Введение
Уральский регион характеризуется крайне сложным геологическим и ландшафтно -геохимическим строением, кроме того он подвержен мощному техногенному воздействию горно-промышленного комплекса. Средний Урал является к тому же наиболее урбанизированной территорией с крупными городскими агломерациями, такими как Екатеринбург, Нижний Тагил, городами Каменск-Уральский, Реж, Первоуральск и др. Проблема переработки и влияния отходов горно-промышленного производства на окружающую среду относительно неплохо изучена, в связи с тем, что преобладающая часть этих отходов рассматривается, как источник вторичного сырья для многих отраслей промышленности, заменяющий природные ресурсы.
Проблема обращения с твердыми бытовыми отходами ( далее - ТБО) на сегодняшний день является наиболее актуальной, из проблем связанных с обращением, сбором, утилизацией, размещением, захоронением и переработкой отходов, хотя количество ТБО относительно невелико, по сравнению с общей массой образующихся в области отходов (в 2005 г. в Свердловской области образовалось около 180,9 млн. тонн промышленных и более 8 млн.м3 бытовых отходов).
По самым оптимистичным прогнозам в ближайшие 30 - 50 лет в России захоронение бытовых и промышленных отходов на полигонах будет являться основным методом конечной стадии обращения с отходами. Об этом может свидетельствовать опыт многих экономически развитых стран, где при высоком уровне технологических разработок и значительных финансовых инвестициях в данную область, складирование отходов до сих пор является если не основным, то одним из основных методов управления отходами. Исходя из этого, проблема складирования отходов на полигонах в России ещё долгое время будет оставаться актуальной. Кроме того, полигоны по захоронению отходов, в рамках антитеррористической политики, отнесены и к стратегически важным объектам. Захоронение отходов производства и потребления является наиболее широко практикуемым способом размещения отходов, порождающим массу экологических и санитарно-гигиенических проблем.
Вопросам изучения состава и свойств ТБО, а так же степени их влияния на окружающую среду, мерам по его сокращению и мониторингу за состоянием полигонов посвящены работы Н.Ф.Абрамова, Д.А.Амосова, Б.Б.Бобовича, Я.И.Вайсмана, Л.П.Грибановой, В.В.Девяткина, В.Н. Коротаева, А.С.Матросова, А.Н. Мирного, Т.А.Орловой, и др.
Средний Урал относится к классическим регионам с развитой горнорудной промышленностью, где остро стояла проблема переработки отходов горнодобывающей и металлургической отраслей. На проблему утилизации твердых бытовых отходов мало обращали внимания. В то время как безответственное обращение с ТБО приводит к серьезному загрязнению окружающей среды. Спад отечественного промышленного производства при одновременном изменении структуры потребления товаров привели к неуправляемому и значительному росту экспорта на Урал хозяйственно-бытовых изделий, материалов и пищевых ресурсов из зарубежных стран и других регионов. Такие ресурсы, используемые для воспроизводства человека, в строительстве и быту, как известно, составляют основу ТБО. Именно рост их количества и разнообразия (объем образования ТБО в Свердловской области ежегодно увеличивается на 3-4 %.), а также несанкционированное складирование в ландшафтной сфере поставили на повестку дня совершенно новую проблему их безопасной утилизации.
С другой стороны Средний Урал относится к числу регионов с исключительно разнообразной ландшафтно-геохимической обстановкой миграции химических элементов. Это означает, что в различных ландшафтах взаимодействие природных факторов с массой ТБО будет принципиально различным и по характеру взаимодействия и по формам миграции токсичных соединений. В одних случаях, например, в условиях нейтрально-щелочной среды распространения ультрамафитов, будет происходить уменьшение миграционной подвижности тяжелых металлов, а в других - слабокислых и кислых, наоборот, усиливаться. Таким образом, знание этой картины в реальной ситуации позволит провести, с одной стороны типизацию техногенных геохимических аномалий, образующихся в зоне влияния свалок ТБО в конкретных типах ландшафтов, а с другой - разработать новую концепцию утилизации отходов с учетом их эколого-геохимических свойств и рассмотреть проблему воздействия ТБО на окружающую среду.
