический
Научный руководитель: проф. Воевода Б. И.
АВТОРЕФЕРАТ
по теме: "Комплексная геолого-экологическая оценка влияния полигона Орджоникидзевский (г. Мариуполь) на окружающую среду"
Актуальность
Проблема экологически безопасного складирования и хранения отходов становится всё более актуальной для крупных городов - основных производителей отходов, и носит ярко выраженный социальный характер, так как от этого зависит здоровье и качество жизни населения. В нашей стране проблеме размещения твёрдых бытовых отходов (ТБО) не уделяется должного внимания, несмотря на то, что в виде полигонов и свалок в Украине размещается более 80% всех образующихся отходов. Требуется значительная реконструкция существующих полигонов, построенных и эксплуатируемых без учёта современных стандартов, а также строительство новых экологически безопасных объектов складирования ТБО.
Необходимость строительства современного полигона ТБО в г. Мариуполе была обусловлена наличием многочисленных несанкционированных свалок мусора, экологически небезопасной эксплуатации существующих организованных свалок, а также напряжённой санитарно-эпидемиологической ситуацией в городе. При общей оценкеп редложенных участков под строительство, в условиях недостаточного местного бюджета и дефицита земель был выбран вариант расположения полигона - по проспекту 1 Мая, в промышленной зоне г. Мариуполя. Площадка полигона находится в зоне активного негативного воздействия различных техногенных объектов: действующей свалки ТБО, Волонтерского шламонакопителя, известково-обжигового цеха, железной и автодороги. При этом воздействие полигона будет накладываться на этот негативный фон достаточно высокого уровня. Для минимизации и устранения негативного воздействия необходимо осуществить ряд природоохранных мероприятий и строго следовать принятой технологии эксплуатации полигона.
Цель и задачи работы
Целью данной работы является изучение геологического строения, инженерно-геологических и гидрогеологических условий на строящемся полигоне твердых бытовых отходов в Орджоникидзевском районе города Мариуполя, с определением современного состояния компонентов природной среды, характера, уровня и источников их загрязнения, а также выявление и оценка наиболее экологически опасных для окружающей среды факторов.
В связи с поставленной целью решаются следующие задачи:
1. Изучение геологического строения территории.
2. Изучение существующих природных и техногенных поверхностных водотоков и водоемов.
3. Изучение гидрогеологических и гидродинамических условий территории.
4. Изучение и картирование растительного покрова.
5. Определение в пределах исследуемой территории качества поверхностных и подземных вод, уровня загрязнения почво-грунтов и растительности.
6. Выявление основных источников негативного воздействия на компоненты природной среды.
Бытовые отходы представляют серьёзную опасность, так как они характеризуются высокими концентрациями самых разнообразных токсичных веществ и соединений, способных проникать в гидрографическую сеть и подземные воды, нанося ощутимый вред почвенно-растительному покрову.
Геологическая среда испытывает на полигонах ТБО повышенную нагрузку (развитие оврагов, оползневых процессов, заболачивание, участки комплексного загрязнения). Важную роль в рассматриваемой проблеме играют также геодинамические характеристики геологической среды.
По современным геологическим представлениям вся поверхностная часть земной коры разбита на блоки различной тектонической активности. Границами таких блоков являются геодинамические зоны (ГДЗ). Они представляют собой структуры, по которым происходили или происходят подвижки блоков горного массива. ГДЗ имеют весьма различные размеры, зависящие от причин их возникновения, которые, в свою очередь, полигенетичны.
Сами по себе геодинамические зоны не несут в себе экологической опасности. Она возникает лишь в том случае, когда потенциально экологически опасные техногенные объекты, как, например, рассматриваемый полигон ТБО в Орджоникидзевском районе г. Мариуполя, оказываются в зоне влияния аномального проявления современных геодинамических процессов, которые концентрируются, как правило, в пределах локальных участков и могут оказать влияние на устойчивость техниче-ского состояния этих объектов.
