Оценка воздействия полигонов захоронения ТБО на подземные воды

Одной из крупных нерешенных экологических и социальных проблем урбанизированных территорий является снижение негативного воздействия полигонов захоронения и свалок твердых бытовых отходов (ТБО) на объекты гидросферы, обусловленного фильтрационными водами.

К твердым бытовым отходам относятся отходы коммунально-бытового хозяйства, торговых предприятий, медицинских и образовательных учреждений, муниципальных служб. 

В городах и поселках РФ объем твердых бытовых отходов составляет 150 млн. м³ (30 млн. т) в год. 

В мировой практике известно более двадцати основных 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 на мусоросортировочных 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%. 

Динамика внедрения различных методов переработки бытовых отходов в разных странах показывает, что за последние двадцать лет объем ТБО, направляемых на полигоны, уменьшился примерно на 10-15%. 

Однако, с учетом сравнительно невысоких капитальных и эксплутационных затрат полигоны будут оставаться самым распространенным методом утилизации отходов ближайшие 10-15 лет. Захоронение на полигонах, кроме того, остается необходимым методом для отходов, не поддающихся вторичной переработке, несгорающих или сгорающих с выделением токсичных веществ. 

Полигоны складирования ТБО являются объектами высокого экологического риска загрязнения окружающей природной среды. 

Основным фактором, определяющим негативное воздействие полигонов захоронения ТБО, является инфильтрация в пределах площади складирования отходов отжимной воды, выделяющейся из свалочного тела в процессе складирования, уплотнения и разложения отходов – свалочного фильтрата. На протяжении жизненного цикла полигона ТБО фильтрат является постоянным источником загрязнения подземных вод. 

Проектирование, строительство и эксплуатация полигонов ТБО регламентируется нормативными документами. Конструктивные решения оснований полигонов зависят от климатических и гидрогеологических условий. 

Для предотвращения проникновения свалочного фильтрата в подземные воды предусматривается устройство: 

• противофильтрационного экрана в основании полигона из водоупорных материалов – естественных (глины, суглинки) и искусственные (пленочные покрытия, продуктов отходов нефтехимической промышленности, использование слабопроницаемых почвенных экранов, покрытых геомембраной); 
• системой дренажа и сбора фильтрата в основании полигона; 
• системой дренажа для отвода поверхностного стока с прилегающих территорий; 
• системой откачки и очистки свалочного фильтрата.

Несмотря на соблюдение всех регламентируемых мероприятий при проектировании, строительстве и эксплуатации полигонов захоронения ТБО, направленных на предотвращение загрязнения подземных вод, происходит просачивание свалочного фильтрата через основание полигона: 

• глинистые экраны не дают полную защиту подземных вод от эмиссии растворенных веществ в составе фильтрата; 
• при воздействии на экран сильных кислот и оснований, ряда неорганических жидкостей коэффициент фильтрации значительно увеличивается во времени, что необходимо учитывать при конструировании экранов; 
• наличие зон дефекта геомембран как компонента сложного противофильтрационного экрана, связанные с возникновением проколов, царапин, трещин и плохо сваренных швов, из-за возраста, от воздействия внешних элементов (химикаты, кислород, микроорганизмы, температура, излучения высокой энергии и механического воздействия). 

Следовательно, в оценку воздействия проектируемого полигона захоронения ТБО на окружающую среду, а также действующих, реконструируемых свалок должны входить следующие составляющие элементы: 

• прогноз качества фильтрационных вод; 
• прогноз образования объема фильтрата с учетом трансформации поверхностного стока и неравномерности его распределения в течение года; 
• прогноз переноса загрязняющих веществ к уровню грунтовых вод; 
• прогноз распространения загрязняющих веществ в водоносном горизонте. 

По данным многочисленных исследований, проведенных зарубежными и российскими учеными, химический и микробиологический состав фильтрата полигонов и их объем 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. 

В связи с многообразием факторов, влияющих на концентрацию и состав неорганических и органических примесей в фильтрате, прогнозирование химического состава фильтрационных вод является достаточно сложной задачей и в настоящее время не существует единого подхода к прогнозным оценкам состава фильтрата, многие модели находятся на стадии разработки. 

Для прогнозирования химического состава образующегося фильтрата полигонов захоронения ТБО необходимо использовать статистические данные, собранные из литературных источников, а также приведенных характеристик фильтратов для действующих полигонов. 

Свалочный фильтрат представляет собой минерализованный раствор с общим солесодержанием до 14-17 г/дм³. В его составе содержание ряда веществ существенно превышает требования СанПиН 2.1.4.10-01. В частности, содержание сульфатов достигает 6,7 ПДК, общего железа – 1700 ПДК, хлора – 12,3 ПДК, нитратов – 1,3 ПДК, ионов марганца, цинка, свинца, кадмия, никеля, хрома+3, аммония соответственно 128, 102, 16,7, 500, 11,2, 10,4 и 230,5 ПДК. 

Расчет объема образования фильтрата возможен на основе водного баланса полигона. 

Для оценки и прогноза объемов образования фильтрационных вод может быть использована модель разработанная Агентством по охране окружающей среды США «Hydrologic Evaluation of Landfill Performance» (HELP). Данная модель в качестве составляющих водного баланса полигона учитывает атмосферные осадки (в том числе, накопление снега на поверхности и его таяние), испарение, циркуляцию воды в теле полигона (вертикальная фильтрация, горизонтальный дренаж, отдача-поглощение влаги отходами) и поверхностный сток. В качестве выходных данных эта модель выдает значения (по дням, месяцам, годам и средние): суммарного испарения; поверхностного стока, объем вод, инфильтрующихся через изолирующие слои и т.д. 

Поступление в водоносные горизонты фильтрата на площади полигонов ТБО с последующей миграцией веществ может приводить к негативной трансформации качества подземных вод на значительных территориях. 

ХаритоноваН.В., КорнилаевЕ.М.
Сб. докладов 4-ого Международного конгресса по управлению отходами, 2005