Цель работы. Обобщение информации по динамике накопления отходов в ретроспективном и современном плане, изучение влияния старых и существующих полигонов ТБО в г. Екатеринбурге и Свердловской области в контексте ландшафтно-геохимической обстановки среды миграции химических элементов и их соединений, выяснение состава техногенных геохимических ассоциаций и их изменчивости в зависимости от типа геохимической среды.
Задачи исследований. Разработка рекомендаций по локализации вредного воздействия действующих полигонов ТБО на окружающую среду.
Определение возможностей минимизации воздействия полигонов ТБО на окружающую среду в условиях среднего Урала.
Методы исследований и фактический материал. Объектами исследования послужили действующие полигоны ТБО в Свердловской области «Широкореченский», «Красных Зорь» и «Северный». Выбор объектов определяется следующими критериями: различиями в геологическом строении оснований полигонов.
Полигон ТБО «Красные Зори» г. Екатеринбурга расположен на коре выветривания интрузивных пород гранитоидного состава (граниты, гранито-гнейсы). Естественные геохимические условия среды слабокислые (рН 6,0-6,5) и окислительные. Полигоны «Широкореченский» и «Северный» располагаются на корах метаморфизованных ультраосновных пород, представленных в основном серпентинитами и тальк-хлоритовыми сланцами. Природная геохимическая обстановка последних характеризуется нейтрально-слабощелочной (с рН до 8,3) реакцией среды и окислительными условиями (окислительно-восстановительный потенциал Eh + ЗОО-35ОмВ):
- однотипными ландшафтно-климатическими условиями с глубиной залегания подземных вод от 1 до 5 м;
относительно однородным морфологическим и компонентным составом отходов и приблизительно одинаковыми размерами.
Управление твердыми бытовыми отходами с целью охраны здоровья населения и окружающей среды - непростая задача. В последние годы были предложены такие проекты как регенерация, компостирование, сжигание отходов с целью минимизации количества отходов поступающих на полигоны. За последние 5-10 лет эти альтернативные методы применялись в ряде промышленно развитых стран в достаточно крупных масштабах с целью уменьшить зависимость от складирования отходов на полигонах. Однако методы, позволяющие эффективно использовать извлекаемые из отходов материалы и энергию в свою очередь приводят к образованию отходов, требующих последующего размещения на полигонах. Перспективный и приемлемый подход заключается в захоронении отходов на полигонах до тех пор, пока технологии не будут усовершенствованы до уровня отвечающего требованиям «современного санитарного полигона».
Личный вклад автора. Проанализирован большой объем фондовых материалов, отечественных и зарубежных научных изданий и публикаций.
В рамках программы «Переработка техногенных образований Свердловской области» проведено обследование полигонов твердых бытовых отходов с проведением замеров Eh и рН водных растворов почв и грунтовых вод в различные сезоны года (более 350 замеров). В течение 6 лет в рамках программы «Переработка техногенных образований Свердловской области» и проекта, выполняемого Департаментом международного развития Великобритании и Администрации г. Екатеринбурга по управлению муниципаль-
ными отходами автор непосредственно участвовал в разработке и реализации основных направлений стратегии обращения с отходами производства и потребления.
Научная новизна. Впервые было установлено, что литогеохимическая среда оснований полигонов ТБО в геологических структурах Среднего Урала влияет на интенсивность разложения органических отходов, скорость распространения загрязнения и образование высокотоксичных комплексных металлоорганических соединений. С учетом этого определены приоритеты и разработана концепция организации и проведения комплексного мониторинга.
Практическая значимость. Полученные выводы позволяют выработать алгоритм нейтрализации полигонов ТБО и принимать меры по минимизации распространения загрязняющих веществ в депонирующих средах.