Ослабленные разуплотнённые породы в ГДЗ обеспечивают повышенную фильтрацию как природных (естественных), так и техногенно загрязнённых вод. Так же по геодинамическим зонам происходят наиболее интенсивные газовыделения и тепловые потоки. Геодинамические зоны являются наилучшими путями энергомассопереноса [1, 2].
В процессе складирования отходов, при котором происходит уплотнение и отжимание влаги, изначально содержащейся или появившейся в результате ин-фильтрации сквозь слои атмосферных осадков, образуется фильтрат, а также биогаз - продукт разложения пищевых отходов. Наличие геодинамических зон на участке размещения полигона только усилит его негативное действие на окружающую среду, биоту, а также человека.
Анимация отображает схематическое изображение веществ, поступающих и образующихся на полигоне.
Однако при проектировании полигонов ТБО и комплексной оценке их влияния на окружающую среду не проводятся исследования на наличие геодинамических зон. В современных нормативных документах не берётся в учёт природный геодинамический фактор, также не разработаны методики оценки экологического риска, возникающего при функционировании опасных природно-технических систем, попадающих в пределы геодинамической аномалии.
Поэтому, учитывая сказанное выше, к решаемым задачам следует добавить исследование территории полигона на наличие геодинамических зон.
Предполагаемая научная новизна и практическая ценность
Научная новизна данной работы заключается в том, что предлагается новый подход при проектировании полигонов ТБО - обязательное проведение исследования территории проектируемого полигона на наличие геодинамических зон.
Практическая ценность данной работы заключается в том, что по результатам комплексной эколого-геологической оценки можно выдавать краткосрочные и долгосрочные прогнозы изменения окружающей среды исследуемого региона под действием хранящихся отходов.
Возможно, материалы магистерской работы будут использованы при составлении новой инструкции по проектированию полигонов, в которой будет учитываться геодинамический фактор.
Обзор существующих исследований
В публикациях последних лет (Е.В. Стадник, Л.Г. Комогорова, Ю.К. Щукин, В.Л. Сывороткин, В.Т. Трофимюк, Б.И. Воевода, В.И. Алёхин и др.) под различными терминами - "геодинамические зоны", "деформационные зоны геосистем", "зоны динамической сопряжённости неоднородностей геологической среды" - стали выделяться структуры земной коры, связанные с зонами глубинной трещиноватости, высокой проницаемостью, и напряжённо деформированным состоянием вмещающей среды.
Рассматривая эти зоны с экологической позиции, важно отметить, что все они тектонически ослаблены, подвижны, имеют признаки дробления, что способствует миграции тепла и флюидов с глубины и перераспределению их в пластах пород.
Автор В. Храпов пишет о том, что он открыл систему гравитационных электромагнитных полюсов, связал с ними очаги заболеваний и эпидемий, что позволило ему отслеживать воздействие на биоту не только солнечных, но и подземных сил. Понятно, что все эти медико-ориентированные геологические разработки, находятся на начальной стадии и не выходят за рамки оригинальных гепотнез.
В.Л. Сывороткин в своих публикациях и разработках связал мощные газовые потоки с геоструктурными зонами земли, со спрединговым режимом развития и привёл целый спектр их воздействия на экосистему и человека как биологический вид.
Из рассмотренного материала следует вывод взаимосвязи геодинамических зон с развитием биоты и человеческой популяции как биологического вида и социума.
В 2002 году в Донецке вышло "Пособие по мониторингу полигонов ТБО", проект Тасис - Совершенствование системы управления твёрдыми бытовыми отходами в Донецкой области Украины. Однако вопрос о необходимости проведения исследования на наличие геодинамических зон при проектировании полигонов ТБО и введении такого исследования как обязательного условия в современные нормативные документы не рассматривался.
Методы обработки полученных данных
В основу методов обработки и обобщения полученных химико-аналитических данных заложены общепринятые рекомендации и нормативные документы [3, 4].
Теоретической базой принятого методического подхода к оценке воздействия послужили представления о техногенном загрязнении окружающей природной среды как о совокупном гетерогенном процессе, связанным с различными по геохимическим параметрам источниками. При этом наиболее важным является установление основных источников загрязнения, определение геохимических особенностей развития техногенного процесса.
