Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Экологическая геология

Подождите немного. Документ загружается.

Обычная практика, несмотря на суровые требования законов по охране окру-

жающей среды, ориентирована, прежде всего, на удобство выбранного участка

с технической точки зрения и дешевизну захоронения отходов. Однако, с разум-

ных позиций приоритетным в вопросе захоронения отходов должны быть экологи-

ческие факторы, т.е. минимизация вредного воздействия от захоронения отходов.

Хотя такой подход неизбежно приводит к увеличению стоимости удаления отхо-

дов, с течением времени он окупается сторицей. Естественно, идеальным является

использование всех возможностей по изоляции отходов, но это зачастую оказыва-

ется экономически невыполнимым, поэтому в реальном случае должно принима-

ться компромиссное решение между "наиболее экономичным" и "наиболее эколо-

гичным" вариантами размещения отходов, на основе комплексного анализа всех

вышеперечисленных факторов.

Оптимальным, с методологических позиций, является проведение анализа,

в котором сопоставляются альтернативные варианты организации захоронений

(полигонов) отходов, сравниваются возможный экологический и социальный

ущерб и стоимость мероприятий по обеспечению надежной изоляции отходов.

Обычно сравнивается четыре-пять

вариантов

по соотношению

ущерба

и затрат,

в том числе "нулевой" (не предусмотрена никакая защита, именно здесь

ведущее

место занимает ресурс геологического пространства) и наиболее надежный (пре-

дусмотрены все возможные меры защиты), а также варианты другого территори-

ального расположения полигона и ряд других "промежуточных".

Виды и объемы отходов и их влияние на ресурсный потенциал геологиче-

ского пространства и его качество. Многообразие отходов деятельности челове-

ческого сообщества иллюстрирует рис.

16.

Эти отходы занимают огромные пло-

щади. Только в России суммарная их площадь, по данным В.И.Данилова-Данилья-

на (1997), составляет более 500 тыс. га, а негативное воздействие отходов на окру-

жающую среду проявляется на территории, в

10-15

раз превышающей указанную

площадь. Большинство отходов активно взаимодействуют с окружающей средой

(литосферой, атмосферой, гидросферой и биосферой). Продолжительность "аг-

рессивного" (активного) существования отходов зависит от их состава. При хране-

нии все отходы претерпевают изменения, обусловленные как внутренними физи-

ко-химическими процессами, так и влиянием внешних условий. В результате это-

го на полигонах хранения и захоронения отходов могут образоваться новые эколо-

гически опасные вещества, которые при проникновении в литосферу будут пред-

ставлять серьезную угрозу для биоты.

Города - самые крупные производители отходов. Статистические данные по-

казывают, что в условиях современной технологии при более высоком уровне эко-

номического развития страны в ее границах образуется и большее количество от-

ходов в расчете на душу населения. Средняя норма накопления мусора в развитых

странах колеблется от 150-170 (Польша) до

700-1100

кг/чел,

в год (США). В СССР

1992

г. этот показатель равнялся 350

кг/чел,

в год. В Москве ежегодно образуется

2,5 млн т твердых бытовых отходов (ТБО), а средняя норма "производства" ТБО

на одного человека в год достигает примерно 1 м

по объему и 200 кг по массе (для

121

крупных городов рекомендуется норматив

1,07

/чел.

в год). Во Франции ежегод-

но образуется 26 млн т бытовых отходов, в Италии - около

млн т, в Германии -

28 млн т. Твердые бытовые отходы чрезвычайно разнородны по составу: пищевые

остатки, бумага, металлолом, резина, стекло, древесина, ткань,

синтетические

и другие вещества. Пищевые остатки привлекают птиц, грызунов, крупных жи-

вотных, трупы которых являются источником бактерий и вирусов. Атмосферные

осадки, солнечная радиация и выделение тепла в связи с поверхностными и под-

земными пожарами способствуют протеканию на полигонах ТБО разнообразных,

часто не предсказуемых физико-химических и биохимических процессов, продук-

тами которых являются многочисленные токсичные для биоты химические соеди-

нения в жидком, твердом и газообразном состояниях.

Среднесуточные объемы сточных вод в Москве составляют около 6,3 млн

/сут

в том числе бытовых сточных - 4,6 млн

/сут.

Несмотря на строительство очист-

ных сооружений, требующих отчуждения значительных площадей, снижение не-

гативного воздействия таких сточных вод на окружающую среду продолжает

оставаться важной проблемой всех урбанизированных территорий. Особая опас-

ность в этом случае связана с бактериальным загрязнением геологического про-

странства, которое не только снижает его ресурсный потенциал, но и может вы-

звать вспышки эпидемических заболеваний в прилегающих селитебных зонах.

