До оцінки вплив полігонів твердих побутових відходів на підземні води

Студ. Миняйло Є.Е., канд. геол.-мін. наук ВИБОРІВ С.Г. (ДонНТУ)

Однією з актуального завдань сучасності є організація раціонального природокористування, включаючи використання та охорону підземних вод, які є одним з основних компонентів природного середовища. Підземні води є всенародним надбанням і найціннішим корисних копалин.

Полігони твердих побутових відходів (ТПВ) є небезпечними джерелами забруднення навколишнього середовища. Особливо ті з них, які не обладнані протифільтраційних екраном і експлуатуються без належної ізоляції інертним матеріалом і без необхідного ущільнення відходів. Таких полігонів в межах Донецькій області переважніше більшість. Екологічні та санітарно-гігієнічні проблеми у зв'язку з їх експлуатацією практично однакові - це негативний вплив на всі компоненти навколишнього середовища: атмосферне повітря, грунтово-грунти, поверхневі і підземні води, грунти підстави і водовмещающіе породи, рослинний і тваринний світ, населення прилеглих територій. Комплексність даного впливу виявляється також у те, що забруднення носить полікомпонентні характер, тобто в навколишнє середу з боку полігонів ТПВ різними шляхами надходять різні речовини дуже широкого спектра. Перелік компонентів-забруднювачів при цьому постійно збільшується у зв'язку з розширенням споживчих можливостей населення і розвитком технологій, що розширюють спектр вживаних речовин. Розміри ореолів і інтенсивність забруднення в їх межах визначаються, перш за все, технологією експлуатації полігону і ландшафтно-геохімічними умовами його розміщення.

Приведення полігонів твердих побутових відходів в екологічно безпечний стан є вельми актуальною задачею, яка повинна вирішуватися на основі аналізу всіх факторів негативного впливу з оцінкою його масштабу та інтенсивності. Одним з основних об'єктів цього впливу є підземні води прилеглих до полігонам територій.

Для оцінки та прогнозу якісного стану підземних вод територій розміщення полігонів ТПВ необхідно вивчення основних механізмів взаємодії складованих відходів з підземною гідросферою та визначення основних параметрів забруднених вод.

Під механізмом взаємодії складованих на полігонах побутових відходів та підземної гідросферою розуміється процес поступового заміщення природних вод водами антропогенного походження, тобто закономірний необоротне зміна їх макро-і мікрокомпонентного складу [1].

В ТПВ початку завжди в достатній кількості є вода, що обумовлене високою вологістю харчових відходів. Однак основна підживлення тіла відходів водою відбувається за рахунок атмосферних опадів. В результаті тиску вищерозміщених мас відходів, а також під дією гравітації, ця вода віджимається і в основі полігону формується своєрідний водоносний горизонт. Вода цього горизонту називається фільтратом, який є складною по хімічним складом напівпрозору рідина від жовтувато-бурого до темно-коричневого кольору з яскраво вираженим неприємним запахом біогазу - продукту розкладання харчових відходів.

Далі фільтраційний потік з боку полігону просувається крізь товщу водовмещающіх порід. Хімічно агресивні з явно вираженою кислотної реакцією (рН близько 6) води, потрапляючи у водоносні горизонти, порушують склалося рівновагу в системі вода - вміщає порода. При цьому під дією техногенних вод відбуваються інтенсивні епігенетичні перетворення водовмещающіх порід. Неминуче, хімічно агресивна вода призводить до зміни їх структурно-речовинних параметрів до тих пір, поки не буде досягнуто рівновага в системі розчин-порода. У результаті навколо вогнища забруднення формується ореол епігенетичного заміщення водовмещающіх порід, що має закономірне внутрішню будову. Породи, змінюючись під дією техногенезу, локалізують цей негативний процес в межах обмеженого простору, акумулюють великі обсяги забруднювачів, які складають мінеральну основу і визначають геохімічну спеціалізацію знову утворюються епіпород.

Таким чином, в цих обмінних процесах гірські породи виступають у ролі природного фільтри для води, яка при цьому очищується, стає по іонно-сольовому складом близькою до природного.