По характеру поведения и уровню концентрации в различных природных и техногенных процессах и образованиях выделяют макрокомпоненты, которые определяют химический состав почв, растительности, водовмещающих пород, воды и уровень ее минерализации. К ним относятся SO42-, Cl-, HCO3-, SiO2, Al2O3, CO32-, Ca2+, Mg2+, K++Na+, в меньшей степени NO3-, NH4+, а для воды также те физико-химические параметры, которые определяются концентрацией выделенных компонентов: рН, жесткость, минерализация, щелочность, окисляемость. Остальные компоненты, фоновая концентрация которых не превышает 10мг/дм3 или 100мг/кг, от-носятся к микроэлементам.
Известно, что по отношению к любому природному или техногенному процессу аномалиеобразования все химические элементы или их соединения делятся на 4 группы:
1. Главные аномалиеопределяющие элементы - загрязнители, содержание которых в пределах аномальных участков превышают ПДК.
2. Второстепенные, сопутствующие элементы, содержания которых не превышают ПДК, однако отмечается их привнос в аномальную зону по отношению к геохимическому фону. Концентрация данных элементов растет с увеличением содержания главных элементов - загрязнителей.
3. Нейтральные, инертные элементы, концентрация которых не меняется в процессе загрязнения, то есть остается в пределах фона.
4. Деконцентрирующиеся элементы, которые испытывают вынос из ореолов загрязнения под действием техногенных факторов. Они могут формировать на периферии основного ореола загрязнения вторичные ореолы или располагаться в его внешних зонах. Существует закономерность: чем масштабнее и полнее проявлен процесс аномалиеобразования, тем отчетливее наблюдается дифференциация элементов, и тем более, определеннее выделяются элементы выше представленных групп.
Исходя из того, что любой замер или определение содержания какого-либо компонента есть величины случайные и носят вероятностный характер, полученные химико-аналитические данные были обработаны с применением методов математической статистики. Обработка данных велась в следующем порядке:
1. Для оценки загрязнения почво-грунтов и растительного покрова был подсчитан суммарный показатель химического загрязнения
Zc = ∑Kc - (n - 1)
где Kc - коэффициент концентрации элемента, равный отношению его содержания в конкретной пробе к фоновому содержанию (Kc= C/Cф), n - количество проанализированных элементов в конкретной пробе. Кс характеризует уровень концентрации элемента в данной точке опробования.
2. На основе расчетов Zc был установлен уровень загрязнения почв на прилегающей к полигону территории и определен уровень и характер загрязнения растительности.
3. Для основных элементов-загрязнителей почв и растительного покрова были построены карты с круговыми диаграммами, отражающими их процентное соотношение.
4. На основе концентраций и коэффициентов концентрации различных компонентов для поверхностных вод были построены гистограммы, на которых определен уровень загрязнения природной и техногенной воды для разных водотоков и показана тенденция его изменения.
5. Для сопоставления гидрохимических параметров водных объектов района были рассчитаны коэффициенты корреляции между ними. Коэффициент корреляции (r) - вероятностная величина, поэтому его значимость определяется табличными граничными значениями для разных уровней значимости. Значения r колеблются от -1 до +1. Знак "+" указывает на то, что увеличение или уменьшение параметров одного водного объекта синхронно связано с увеличением или уменьшением параметров другого объекта. Знак "-" указывает на то, что увеличение параметров одного объекта приводит к уменьшению этих параметров на другом объекте и наоборот.
6. Уровень загрязнения определялся расчетом для каждой пробы отдельно по формуле:
C1 C2 Сi
СПК = ------- + ------- + ... + -------
ПДК1 ПДК2 ПДКi
где Сi - содержание i-го компонента в пробе воды, ПДКi - предельно-допустимая концентрация i-го компонента.
7. Компоненты - загрязнители были сгруппированы в отдельных выборках проб по органолептическому и санитарно-токсикологическому признакам.
8. Были рассчитаны суммарные показатели качества (СПК) на основе сформированных выборок по органолептическому и санитарно-токсикологическому признакам по формуле:
СПК = ∑KZi
9. На основе всех определенных СПК был определен уровень комплексного загрязнения поверхностных и подземных вод.