Разработаны пути снижения негативного воздействия полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду в условиях среднего Урала, так исходя из принципа нейтрализации вредного воздействия - перевода металлов в биологически недоступные формы следует:
- при доминантном загрязнении почв и поверхностных вод такими элементами, как хром, ванадий, марганец, никель в процессе складирования ТБО на действующих полигонах следует применять технологию пересыпания каждого слоя отходов слоем горных пород кислого состава для достижения нейтральной среды фильтрата из тела полигона;
- при преобладающем загрязнении халькофильными элементами, такими как медь, цинк, кадмий, свинец, олово целесообразно применять геохимическую рекультивацию карбонатными породами такими как мергель, известняк, доломит и др.
Основные защищаемые положения.
1. При размещении твердых бытовых отходов на Среднем Урале следует учитывать геохимические свойства горных пород оснований полигонов, формирующих естественную обстановку миграции загрязняющих веществ.
2. Слабощелочные геохимические условия коры выветривания метаморфизованных высокомагнезиальных горных пород - серпентинитов, тальк-хлоритовых сланцев формируют устойчивые поля загрязнения почв и грунтовых вод хромом, марганцем, никелем и ванадием. Это связано, в основном с тем, что высвобождение этих элементов из отходов, в основном пластикового материала, накладывается на повышенный естественный геохимический фон.
3. Слабокислая геохимическая среда коры выветривания гранитоидов значительно увеличивает масштабы распространения в подземных и поверхностных водах продуктов разложения ТБО.
4. Возможности минимизации негативного воздействия полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду определяются свойствами ландшафта, образовывать биологически недоступные металлорганические комплексы элементов-загрязнителей. При наличии мониторинга негативное воздействие полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду может быть скорректировано.
Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертационной работе и практические рекомендации докладывались на научно-практическом семинаре в рамках международной выставки «Уралэкология-Техноген» (1999, 2000, 2001 г.г, Екатеринбург,) г.Москва), на научно-методических семинарах «Управление твердыми бытовыми отходами в Московском регионе сегодня и завтра» (1999г. г.Москва), «Основные направления повторного использования отходов и их нормативно-правовое обеспечение» (1999г. Москва) на семинаре по обмену опытом Союза российских городов «Совершенствование системы обращения с муниципальными отходами в г.Екатеринбурге, Россия» (2000г. г. Екатеринбург), в отчетах международного проекта Департамента международного развития Великобритании и Администрации г.Екатеринбурга «Улучшение услуг по обращению с отходами» (2000г г.Екатеринбург) Department for International Development UK Strengthening Waste Management Services in Ekaterinburg Russia. 2000) и на Международных конгрессах по управлению отходами «ВЭЙСТЭК» (2001 г., 2003 г.,2005г., на научно-практической конференции с международным участием «Экологические проблемы промышленных регионов» в рамках международной выставки «Уралэкология-Техноген» (2002, 2003, 2004, Екатеринбург). А также материалы использовались в отчетах по работе «Организационно-техническое и научно-методическое сопровождение федеральной и областной программ «Переработка техногенных образований Свердловской области» 1998 -2004 гг г..Екатеринбург» в разработке Стратегического проекта по обращению с твердыми бытовыми отходами на территории муниципального образования г. Первоуральск.
А также рабочих совещаниях Росприроднадзора, Ростехнадзора, Союза Российских городов, Министерства природных ресурсов Свердловской области, Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Свердловской области, Администраций г.Екатеринбурга, Первоуральска, Невьянска, Ирбита, п.Заречного и др.
Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 7 трудах международных конференций и международного конгресса по управлению отходами, а также использовались в информационно-методическом пособии Правительства Свердловской области Управления профессиональной подготовки кадров и методической работы «О порядке организации работы органов местного самоуправления по благоустройству, улуч-
шению санитарного и экологического состояния территорий Свердловской области» 2004г. г.Екатеринбург и методическом пособии Министерства природных ресурсов Свердловской области «Обращение с твердыми бытовыми отходами» 2005 г. г.Екатеринбург.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 144 машинописного текста страницах список литературы насчитывает 150 наименований.
Глава 1.