Якщо розглянути взаємодіючу систему вода-порода в напрямку від джерела, то можна встановити певну зональність, виражену в закономірною зміну іонно-сольового складу підземних вод. Навколо полігону ТПВ формується закономірно-просторовий ореол заміщення природних вод антропогенними. У межах ореолу впливу фіксується закономірна диференціація макро-і мікрокомпонентів підземних вод. Для кожної із зон характерний свій набір макро - і мікрокомпонентів.

Загальна спрямованість антропогенного заміщення зводитися до формування гідрохімічний зональності вод у напрямку від джерела: хлоридні магнієво - натрієві> гідрокарбонатно-хлоридні магнієво-натрієві> хлоридно-гідрокарбонатно-сульфатні магнієво-натрієві> гідрокарбонатно-сульфатні магнієво-натрієві> сульфатно-натрієві> гідрокарбонатно-сульфатні натрієво-кальцієві> гідрокарбонатні натрієво-кальцієві (відповідають прісним водам зони гіпергенеза). У цьому ж напрямі відзначається зниження рівня мінералізації в середньому від 8-9г/дм3 до 0,5-1,5 г/дм3. Тому представлена зональність повністю підпорядкована ступеня розчинності солей у воді. Найбільш розчинні хлориди натрію і магнію стійкі в розчинах з високим рівнем мінералізації, падіння якої сприяє розчинення содової складової (бікарбонату натрію), мірабіліту (сульфату натрію), гіпсу. Це основні мінерали, які відзначаються візуально і легко встановлюються хімічним аналізом в зонах епігенетичного заміщення порід зони аерації і водовмещающіх порід.

Гідрогеохімічні параметри техногенних вод визначаються набором макро-і мікрокомпонентів. При це макрокомпонентів визначають сольовий склад вод, до них відносяться речовини, змісту яких перевищують 10 мг/дм3, - це гідрокарбонати, сульфати, хлориди, рідше нітрати, фториди, фосфати, карбонати, а також іони кальцію, магнію, натрію, рідше заліза. Мікроелементи характеризують гідрогеохімічну спеціалізацію вод, їх концентрація не перевищує 10 мг/дм3. Цей поділ умовно, проте має під собою певне обгрунтування. Зміст макрокомпонентів у воді більш стійко. Воно має відносно рівномірний розподіл у межах водоносного горизонту. Їх концентрації змінюються поступово. Розподіл мікроелементів у межах водоносних горизонтів носить нерівномірний дискретний характер. Високі концентрації на незначній відстані змінюються низькими, з різницею в 100 і більше разів. Незважаючи на це, мікрокомпоненти закономірно локалізуються в межах епігенетичні ореолів, концентруючись в певних зонах [2].

Це обумовлено тим фактором, що по відношенню до будь-якого природного чи техногенного процесу заміщення всі макро-і мікрокомпоненти поділяються на:

-- головні, які контролюють осередки забруднення, вміст яких в межах аномальних ділянок перевищують гранично допустимі концентрації (ГДК);

-- другорядні, супутні елементи, утримання яких не перевищують ГДК, однак зазначається їх привносить в аномальну зону по відношенню до геохімічному фону. Концентрація даних елементів зростає зі збільшенням вмісту головних елементів - забруднювачів;

-- нейтральні, інертні елементи, концентрація яких не змінюється в процесі забруднення, тобто залишається в межах фону;

-- деконцентрірующіеся елементи, які відчувають винос із ореолів забруднення під дією техногенних факторів. Вони можуть формувати на периферії основного ореолу забруднення вторинні ореоли або розташовуватися в його зовнішніх зонах [2]. Існує закономірність: чим масштабніше і повніше виявлений процес заміщення, тим виразніше спостерігається диференціація елементів, і тим більше, чіткіше виділяються елементи вище представлених груп.

Типовим представником більшості полігонів ТПВ є звалище в Орджонікідзевському районі м. Маріуполя, розташована на лівому березі р.. Кальміус.