10. Для определения химического состава поверхностных вод по всем контрольным пробам рассчитаны формулы Курлова, определяющие анионный и катионный состав воды. На основе этих данных был установлен химический состав природных и техногенных вод района [5].
Теоретические основы работы
Полигон ТБО является специальным объектом коммунального хозяйства, предназначенным для складирования удаленных из населенных пунктов твердых бытовых отходов.
На полигон ТБО принимаются твердые отходы от жилых домов, общественных зданий и учреждений, предприятий торговли, общественного питания, уличный и садово-парковый смет, строительный мусор и некоторые виды твердых инертных промышленных отходов, не обладающих токсичными и радиоактивными свойствами.
Полигон ТБО является природоохранным сооружением, обеспечивающим прием, складирование, уплотнение и послойную изоляцию ТБО с выполнением комплекса мероприятий, направленных на снижение негативного воздействия на окружающую природную среду и относится к биотермическому методу обеззараживания отходов.
Полигон для складирования твердых бытовых отходов не предусмотрен для приема жидких фракций бытовых отходов. Для них существует сливные станции городских канализационных сетей. Не принимаются на полигоны ТБО пастообразные отходы, металлолом.
Основным источником воздействия на окружающую природную среду со стороны данного полигона ТБО является участок складирования отходов.
Участок проектируемого полигона ТБО располагается в районе старого русла р.Кальмиус, в 6700 м от места ее впадения в Азовское море. Рельеф территории относительно спокойный, осложненный выемками и буграми, с абсолютными отметками 7,0 - 12,6 м на дне, и на бортах 20 - 31 м. Это природно-техногенная территория, возникшая в результате искусственного спрямления русла и создания производственной площадки. Старого русла р.Кальмиус не осталось, в результате засыпки на 2-4 м территория значительно поднята.
Геологические критерии выбора потенциального участка строительства предусматривают недопустимость расположения полигона в сейсмоактивных, разломных зонах, зонах подверженных оползням, смещениям, расположенным над шахтами, котлованами и протоками [6]. Не желательным является размещение полигонов в карьерах или местах добычи полезных ископаемых, по причине отсутствия необходимого глиняного слоя и не соблюдения гидрогеологических условий.
В геоструктурном отношении территория г. Мариуполя находится в зоне сочленения двух крупных блоковых структур: юго-восточной части Приазовского кристаллического массива, преимущественно докембрийского возраста, и Причерноморской впадины. Границы блоков определяются зонами глубинных разломов субширотного и северо-восточного простирания. Строение исследуемого участка не осложнено разломными зонами, однако опосредованное влияние близлежащих разломов не исключается и должно быть изучено в ходе дальнейших исследований, так как в последние годы произошел коренной пересмотр традиционных представлений о роли геодинамического (сейсмодеформационного) фактора при оценке эколого-промышленной опасности различных экологически опасных техногенных объектов.
Оказалось, что даже в платформенно-равнинных (не сейсмоактивных) регионах имеют место опасные разломы, в которых развиваются деформации способные приводить к аварийным ситуациям с тяжелыми экологическими и социально-экономическими последствиями.
В этой связи при проектировании различных техногенных объектов, в частности полигонов ТБО, необходимо предусмотреть услугу по экспертизе экологической и промышленной безопасности объектов с учетом геодинамического фактора. Также необходимо разработать инструкции и нормативы, которые будут регламентировать учет современного аномального геодинамического состояния недр.
При регламентировании геодинамической безопасности различных объектов недропользования ключевым элементом является понятие активный разлом. Как правило, под активностью разломов понимается "повторное оживление" в течение последних 1-2 млн. лет или просто активизация за этот же интервал времени.
Однако, как оказалось, современная геодинамика разломов носит короткопериодический, знакопеременный и/или пульсирующий характер и не сводится только к монотонным, сдвиговым перемещениям бортов. Во второй половине 20 века были получены новые данные о современной аномальной геодинамике разломов благодаря исследованиям на геодинамических полигонах различного целевого назначения.