Количество промышленных отходов в развитых странах в 2-3 раза превышает

по массе бытовой мусор. Размещение свалок бытовых и промышленных отбросов

существенно меняет строение поверхностных отложений в городах и на их окраи-

нах. Сегодня в среднем на каждого жителя планеты в год добывается около 20 т сы-

122

рья, которое перерабатывается в продукты потребления и примерно до 90-98%,

по данным В.А.Харченко (1995), идет в отходы. Во Франции и Италии ежегодно

образуется около 50 млн т промышленных отходов, в Германии - до 370 млн т,

в том числе 250 млн т строительного мусора, 50 млн т коммунальных осветленных

шламов. Промышленные отходы, как и ТБО, разнообразны по химическому соста-

ву (см. рис. 16).

Добыча твердых полезных ископаемых (уголь, горючие сланцы, фосфориты,

соли, руды металлов и радиоактивных элементов, гипс, глинистое и цементное сы-

рье) вызывает как нарушение сложившихся гидродинамических, геохимических

условий, так и перемещение, складирование огромных масс горных пород, содер-

жащих многие токсичные химические элементы и соединения. Примерами могут

служить терриконы угольных шахт, отвалы вблизи карьеров при наземной добыче

сульфидных руд. Эти терриконы и отвалы подвергаются интенсивной физико-хи-

мической обработке под воздействием многочисленных природных факторов и яв-

ляются крупными источниками комплексного загрязнения окружающей среды.

На территории России ежегодно накапливается 3,5 млрд т техногенных отхо-

дов. Их основными производителями являются предприятия угледобывающей

и углеперерабатывающей отраслей промышленности, черной и цветной метал-

лургии, промышленности по производству минеральных удобрений и строитель-

ных материалов. Основную массу горно-промышленных отходов (около 95%) со-

ставляют вскрышные, вмещающие породы и отходы обогащения. Около 2% со-

ставляют металлургические шлаки и столько же золы и шлаки тепловых электро-

станций, менее 1% составляют фосфогипсы и электротермофосфорные шлаки.

Наибольшее количество вскрышных, вмещающих пород и отходов обогаще-

ния (около 40%) накапливается на предприятиях угольной промышленности, где

сочетаются большие объемы добычи и высокая доля открытых разработок. Осо-

бенно велики объемы вынимаемых из недр вскрышных пород в Кузбассе, Красно-

ярском крае, Амурской области. Второе место по количеству отходов (около 30%)

занимает черная металлургия. Основной объем базируется на железорудных карь-

ерах Курской магнитной аномалии, Урала. В цветной металлургии в связи с тем,

что преобладает подземная добыча, выход отходов меньше (около 12%). На гор-

но-добывающих предприятиях остальных отраслей суммарный годовой выход

вскрышных пород и отходов обогащения составляет около 15% от общей суммы

горно-промышленных отходов.

Среди промышленных отходов значительную часть составляют токсичные,

в частности, отходы химического, радиохимического и атомно-энергетического

производства, требующие особо тщательной изоляции от биосферы; ресурсы гео-

логического пространства под размещение таких объектов особенно ограничены.

Таких отходов на территории Российской Федерации на начало

1996

г. накоплено

в хранилищах, на складах, могильниках, полигонах, свалках 1 405 млн т, при еже-

годных темпах накопления порядка 90 млн т. Объемы сельскохозяйственных отхо-

дов также огромны. Например, только в Италии их ежегодный объем - свыше

100

млн т. Отходы сельскохозяйственного производства - навозохранилища,

123

оставшиеся на полях остатки ядохимикатов, химических удобрений, пестицидов,

а также не обустроенные кладбища животных, погибших в период эпидемий. Хотя

эти отходы имеют "точечный" характер, их большое количество и высокая концен-

трация в них токсичных веществ могут оказать заметное отрицательное воздей-

ствие на окружающую среду.

Несмотря на то, что

обобщенные

мировые данные по площадям и ценности

отчуждаемых под отходохранение земель в настоящее время не существуют, объ-

емы отходов говорят сами за себя. Очевидно, что такое количество вещества зани-

мает огромные площади, сокращая общие ресурсы геологического пространства.

