не более 20-30 лет назад. Никто не знает, за какое время они полностью утилизируются. Когда ученые приступили к раскопке старых полигонов, то обнаружили удивительную вещь: за 15 лет 80% органических материалов,
попавших на полигоны (овощи, хот-доги и др.), не разложились.
Современные полигоны оборудованы всеми типами систем, чтобы не допустить контакта отходов с окружающей средой, но именно вследствие этого разложение отходов затруднено и они представляют своеобразную «бомбу замедленного действия». Захоронение отходов, даже при цивилизованной подготовке гидроизоляции ложа полигона, в течение 3–5 лет приводит к отравлению на большую глубину земли под полигоном слоями тяжелых металлов, токсичными химикатами, а также диоксинами и фуранами,
образующимися в местах загорания отходов. В результате биохимических процессов образуется фильтрат, имеющий очень сложный и агрессивный состав: тяжелые металлы – никель, кобальт, хром, медь, свинец, цинк,
стронций, ароматические углеводороды, карбоновые кислоты, спирты и кетоны. БПК полн. фильтрата составляет от 1500 до 40000 мг О2/л, ХПК до 80000 мг О2 /л. Кроме того, в атмосферном воздухе в расположении полигона обнаруживаются различные микроорганизмы, грибы, актиномицеты;
химические соединения: метан, оксид углерода, фенолы, аммиак, сероводород,
толуол, ксилол, т. е. так называемые биогазы. В теле полигона даже при надлежащей эксплуатации создаются новые биотопы для домашних и полевых грызунов, мух, и др. переносчиков зоонозных и трансмиссивных болезней.
В связи с этим, расстояние до жилой застройки должно быть не менее
1000 метров, а в соответствиями с СП «Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов» не допускается размещение полигонов ТБО в рекреационных зонах, на территории 1 и 2 поясов ЗСО источников питьевого водоснабжения, курортных зон, а также в местах выхода на поверхность трещиноватых горных пород.
51
Особое внимание уделяется выводу полигона из эксплуатации и последующей рекультивации. Как правило, исходный проект полигона уже включает план мероприятий по рекультивации, длительному мониторингу закрытого полигона и т.п. В США законы многих штатов требуют от компании,
управляющей полигоном, создания специального фонда рекультивации. Такой фонд формируется в течение всего времени работы полигона за счет отчислений от получаемого дохода и должен обеспечить необходимые средства независимо от смены собственника полигона, банкротства компании и т.п.
В последние десятилетия ХХ в. развитые страны для работы с неутилизируемой частью муниципальных отходов разработали мусоросжигающие заводы (МСЗ), которые появились также в России.
Ликвидационный термический метод (мусоросжигание) получил широкое распространение в странах с высокой плотностью населения и отсутствием свободных площадей – Япония, Бельгия, Швейцария и т. д.
Применение этого метода целесообразно применять лишь в том случае,
если ТБО содержит менее 30% активного органического вещества и при отсутствии активного потребителя биотоплива и компоста. Мусор должен быть сухим, свежим, незагнившим, с влажностью не более 45 50% и зольностью
45%, теплотворная способность не ниже 700 800 ккал.
Мусоросжигание проводится в специальных печах при температуре 900–
1000 С°, при которой разрушаются почти все органические и дурнопахнущие газообразные соединения. Однако есть достаточно много причин считать, что технологии, в основном зарубежные, низкотемпературного (до 1000 С°)
сжигания отходов являются тупиковыми и экологически вредными для природных ландшафтов:
1.Переработка отходов по сжигающей технологии генерирует диоксины
ифураны вследствие низких (800–950 С°) температур и сопровождается образованием золы (провального шлака) с многократным превышением ПДК
52
по растворимым солям тяжелых металлов (в т. ч. и с абсорбированными диоксинами), пыли газоочистки, токсичность которой на два-три порядка выше,
чем у золы. В случае применения сорбентов для улавливания диоксинов возникает также проблема их захоронения на особо длительные.