В результате сопоставительного анализа большого массива данных были выявлены интенсивные локальные аномалии современных движений земной поверхности, приуроченные к зонам разломов различного типа и порядка. Эти аномальные движения высокоамплитудны (50-70 мм/год), короткопериодичны (0,1-1 года), пространственно локализованы (0,1-1 км), обладают пульсационной и знакопеременной направленностью. Среднегодовые скорости относительных деформаций у них чрезвычайно высоки (5/год) и поэтому их определяют как суперинтенсивные деформации (СД) земной поверхности в зонах разломов. Естественно, что при оценке геодинамической опасности любых объектов недропользования наиболее негативное воздействие на них будут оказывать именно СД-процессы, так как последние достигают аномально высоких деформаций, соизмеримых с порогом разрушения, за сравнительно короткое время (сопоставимое с периодом эксплуатации объектов) и, следовательно, регламентирующие документы должны использовать понятие современного активного разлома. Отсюда следует, что необходимо различать понятия "активный разлом" и "опасный разлом". "Активный разлом" характеризуется наличием аномальных, по сравнению с фоновыми, движений. Эти аномальные движения могут и не являться опасными, а, следовательно, не быть объектом геодинамического риска.
"Современный активный разлом" являет собой зону проявления именно опасных смещений. Поэтому современный активный разлом следует определять как опасный разлом. Для прогнозирования зон опасных разломов и снижения вероятности наступления чрезвычайных ситуаций необходимо тщательно проводить мониторинг современной геодинамической активности разломов в местах расположения экологически опасных объектов. Таким образом, геодинамическая экспертиза должна быть направлена на диагностику опасных разломов и разработку предложений по прогнозу возможного социально-экономического и экологического ущерба полигонов ТБО, а также любых объектов расположенных в зоне опасного разлома.
Одним из определяющих критериев при выборе участка под строительство полигона является свойства грунтов. Необходимо наличие устойчивых слабопроницаемых грунтов с естественной выдержанной глиняной прослойкой, препятствующей проникновению загрязняющих веществ в глубокие горизонты и подземные воды.
На большей части исследуемой территории распространены аллювиальные темно-серые глины озерно-болотного происхождения, выдержанные по простиранию. Их установленная мощность достигает 20 м [5]. Однако, на устойчивость грунтов данной территории негативное влияние оказывает физико-механическое преобразование в процессе строительства зданий, сооружений, автомобильных и железных дорог, а также в результате складирования различных промышленных и бытовых отходов в пределах шлако- и шламонакопителей, свалки ТБО. Поэтому, для безопасного складирования отходов необходимо предусмотреть дополнительное оборудование дна полигона специальным противофильтрационным экраном.
Участок проектируемого полигона расположен в 350-400 м от р. Кальмиус. Река в этом районе потеряла возможность к самоочищению и имеет стабильно высокий уровень загрязнения. На качество воды на данном отрезке оказывают влияние: Волонтерский шламонакопитель, расположенный на правом берегу; действующая свалка ТБО, через дамбу которой просачивается фильтрат, стекающий в реку; подземные воды, выклинивающиеся и стекающие ручьями в реку на всем протяжении исследуемого участка [5]. Свалка ТБО, загрязняя фильтратом грунтовые воды, которые сливаются в реку практически на всем протяжении ограждающей дамбы, привносит в состав реки значительные объемы сульфатов, хлоридов, натрия, фтора, фосфатов, поверхностно-активных веществ, нефтепродуктов, повышая при этом ХПК, жесткость и общую минерализацию.
В результате обработки 20 проб природных и техногенных вод, отобранных в пределах участка проектируемого полигона, был установлен значительный привнос широкого спектра микроэлементов: Mn, Ni, Pb, Bi, Al, Cd. Их концентрации превышают ПДК в десятки и даже сотни раз. Максимальный привнос отмечается для Fe, концентрация которого превышает ПДК в 3500 раз, а также для Hg , концентрация которого превышает ПДК в 2500 раз. Максимальные концентрации отмечаются в пробах вод, загрязненных фильтратом, а также в пробах из дренажного канала старой свалки и отстойника.