Поэтому проблема ресурсов

геологического

пространства для размещения от-

ходов всех видов, даже в нашей территориально богатой стране, стоит достаточно

остро, особенно вблизи городских агломераций, горно-добывающих и горно-обо-

гатительных предприятий. При этом следует ясно представлять, что в качестве

изымаемых ресурсов геологического пространства для захоронения отходов необ-

ходимо рассматривать не только территорию, которую предполагается непо-

средственно занять отходами, но

прилегающую зону, на которой будет в тече-

ние того или иного срока ощущаться негативное влияние складирования или захо-

ронения этих отходов, т.е. всю территорию, общий ресурсный потенциал

каче-

ство которой будут в той или иной степени нарушены предполагаемым размеще-

нием отходов.

Ущерб ресурсному потенциалу верхних горизонтов литосферы носит двоякий

характер. С одной стороны, это эстетическое "обеднение" территории, прилега-

ющей к месту расположения отходов, особенно в случае поверхностного складиро-

вания: мало кому понравится наблюдать романтический пейзаж свалки-гиганта

из окна квартиры или офиса. Радиус

подобного эстетического воздей-

ствия определяется удаленностью

мест складирования от населенных

пунктов и зон отдыха, рельефом и за-

лесенностью

местности, а также

этажностью близлежащей жилой за-

стройки. Это воздействие сравни-

тельно легко устранимо в процессе

рекультивации.

С другой стороны - это загряз-

нение, распространяющееся от мес-

та размещения бытовых отходов на

значительное расстояние (табл. 31)

и оказывающее негативное влияние

на здоровье людей, а также вызыва-

ющее изменение существующих

биоценозов (рис. 17). Загрязненные

территории обладают пониженным

124

ресурсным потенциалом как в плане расселения и комфортности проживания био-

ты, так и в плане их хозяйственного освоения.

При оценке качества ресурса геологического пространства следует учиты-

вать, что в толще бытовых отходов образуется высокоминерализованный филь-

трат. Концентрация некоторых компонентов в распространяющемся фильтрате

может достигать величин более

100

ПДК

и более 1000 от местных фоновых значе-

ний. Растекание фильтрата приводит к загрязнению почв, растительности, по тро-

фическим цепям загрязнение может попадать в пищу. Загрязнение почвенно-рас-

тительного покрова на полигонах хранения и захоронения твердых и опасных от-

ходов связано с усвоением почвами и растениями загрязняющих веществ, мигри-

рующих от этих источников в латеральном и вертикальном направлениях. Почва

представляет собой контрастный геохимический барьер, на котором накапливают-

ся тяжелые металлы, радионуклиды, пестициды и многие другие опасные загряз-

нители. Гумусовое вещество и микроорганизмы в почвах вызывают их трансфор-

мацию, образование высокотоксичных соединений типа метилртути, алкила свин-

ца. Радиус ореола негативного воздействия на почвенно-растительный покров

крупных свалок твердых бытовых отходов достигает 2-3 км. По данным Л.П.Гри-

бановой и соавторов (1990), почвы в районе Щербинского полигона Москвы за-

грязнены в радиусе 0,5-1,5 км цинком, медью, хромом, никелем и свинцом.

Потоки загрязненных вод со свалок перехватываются геохимическими барьера-

ми разного рода (окислительно-восстановительный, глеевый, сорбционный и др.),

гидродинамическими ловушками (бессточные водоемы, старичные озера поймы,

болота). Многие токсичные вещества (серебро, медь, никель, ниобий, олово,

125

ртуть, кадмий) интенсивно накапливаются в донных отложениях поверхностных

водотоков и водоемов.

Однако заметная часть загрязнителей, растворенных в воде, путем инфильтра-

ции проникает в подземную гидросферу. Происходит загрязнение грунтовых вод,

и за счет перетекания - более глубоких водоносных горизонтов. Длительное по-

ступление в подземные воды загрязненного поверхностного стока от полигонов

ТБО может привести к образованию обширных и контрастных гидрохимических

полей разнообразных токсичных веществ в водоносных горизонтах питьевого во-

доснабжения.

Еще большие экологические последствия наблюдаются при складировании

отходов

горно-добывающей

и горно-обогатительной отраслей промышленности.

Из огромных объемов добываемого в мире минерального сырья, исчисляемого де-

сятками миллиардов тонн, используется лишь

5-10%.

Остальное количество пред-

ставляет собой отходы горно-добывающего и горно-перерабатывающих произ-

водств, или так называемые техногенные образования. Они представлены отвала-

ми некондиционных полезных ископаемых, вскрышных и вмещающих пород, от-

ходами обогатительного (хвосты,

шламы),

металлургического (шлаки, золы), энер-

гетического (золы, пыли) и других производств и составляет большую часть (70-

80%) суммарной массы твердых, жидких и газово-пылевых отходов всех технологи-

чески необходимых производств. Виды и радиусы негативного воздействия полиго-

нов складирования отходов этих видов промышленности приведены в табл. 32.