Підземні води в районі цієї звалища ТПВ укладені в різних літолого-стратиграфічних горизонтах, утворюючи безнапірний комплекс водоносних порід, що характеризується неоднорідною проникністю в різних місцях, єдиної рівної поверхнею, напрямком руху підземного потоку і т.д. Комплекс є незахищеним від хімічного і мікробного забруднення внаслідок відсутності в покрівлі непроникних порід, а також малої величини зони аерації.

рівної режим водоносного комплексу відчуває техногенний вплив звалища:

-- нерівності рельєфу, що утворюються в процесі відсипання відходів, велика кількість замкнутих знижень сприяють застою атмосферних опадів, утрудняють поверхневий стік і тим сприяють додатковому харчуванню грунтово-техногенних вод;

-- висока пористість відходів сприяє інтенсивному просочування опадів, талих вод, що також збільшує додаткове харчування підземних вод і викликає підвищення їх рівної поверхні;

-- висока вологість відходів, складованих на звалищі, сприяє поповненню підземних вод за рахунок вологи, що утворюється при ущільненні відходів і просочується під дією сили тяжіння.

Таким чином, рівень режим горизонту залежить від багатьох факторів, в основному -- техногенного характеру. Режим горизонту порушений. Води, просочуються через тіло звалища, утворюють фільтрат, що характеризується специфічним складом і властивостями, який, змішуючись з водоносним горизонтом забруднює останній. Місцями (в локальних пониженнях тіла звалища і на лівому березі р.Кальміус) фільтрат виклінівается на земну поверхню у вигляді мочажін, джерел і змішується з поверхневими водами.

залучений в процес забруднення спектр макро-і мікрокомпонентів досить широкий. У процесі техногенезу відбувається закономірна диференціація компонентів-забруднювачів, їх перенесення і локалізація. Утворюється в підставі звалища фільтрат, як вихідний інтенсивно забруднений субстрат в процесі інфільтрації змішується з грунтовими водами, постійно очищується, фільтруючи крізь товщу водовмещающіх порід, забруднюючи і перетворюючи їх первинний склад, розбавляється природними грунтовими водами алювіально горизонту. У місцях виходу на поверхню ці забруднені води утворюють невеликі ділянки інтенсивного забруднення грунтів, і далі стікають в р. Кальміус.

В річці відбувається подальша диференціація макро-і мікрокомпонентів при змішуванні різних за фізико-хімічними, головним чином окислювально-відновних, параметрам вод. Забруднені фільтратом води з відновної, глейовими, а місцями і сірководневої обстановки потрапляють на поверхню в умови надлишку кисню. Відбуваються окислювальні процеси, супроводжуються випаданням в осад переважно коллоідообразующіх частинок, представленими в основному гідроксиди Fe, спільно з якими відбувається відкладення великої групи макро-і мікрокомпонентів, закономірно зонально по відношенню до джерела забруднення концентруються в донних відкладеннях. При цьому рівень забруднення річкової води значно знижується.

Забруднення грунтових вод просувається відповідно до напряму їх руху. У процесі просування ореолу забруднення грунтових вод відбувається розширення ореолу епігенетичного зміни водовмещающіх порід, при якому змінюються не тільки їх мінералого-геохімічні, а й фізико-механічні параметри, що несе небезпеку для стійкості різних комунікацій, будівель і споруд.

Характер і висока інтенсивність процесу забруднення підтверджується аналізом кореляційних зв'язків між гідрохімічними параметрами усіх випробуваних типів поверхневих вод прилеглої до звалища ТПВ території. Серед них чітко виділяється три однорідних типу вод:

1. Води, виразно забруднені фільтратом, між гідрогеохімічних параметрами яких встановлюється жорстка позитивна кореляційна зв'язок з імовірністю, близькою до 100%. Тут відзначається високий рівень сумарного забруднення. Виразно встановлюються аномальні концентрації для широкого спектру макро-і мікрокомпонентів.

2. Води, без зовнішніх ознак забруднення фільтратом. Вони мають достатньо близькі гідрохімічні параметри по відношенню до проб 1-ї групи. Однак відрізняються низьким рівнем концентрації макро-і мікрокомпонентів і значно меншим ступенем забруднення.