Загрязненные фильтратом грунтовые воды, выходящие на поверхность и стекающие в р. Кальмиус представляют собой серьезный, постоянно действующий, многокомпонентный источник загрязнения, влияние которого необходимо ликвидировать или минимизировать. Этому будет способствовать устройство дренажа по перехвату фильтрата в основании свалки. При соблюдении технологии эксплуатации проектируемого полигона будут образовываться незначительные объемы фильтрата. Мероприятия по сбору фильтрата в изолированную емкость и дальнейшее его использование для увлажнения отходов полностью исключает возможность выхода его на поверхность с любой стороны полигона ТБО и загрязнения водной среды. Необходимо также предусмотреть проведение мониторинга поверхностных вод.
Помимо обеспечения экологической безопасности поверхностных вод, важным требованием к полигонам является обеспечение защиты подземных вод. Нижние слои полигона должны располагаться выше уровня грунтовых вод, наиболее приближенного к поверхности. Комплекс водоносных пород должен характеризоваться малой проницаемостью. Необходимо также избегать участков, где происходит пополнение подземных вод [6].
Подземные воды исследуемой территории заключены в различных литолого-стратиграфических горизонтах, образуя безнапорный комплекс водоносных пород. Первый от поверхности водоносный горизонт расположен на глубине 7,5 м. Комплекс водоносных пород характеризуется неоднородной проницаемостью в разных местах. Он является незащищенным от химического и микробного загрязнения, вследствие отсутствия в кровле непроницаемых пород, а также малой величины зоны аэрации [4]. Значительное влияние оказывает существующая свалка, которое выражается в изменении уровенного режима и состава подземных вод. Загрязнение подземных вод приводит к значительному преобразованию вмещающих пород. Плотные глины и суглинки разуплотняются, становятся текучими, близкими по консистенции к водонасыщенным илам и приобретают неприятный запах биогаза.
Планируемые и полученные собственные результаты
Для оценки загрязнения почво-грунтов была проведена статистическая обработка отобранных проб, произведён корреляционный анализ, по каждому показателю можно сделаны выводы относительно превышения элементами ПДК; рассчитан коэффициент вариации. Построена карта загрязнения по цинку, а также карта суммарного загрязнения почво-грунтов района влияния Орджоникидзевского полигона ТБО. В дальнейшем аналогичная обработка будет произведена по водной среде, с построением соответствующих карт и выявлением очагов загрязнения окружающей среды.
В результате комплексной эколого-геологической оценки Орджоникидзевского полигона ТБО в г. Мариуполь будут получены выводы о основных источниках загрязнения поверхностных и грунтовых вод, водовмещающих пород, почво-грунтов и атмосферного воздуха в районе проектируемого полигона.
Проектируемый экологически безопасный полигон твёрдых бытовых отходов будет строиться с учётом существующего положения окружающей среды на основе современных конструктивных и технологических решений.
Анимация отображает схематическое изображение веществ, поступающих и образующихся на полигоне.
Список литературы:
1. Экологические функции литосферы/ В.Т. Трофимов и др. - М.: Изд-во МГУ, 2000. - 432 с.
2. Воевода Б.И., Соболев Е. Г. и др. Геодинамика и её экологические проявления// Наукові праці ДонДТУ: серія гірничо-геологічна. Випуск 23/ Редкол.: Башков Е.О. (голова) та інш. - Донецьк, ДонДТУ, 2001. - 120 с.
3. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения. СанПиН № 4630-88. Минздрав СССР, Москва, 1988 г.
4. ГОСТ 2874-82. Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством.
5. Полигон твердых бытовых отходов в Орджоникидзевском районе города Мариуполя. Этап 4.Технико-экономическое обоснование инвестиций. ПЭС "Донбасс-Азовье, XXI век", Донецк, 2003. - 170 с.
6. Пособие по мониторингу полигонов твердых бытовых отходов, Донецк, 2002. - 283 с.
|
|
|
|
|
|
|