Не меньшую опасность представляют отходы химического сырья, которые за-

нимают большие площади. На калийных предприятиях в результате обработки ру-

126

ды в отходы попадают галитовая рыхлая масса и соляно-глинистая пульпа с при-

месями химических реагентов. Из галитовых отходов формируют солеотвалы вы-

сотой более 100 м. Из этой массы в теле солеотвала формируется особая порода

высокой плотности и прочности. Эти отвалы

являются

постоянным

источником

засоления почв, пород, подземных и поверхностных вод.

Все вышеперечисленное приводит к существенному изменению ресурсного

потенциала геологического пространства прилегающей к отвалам и шламохрани-

лищам территории и ухудшает его качество как для проживания биоты, включая

человека, так и некоторых видов хозяйственной деятельности. Изменение ресурс-

ного потенциала прослеживается на значительные расстояния от границ отходох-

ранилища (см. табл. 32). Подчеркнем, что в каждом конкретном случае неизбежно

проявляется специфика данного отходохранилища, поскольку набор воздействий,

связанных с его функционированием, может существенно изменяться. Например,

для отвалов из негорючих материалов нехарактерны загазованность и горение, от-

валы сухих пород не вызывают подтопления территории, по крайней мере на пер-

вых этапах их функционирования.

Потенциально еще более негативно экологическое воздействие полигонов за-

хоронения радиоактивных и высокотоксичных отходов. Первые - радиоактивные

отходы (РАО) - источник радиоэкологической опасности. Обращение с РАО как

с обычными промышленными отходами, применявшееся на начальных этапах де-

ятельности атомной промышленности как в нашей стране, так и за рубежом, пока-

зало (Лаверов и др.,

1994),

что опасность, связанная с РАО, была серьезно недооце-

нена. Трагические последствия этих действий заставили прекратить неконтроли-

руемый сброс жидких отходов. Отходы низкого и среднего уровней радиоактивно-

сти начали сливать в открытые замкнутые водоемы, а высокоактивные (ВАО), по-

мещенные в специальные емкости, накапливались в заводских хранилищах.

После ряда аварий технология хранения жидких ВАО была существенно мо-

дифицирована. Однако проблемы переработки ВАО, их концентрирования и захо-

ронения, как и вопрос о локализации жидких отходов среднего и низкого уровня

активности, оставались во многом еще неразрешенными. Такая ситуация постави-

ла развитие атомной промышленности в зависимость от решения проблемы захо-

ронения отходов. Ответом на указанную ситуацию явился разработанный в начале

шестидесятых годов совместными усилиями специалистов ряда организаций про-

стой и экономичный способ захоронения жидких отходов в глубокозалегающих

водоносных горизонтах с замедленным водообменом. Активное использование

данного способа обеспечило возможность работы Сибирского химического ком-

бината (Томск), Горно-химического комбината (Красноярск), Научно-исследова-

тельского института атомных реакторов (Димитровград). К настоящему времени

в водоносных горизонтах захоронено, по данным Н.П.Лаверова и соавторов

(1994), 50 млн м

жидких отходов, в том числе и высокоактивных, суммарная ра-

диоактивность которых составляет порядка 2 млрд Ки.

Как известно, требования МАГАТЭ не допускают захоронения отходов в жид-

ком виде, а предусматривают обязательный их перевод в отвержденную форму.

127

Особенно строг этот запрет в отношении отходов, содержащих долгоживущие ра-

диоизотопы трансурановой группы, что обусловлено ненадежностью прогноза

развития экосистем на длительный период. Любые геологические или техноген-

ные факторы, способные вызвать нарушение гидродинамического режима, могут

привести к проникновению радионуклидов в экосферу. Признавая недостатки за-

хоронения РАО в жидком виде, необходимо констатировать, что опасность, обус-

ловленная РАО, находящимися в водоносных горизонтах, намного меньше той, ко-

торая связана с отходами, находящимися на поверхности.

В заключение подчеркнем, что результаты специальных исследований, вы-

полненных как в России, так и за рубежом, свидетельствуют о том, что масштаб

и интенсивность негативного воздействия крупных полигонов размещения отхо-

дов на окружающую среду более значительны, чем недавно было принято считать.

С точки зрения ресурса геологического пространства зоны, подвергшиеся подоб-

ному негативному воздействию, полностью или частично изымаются из общего

его ресурса на различные сроки: от нескольких десятков лет (зоны полигонов твер-

дых бытовых отходов, отвалов и т.д. и прилегающие к ним) до десятков тысяч лет

(участки захоронения радиоактивных отходов).