3. Поверхневі води р.. Кальміус, в які безпосередньо потрапляє фільтрат. Їх гідрохімічні параметри різко відрізняються від перших двох груп, тобто забруднені фільтратом води, змішуючись з поверхневими водами, різко змінюють свій хімічний склад. При цьому збільшується рівень забруднення вихідних поверхневих вод, а гідрохімічні параметри різко змінюються. Даний тип води характеризується перехідним нерівноважних станом. При віддаленні від джерела забруднення вода приходить у фізико-хімічну рівновагу і відповідає воді другої групи.

Характерними компонентами для вод першої та другої груп є хлориди, сульфати, залізо, марганець, селен, нікель, ртуть, свинець, натрій, фосфати, СПАР, алюміній, що веде до підвищення в значній мірі показників мінералізації і жорсткості. У тисячі разів тут перевищуються граничні концентрації фенолів. За аніоном складу забруднені фільтратом води є сульфатно-хлоридні або хлоридно-сульфатними. Залізо є переважаючим катіоном, заміщує натрій.

З водами третьої групи пов'язаний наступний спектр елементів: сульфати, натрій, фтор, СПАР, нафтопродукти, Fe, Mn, Ni, Bi, Ge, Zr, Sr. Максимальні концентрації відзначаються для Fe, концентрація якого в забруднених фільтратом водах перевищує ГДК в 3500 разів.

Забруднення наражаються також підземні води переважно алювіально водоносного горизонту. У свердловинах, що розкрила даний горизонт, в районі дренажної канави до північний схід від автодороги відзначається надзвичайно високий рівень сумарного забруднення. Тут відзначається перевищення ГДК для: мінералізації до 12,2 разів; Na до 1,6 разів; Cl-до 7,4 разів; SO42-до 5,8 разів; жорсткості до 5,3 разів; Fe до 1566,3 разів; Mn до 4,6 разів; Al до 3,2 разів; F до 2,5 разів; NH4 до 1,1 разів; Cd до 7 разів; Pb до 5,2 разів; Hg до 1,8 разів; Ni до 3,5 разів; Bi до 1,8 разів; Se до 3,7 разів; фосфатів до 1,12 разів.

На території, що прилягає до полігона ТПВ, виділена послідовна зміна типів підземних вод за аніоном складу (в напрямку від звалища): хлоридні, сульфатно-хлоридні і хлоридно-сульфатні води. За катіонного складу спостерігається таке послідовне заміщення: залізисті, натрієві, кальцієво-магнієві води.

Таким чином, основним джерелом забруднення поверхневих і підземних вод досліджуваного району є фільтрат, що утворюється в підставі звалища ТПВ. Тому для попередження його освіти у великих обсягах необхідно виробляти регулярне ущільнення і ізоляцію суглинками поверхні тіла відходів. При організації полігонів ТПВ необхідно передбачати гідроізоляцію їх підстави і систему відведення, збору та знезараження фільтрату. На діючих звалищах та полігонах необхідно в якості першочергових заходів організувати перехоплення фільтратом забруднених вод, їх збір та знезараження.

Реалізація цих заходів знизить рівень негативного впливу звалищ і полігонів ТПВ на водне середовище прилеглих територій. Однак при цьому збережеться ореол епігенетичного заміщення, який тривалий час буде служити вторинним джерелом забруднення вод.

Список літератури

1. Виборів С.Г., Лаврушко А.С., Рудченко Е.А., Міняйло Є.Е. Гідрогеохімічні виявлену ореолів техногенного заміщення підземних вод у зв'язку з Ларинська полігоном ТПВ м. Донецька// Науковi працi ДонНТУ, сер. Гiрничо-геологiчна, вип. 6 (125). 2007. С. 163-169.

2. Виборів С.Г., Павелко А.І., Щукін В.М. Епігенетичні зміни водовмещающіх порід під дієютехногенних факторів// Науковi працi ДонНТУ, сер. Гiрничо-геологiчна, вип. 81. 2004. С. 56-61.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://masters.donntu.edu.ua