— проблема народонаселения;
— изменение состава атмосферы и климата;
— изменения состояния водных систем;
— истощение природных ресурсов;
— мусорное захламление природных сред.
По мнению многих учёных наиболее остро в последние годы перед человечеством стала проблема мусорных экскретов — мусора, отходов и отбросов, а также газообразных и жидких выбросов в буквальном смысле заваливших людей отходами его хозяйственной деятельности.
Мусорные экскреты отравляют и захламляют землю и грунты, плавают и оседают на дне водных объектов, переполняют свалки и мусорные полигоны, дестабилизируют работу космической техники на борту искусственных спутников Земли и международных космических станций.
В этом разделе книги обсуждаются вопросы негативного влияния мусорных экскретов на природные среды и социальное благополучие людей.3.1. Мусорные экскреты губят земли и грунты
Организованные и стихийные мусорные свалки являются неотъемлемыми атрибутами любого человеческого сообщества независимо от его географической принадлежности или степени развития. В некотором смысле мусорные свалки — это «метка», позволяющая сразу определить время действия и эпоху конкретного события. Между тем, свалки, помойки и мусорки, которые каждый старается обойти стороной, неприятны не только запахом гниения и неприглядным видом, но и могут принести вред здоровью и необратимо воздействовать на землю, выводя её из хозяйственного оборота.
Разлагающиеся мусорные экскреты свалок представляют собой эпидемиологическую опасность, захламляют и загрязняют природные среды. Суть такой ситуации в том, что органические отходы, не имеющие доступа воздуха, выделяют биогаз. Кроме того, что газ взрывоопасен, он ещё негативно воздействует на здоровье человека, животных и отравляет природу, включая флору, воздушные массы и водоёмы. В состав биогаза входит метан, давно объявленный одним из виновников разрушения озонового слоя планеты и других бед, которые могут повлечь за собой катастрофические изменения на Земле.
Вообще, мусор свалок — это источник попадания в атмосферу множества токсичных химических соединений, вредящих живым организмам биосферы. Случается и так, что свалки горят и тлеют, и ядовитый дым распространяется на многие километры, что влечёт за собой отнюдь не радужные последствия.
Кроме того, свалки бездарно губят землю. Полигоны для складирования мусора нуждаются в огромных площадях, а территорий не хватает подчас для сооружения других, не менее важных объектов. Что касается так называемых «полигонов для утилизации ТБО», то для их технологического обустройства и нормального функционирования приходится тратить внушительные средства. При закрытии полигона после исчерпания его ресурса свозить на него мусор больше не представляется возможным, он закрывается и объявляется закрытым, требующим рекультивации.
Рекультивация подразумевает под собой проведение целого комплекса мер для блокирования негативного влияния процессов, происходящих в почве, среди которых имеется и воздействие на почвенный состав земли, и на подземные воды. Для того чтобы рекультивировать всего один гектар мусорного полигона, требуется потратить около шести млн. рублей.
Рассмотрим особенности негативных воздействий на природу санкционированных свалок или мусорных полигонов. Анализ мирового опыта в области исследований процессов, происходящих в массиве свалочного мусора показал, что санитарный полигон является сложной антропогенно-геологической системой, и его жизненный цикл, то есть время существования вредного (или потенциально вредного) воздействия на окружающую среду, измеряется в геологическом времени. Так, по данным исследований P. Baccini, для полной стабилизации массива ТБО в условиях санитарного полигона и полной ассимиляции его окружающей средой, необходимы временные интервалы, измеряемые несколькими сотнями лет [78].
Существование потенциально вредного воздействия санитарного полигона на окружающую среду неизменно связано с образованием в его теле фильтрационных (отжимных) вод — фильтрата полигона. Фильтрат — это водный раствор, образующийся при контакте складированных в массиве экскретов с любой влагой. Фильтрат содержит ряд токсичных химических соединений, выщелачиваемых из тела свалки, а также выделяющихся при биологическом разложении органических фракций в нём. Таким образом, знание качественного состава фильтрата во многом определяет правильность выбора тех или иных проектных, эксплуатационных, административных и других решений в области проектирования, строительства и эксплуатации полигонов захоронения ТБО.
Для практического исследования химического состава фильтрата и процессов его изменения были исследованы пробы, взятые из массива мусора 4-х различных свалок, расположенных на территории Пермской области:
— свалка ТБО п. Полазна [79];
— свалка ТБО д. Страшная гора [80];
— городская свалка г. Перми "Софроны";
— закрытая городская свалка г. Перми "Голый мыс" [81].