Основные требования к качеству ресурсов геологического пространства

при организации

отходохранилищ.

Промышленные и бытовые отходы, во все-

возрастающих количествах производимые человеческим сообществом, суще-

ственно нарушают экологическое равновесие территорий и снижают ресурсы гео-

логического пространства. Поэтому выбор оптимальных с эколого-геологических

позиций мест захоронения отходов сопряжен с необходимостью строжайшего вы-

полнения требований к планировке и обустройству полигонов захоронения и тех-

нологического режима их эксплуатации. Этими факторами и определяются гра-

ничные условия для оценки ресурсов геологического пространства в местах захо-

ронения

отходов.

Требования к местам размещения полигонов твердых бытовых отходов с оцен-

кой ресурса геологического пространства этих территорий регламентированы ря-

дом нормативных и директивных документов (например, Инструкцией по проек-

тированию полигонов захоронения твердых бытовых отходов, 1995). В качестве

запрещающих факторов регламентированы особые гидрогеологические условия,

уклоны местности, склонные к пучению грунты, наличие провалов и закарстован-

ных массивов, качество земельного ресурса.

Рекомендуется под территории полигонов выбирать участки с глинистыми

или тяжело суглинистыми грунтами и грунтовыми водами, расположенными

на глубине более 2 м. Запрещается использовать участки с выходом грунтовых вод

в виде ключей и затопляемые паводковыми водами территории, а также распола-

гать полигоны ТБО в районах геологических разломов. Под полигоны рекоменду-

ется отводить отработанные карьеры, свободные от ценных пород деревьев, овра-

ги и другие территории.

Размеры зоны санитарной охраны полигона и применяемое оборудование

должны выбираться с учетом реальных особенностей состава и строения геологи-

128

ческого пространства, процессов загрязнения и ответной реакции биосферы

на функционирование полигонов.

Подчеркнем, что при таком анализе необходима комплексная, по возможности

исчерпывающая, оценка всех параметров воздействия отходов на все жизнеобес-

печивающие природные среды, позволяющая выяснить пути и механизмы про-

никновения загрязняющих веществ в пищевую цепь и организм человека, дли-

тельность этого воздейстия и радиус его распространения. Подобные исследова-

ния позволят в конечном итоге четко очертить вокруг действующих и предполага-

емых полигонов зоны ограниченного ресурсопользования (зоны с нарушенным

ресурсным потенциалом, в том числе и ресурсом геологического пространства)

и избежать попадания в них различных объектов социальной структуры, а также

охраняемых природных объектов.

Еще более жесткие требования предъявляются к геологическому простран-

ству при захоронении радиоактивных отходов. Эти требования тесно связаны

с классификационными характеристиками отходов (высокоактивные-низкоактив-

ные, с долгоживущими-короткоживущими отходами и т.п.) и формой их нахожде-

ния (жидкие, твердые).

Другими факторами, определяющими экологическую безопасность захороне-

ния этих отходов или устройство могильника, являются технологические решения

и методы. Все они направлены на решение основной задачи захоронения - надеж-

ной изоляции РАО от экосферы на период их потенциальной опасности для чело-

века. Следует отметить, что технологические способы безопасного захоронения

низко- и среднеактивных отходов в настоящее время хорошо разработаны и необ-

ходима их качественная практическая реализация.

Наиболее сложной и пока еще окончательно нерешенной проблемой, по Н.П.Ла-

верову (1994), является обеспечение безопасного захоронения высокоактивных

отходов, так как даже незначительная по объему утечка из подземного могильника

вследствие высокой удельной активности может представлять экологическую

опасность.

Не останавливаясь на инженерных барьерах (консервирующая матрица, ме-

таллический контейнер, сорбент), кратко обозначим

эколого-геологические

требо-

вания к четвертому, главному барьеру, каковым является толща горных пород, от-

деляющих радиоактивные отходы от экосферы. Именно ими во многом регламен-

тировано место выбора размещения высокотоксичных отходов. Информация

по этому вопросу систематизирована в табл. 33 с указанием использованных ис-

точников информации и предложенных классификаций.

Перечисленные требования к выбору типа геологической среды под захоро-

нение радиоактивных отходов создают лимит геологического пространства, при-

годного для этих целей. Для малых стран и сейсмоопасных территорий подоб-

ный ресурс крайне ограничен, а в ряде случаев вообще отсутствует. Эти страны

должны идти по пути более дорогостоящего технологического решения пробле-

мы, а не по пути выбора мест оптимального захоронения.

129