Общие и региональные проблемы размещения твердых бытовых отходов
В мировой практике известно более двадцати методов обезвреживания и утилизации ТБО. К ним относятся методы: складирование ТБО на полигонах (свалках), сжигание, аэробное биотермическое компостирование; комплекс компостирования и сжигания (или пиролиза) некомпостируемых фракций, раздельный сбор и сортировка отходов мусоро-сортировочных заводах и т.д.
В России подлежат захоронению - 96,5 % от общего числа отходов. Площадь, занятая полигонами на территории РФ, в настоящее время превышает 40 тыс. га и ежегодно увеличивается на 2,5-4%.
Однако, с учётом сравнительно невысоких капитальных и эксплуатационных затрат полигоны будут оставаться самым распространённым методом утилизации отходов ближайшие 10-15 лет. Захоронение на полигонах, кроме того, остаётся необходимым методом для отходов, не поддающихся вторичной переработке, несгорающих или сгорающих с выделением токсичных веществ.
В Свердловской области более 3 млн.человек проживают на территориях с неблагополучной санитарно-гигиенической обстановкой и подвержены неблагоприятному влиянию факторов среды обитания, которые представлены в таблице 1.
Таблица 1
Факторы окружающей среды, обуславливающие общую экологическую нагрузку
на население
№№ п/п Основные группы факторов окружающей среды, обуславливающих общую экологическую нагрузку на население Численность экспонированного населения (млн. чел. и в % от среднеобластной численности)
1 Комплексная химическая нагрузка (формируемая водой, атмосферным воздухом, почвой, полигонами ТБО) 3,279 78%
2 Биологическая нагрузка (формируемая питьевой водой и продуктами питания) 2,896 67%
3 Шумовая нагрузка в селитебных зонах 3,238 77%
4 Радиационная дозовая нагрузка (за счет всех дозообразующих факторов) 3,386 80%
По данным многочисленных исследований, проведённых зарубежными и российскими учёными, химический и микробиологический состав фильтрата полигонов и их объём зависят от ряда факторов, к которым относятся: морфологический состав ТБО; мощность полигона ТБО; этап жизненного цикла полигона; влажность отходов; климатические факторы (температура, атмосферные осадки); инженерная инфраструктура полигона; предварительная обработка отходов.
Одним из приоритетных направлений деятельности в области обращения с отходами является уменьшение количества отходов. Для улучшения данной ситуации необходима: организация и проведение мониторинга отходов, организация учёта и контроля отходов, оценка опасности отходов, реализация мер административной ответственности за экологические нарушения при обращении с отходами.
Проектирование, строительство и эксплуатация полигонов ТБО регламентируется нормативными документами.
1.1. Нормативно-правовая база
Основу любой системы управления составляет и определяет алгоритм ее деятельности нормативно правовая база В случае обращения с отходами таким алгоритмом служит экологическое законодательство, которое осуществляется законами и иными нормативными и правовыми актами субъектов Российской Федерации. Основным документом, регламентирующим экозащитную деятельность, является Федеральный закон «Об охране окружающей природной среды», в развитие которого принят закон Российской Федерации «Об отходах производства и потребления».
В законе Российской Федерации «Об отходах производства и потребления» впервые сформулированы основные принципы государственной политики в области обращения с отходами, которые сводятся к: охране здоровья человека, поддержанию или восстановлению благоприятного состояния окружающей среды и сохранению биологического разнообразия, научно обоснованному сочетанию экологических и экономических интересов общества, использованию новейших научно-технических достижений в целях реализации малоотходных и безотходных технологий, комплексной переработке материально-сырьевых ресурсов в целях уменьшения количества отходов, использованию методов экономического регулирования деятельности в целях уменьшения количества отходов и во-
10
влечение их в хозяйственный оборот, доступу к информации в области обращения с отходами, международному сотрудничеству.
Правовое регулирование в сфере обращения с отходами осуществляется, как было отмечено выше, Федеральным законом «Об отходах производства и потребления», принятым в июле 1998 года, а также законами и иными нормативными, правовыми актами субъектов Российской Федерации.