Химические анализы отобранных проб фильтрата выполнялись с использованием современных методов исследования (атомно-абсорбционного, фотометрического, спектрофотометрического и др.). Анализировались следующие компоненты: кислотность фильтрата pH, сухой остаток, ионы сульфатов, хлориды, нитраты, нитриты аммония, калия и натрия, кальций, магний, железо, свинец, кадмий, медь, никель, хром, марганец, цинк.
Полученные данные химического анализа были классифицированы в зависимости от стадии биологической деструкции экскретов, в которой находится каждая конкретная свалка в данный момент (молодой и старый фильтрат). Был проведён анализ полученных экспериментальных данных, показавший индивидуальность состава фильтрата конкретного полигона. Оказалось, что фильтрат является индивидуальным в каждом случае и определяется процессами, происходящими в теле полигона, которые зависят от нескольких факторов. Основные из них:
— первоначальный состав ТБО;
— время нахождения ТБО в массиве мусора;
— температура в массиве мусора;
— количество свободного кислорода;
— количество свободной влаги.
Однако наблюдалась и некоторая общая зависимость состава фильтрата от времени нахождения ТБО в массиве свалки.
Авторами научных исследований при изучении состава фильтрата было отмечено, что через пять лет после начала складирования мусора минерализация фильтрата достигает максимального значения, а потом постепенно снижается [82]. На Рис. 3.1.1. представлена общая схема изменения качественного состава фильтрата во времени, построенная на основании изучения исследований свойств фильтрата реальных полигонов, проводимых различными авторами [101–103].
Рис. 3.1.1. Качественное изменение состава фильтрата свалки во времени
Было установлено, что наибольшее количество загрязняющих веществ в теле свалки приходится на период кислой фазы, характеризуемый значениями pH = 4,5÷ 7,5 и продолжающийся первые 5÷7 лет. По данным исследований P. Baccini [78] и Christensen & Kjeldsen [84] период стабильной генерации метана, т. е. метановой фазы продолжается на протяжении 20 ÷ 40 лет.
После фазы стабильной генерации метана наступает период пассивной стабилизации массива экскретов, на протяжении которого наблюдаются незначительные флуктуации концентраций загрязняющих веществ в составе фильтрата. Содержание концентраций неорганических соединений (Fe, Ca, Mg, Mn, Zn, Sr) показало снижение во времени. Его связывают с изменением показателя pH.
Исследования на полигонах, срок эксплуатации которых больше 15 лет, показали, что такие параметры, как электропроводность, концентрации NH4-N, орг. Cl, K, Na, незначительно увеличивались [83].Таблица № 3.1.1. Физико-химические процессы в теле мусорного полигона для разных фаз его развития
Практически по всем химическим соединениям наблюдалось превышение ПДК в воде водоёмов рыбохозяйственного назначения (от нескольких единиц до нескольких сотен и тысяч раз), что говорит о его высокой опасности для объектов окружающей среды и необходимости организации контролируемого сбора и очистки фильтрата. Результаты натурных исследований представлены в Таблице 3.1.1. Практические данные, полученные с различных свалок Пермской области представлены достаточно "пёстрым" составом, однако, в целом, соответствуют теории изменения состава фильтрата во времени [85].
Так, наблюдается значительное снижение концентраций компонентов по целому ряду соединений при переходе от "молодого" к "старому" фильтрату (ХПК, ионы сульфатов, хлоридов, кальция, магния, марганца).Таблица 3.1.2. Химический состав фильтрата исследованных свалок Пермской области
По некоторым соединениям, входящим в состав фильтрата, между практическими данными четырёх полигонов Пермской области и усреднёнными данными полигонов Германии и Швеции наблюдается хорошее соответствие.
Как было указано выше, одним из проявлений геохимической аномалии полигонов мусора является образование биогаза (свалочного газа). Гниение мусора происходит под воздействием бактерий: асидогенов и метаногенов. Первые производят первичное разложение мусора на летучие жирные кислоты, а вторые перерабатывают эти летучие жирные кислоты в метан CH4 и диоксид углерода CO2. В результате образуется свалочный газ, состоящий из примерно 50 % метана CH4 и 50 % CO2, включая небольшие примеси H2S и органических веществ.
Геохимические аномалии свалок и полигонов ТБО проявляются следующими негативными последствиями:
— в свалочном грунте накапливаются в опасных концентрациях соединения тяжёлых металлов;
— грунты свалок обладают аномальными геофизическими характеристиками;
— в свалочном грунте образуется токсичная газовая смесь (биогаз).
Концентрации химических элементов в теле свалки, а значит и её опасность для живых организмов зависят от времени её эксплуатации. Наиболее отрицательно на окружающую среду влияет свалка после 3÷4 лет от начала эксплуатации и впервые 15