Федеральным законом в качестве основных принципов государственной политики в области обращения с отходами, в частности, выделены:
- использование новейших научно-технических достижений в целях реализации малоотходных и безотходных технологий;
- комплексная переработка материально-сырьевых ресурсов в целях уменьшения количества отходов;
- использование методов экономического регулирования деятельности в области обращения с отходами в целях уменьшения количества отходов и вовлечения их в хозяйственный оборот.
В Федеральном законе «Об отходах производства и потребления» определены требования к проектированию, строительству, эксплуатации, регистрации, консервации и ликвидации предприятий, зданий, строений, сооружений и иных объектов, в процессе эксплуатации которых образуются отходы. Определено, что граждане, осуществляющие индивидуальную предпринимательскую деятельность и юридические лица обязаны, в частности: иметь техническую и технологическую документацию об использовании, обезвреживании образующихся отходов; разрабатывать проекты нормативов образования отходов и лимитов на их размещение в целях уменьшения количества их образования; внедрять малоотходные технологии на основе новейших научно-технических достижений; проводить инвентаризацию отходов и объектов их размещения.
Порядок сбора отходов на территориях городских и других поселений, предусматривающий их разделение по видам (пищевые отходы, цветные и чёрные металлы, текстиль, бумага и др.), определяется органами местного самоуправления и должен соответствовать экологическим, санитарным и иным требованиям в области охраны окружающей среды и здоровья человека.
Федеральные органы исполнительной власти и органы исполнительной власти субъектов Российской Федерации разрабатывают соответственно федеральные и региональные
11
целевые программы в целях планирования мер по уменьшению количества отходов, их использованию, обезвреживанию и размещению с учётом состояния окружающей природной среды, а также уровня социально - экономического развития территории. Так, в Свердловской области такой программой является долгосрочная программа «Экология и природные ресурсы Свердловской области», «Переработка техногенных образований в Свердловской области». Разработка и реализация комплексных планов по химической безопасности, связанной с загрязнением почв, благоустройству и озеленению населенных мест Свердловской области и выполнение постановлений Правительства Свердловской области: от 27.08.2003 г. № 533-ПП «О совершенствовании деятельности по обращению с бытовыми отходами», от 23.12.2003 г. № 834-ПП «Об обеспечении обезвреживания опасных отходов, размещенных на территории Свердловской области».
Федеральным законом в качестве основных принципов экономического регулирования в области обращения с отходами определено: уменьшение количества отходов и вовлечение их хозяйственный оборот, платность размещения отходов, экономическое стимулирование деятельности в области обращения с отходами.
Российская Федерация - огромная страна, объединяющая территории, отличающиеся природными, экономическими, социальными и экологическими условиями. В федеральных законах невозможно определить исчерпывающий набор конкретных норм, положений и требований, в равной степени отвечающих многообразию условий территории.
Решение проблемы обращения с отходами производства и потребления существенно осложнено несовершенством нормативной правовой базы, соответствующей современным социально-экономическим условиям.
1.2. Динамика накопления твердых бытовых отходов в Свердловской области
Серьезной проблемой для области, как и в прежние годы, остается складирование и переработка опасных промышленных и бытовых отходов, что обуславливает высокую техногенную нагрузку.
На территории Свердловской области на начало 2006 года накоплено более 8.3 млрд. промышленных и около 70 млн. м3 бытовых отходов. Образование ТБО по годам отражено на рис. 1.
12
1999 2QQQ 2001 2QQ2 2QQ3 2QQ4 2QQ5
рис. 1 Динамика образования ТБО в Свердловской области
Таблица 2
Виды хранилищ отходов производства и потребления
Вид хранилища %
Хранилища промышленных отходов 92,1%
Хранилища сельскохозяйственных отходов 1,1 %
Свалки бытовых и промбытовых отходов 6,4 %
Прочие типы хранилищ 0,4%
13
/ \ \ ¦ Хранилища промышленных отходов ¦ Сельскохозяйственные хранилища ? Свалки бытовых и промбытовых отходов ? Прочие типы хранилищ
рис. 2.
Объекты размещения отходов производства и потребления в Свердловской области
В природоохранных органах на начало 2006 года зарегистрировано около 1400 объектов размещения отходов, которые занимают площадь 18,4 тыс.га. По видам размещаемых в них отходов, хранилища подразделяются (таблица 2), а также представлены на рисунке 2.
Из разрешенных мест захоронения бытовых отходов только 38,6% соответствуют требованиям санитарных правил. В должное состояние за последнее время приведена 261 свалка, закрыто 133 объекта. На 100 полигонах ТБО организовано наблюдение за состоянием внешней среды (34,5%). 284 юридическим лицам - владельцам, предъявлены требования об организации мониторинга. Почти для половины населенных пунктов области (45,5%) разработана схема санитарной очистки.
Такое огромное количество разнообразных отходов порождает серьезные экологические проблемы. Складирование (депонирование) ТБО на свалках и полигонах является самым распространенным методом их обезвреживания.
14
Рис.3 Схема районирования Свердловской области по техногенной нагрузке
1.3 Морфологический состав ТБО
При выборе метода и технологии обезвреживания и последующей утилизации твёрдых бытовых отходов (ТБО) необходимо иметь полную информацию о морфологическом составе ТБО.
Содержание нестабильных органических веществ в ТБО зависит от их морфологического состава. ТБО определяются уровнем жизни населения, степенью благоустройства жилья, этническими особенностями и привычками населения. Состав и количество ком-
15
мости от времени года и в пространстве (в зависимости от широты местности, климата (табл. 4), а также подразделяется на следующие группы: биодеградирующие, инертные перерабатываемые (табл. 5).
Таблица 3
Морфологический состав твёрдых бытовых отходов (изменения во времени, по прошествии ряда лет)
Компоненты Отходов 1958-61 г. Свердловск 1970-75 г. Свердловск 1995-2000г. Екатеринбург
Бумага картон 9,0 27,5 28,1
Пищеотходы 2,0 36,2 37,4
Дерево 4,0 2,9 3,3
Металл 3,0 5,4 6,1
Текстиль 4,0 4,3 5,1
Кости 2,0 2,5 1,8
Камни 8,0 1,6 0,9
Стекло 3,0 7,6 8,9
Кожа, резина 0,5 3,9 2,3
Полимеры (плёнка) 0,5 U5 8,2
Уголь, шлак 10,0 1,1 0,4
Отсев менее 15 мм. 54,0 5,5 6,1
16
Таблица 4
Морфологический состав ТБО (в % по рабочей массе) (в зависимости отвремени года)
Компоненты Зима (январь) Весна (апрель) Лето (август) Осень (октябрь) Год
1 2 3 4 5 6
Бумага (картон) 21,9 (7,8) 22,8 (7,2) 22,9 (8,3) 19,5 (5,5) 21,8 (7,2)
Пищевые отходы 43,2 35,7 37,0 42,9 39,5
Древесина (кустарник,ветки) 3,3 (0,9) 6,1 (2,4) 5,5 (2,3) 4,4 (2,1) 4,8 (1,9)
Текстиль 4,7 4,5 3,8 3,6 4,2
Кожа, резина 0,9 2,3 1,8 1,7 1,7
Полимерые материалы (плёнка) 5,4 (4,3) 4,7 (2,6) 4,2 (2,5) 4,1 (2,2) 4,6 (2,9)
Кости 1,2 1,5 1,9 1,6 1,6
Металлолом (Чёрные металлы) 5,7 (1,2) 8,3 (2,2) 6,8 (1,4) 6,7 (1,0) 6,9 (1,4)
(Консервные банки) (4,0) (5,5) (4,9) (5,1) (4,9)
(Цветные металлы) 0,5 0,6 0,5 0,6 0,6
Стекло 5,5 6,8 9,2 9,1 7,7
Камни 1,3 1,1 0,6 0,5 0,9
Шлаки 0,5 0,5 0,3 0,3 0,4
Отсев 6,4 5,7 6,0 5,6 5,9
17 |