2.Сроки на спецполигонах.
3.Высокие единичные мощности предприятий по переработке предполагают точечный выброс через дымовую трубу больших количеств опасных веществ даже при предельно 3 возможной степени их очистки, а также образование нескольких десятков тысяч тонн токсичной золы (провального шлака) и особо токсичной пыли газоочистки, требующих захоронения на спецполигонах для токсичных отходов.
Мусоросжигательные установки должны иметь надежную систему очистки отходящих газов, утилизации и захоронения остающихся после сжигания ТБО токсичной золы и шлака. Помимо этого, для снижения экологической опасности вновь проектируемых мусоросжигательных заводов необходимо предусматривать систему предварительного отбора фракций,
усложняющих процесс сжигания (алюминий, полимерные материалы).
Гигиеническое, эпидемиологическое и экономическое значение этого метода заключается в том, что обезвреживание происходит радикально и быстро,
сокращается и удешевляется использование транспорта, отпадает необходимость вывоза мусора далеко за пределы города, отвода земельного участка под захоронение. Продукты горения: тепло, пар, шлак возможно для дальнейшего использования в народном хозяйстве. Тем не менее,
мусоросжигательные установки должны быть оборудованы надежной системой очистки образующихся выбросов, так как даже при высокой эффективности очистных сооружений в атмосферный воздух попадают полихлорированные дибензо-n-диоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ), являющиеся высоко токсичными и канцерогенными веществами.
53
Диоксины относятся к группе так называемых ксенобиотиков, т. е.
веществ, совершенно чужеродных для всего живого. В химическом отношении они представляют собой гомологи и изомеры галогенопроизводных би- и
трициклических ароматических углеводородов, их общее число составляет несколько тысяч. В медико-биологическом плане диоксины опасны тем, что способны, подобно радиации, накапливаться в организме и приводить к возникновению мутаций у потомства. Установлено, что безопасных доз диоксинов не существует: даже в ничтожно малых концентрациях они поражают все живые существа – от бактерий до теплокровных.
Одна из самых неприятных особенностей диоксинов заключается в том,
что они чрезвычайно устойчивы, крайне неохотно разрушаются под действием обычных химических и биологических факторов и начинают разлагаться лишь при температуре выше 1200–1250 °С. Кроме продуктов сгорания ТБО (запах горящих помоек наверняка знаком жителю любого города России), диоксины содержатся в твердых, жидких и газообразных отходах: химической,
нефтехимической и целлюлозно-бумажной промышленности, а также других отраслей народного хозяйства.
Перспективным методом термического обезвреживания ТБО является
пиролиз – высокотемпературный способ разложения органического вещества без доступа кислорода и без добавления химических реагентов. Продуктами пиролиза являются горючий газ, содержащий много метана, полимерные смолы сложного химического состава, используемые в химической промышленности.
Шлаки, образующиеся в процессе пиролиза, используются в производствах строительных материалов и строительстве дорог. Пиролиз рассматривается как экологически чистый (замкнутый процесс) и экономически выгодный процесс
(простота аппаратурного оформления, минимальный выброс в атмосферный воздух, способность к переработке пластмассы, резины и пр.).
54
Компостирование органических фракций ТБО – утилизационный метод, в основе которого лежит биохимический процесс преобразования органических веществ в относительно стабильный гумусоподобный продукт.
Биохимическому распаду подвергаются только органические составляющие твердых отходов благодаря микробным популяциям и факторам внешней среды
(рис. 4).
Биотермическая очистка ставит перед собой две задачи:
1. Разложить сложное органическое вещество на более простые соединения при участии микроорганизмов и кислорода, синтезировать новое,
устойчивое и безопасное в гигиеническом отношении вещество, называемое
гумусом. |
|
|
|
|
|
|
2. Уничтожить |
вегетативные |
формы |
патогенных |
микроорганизмов, |
||
вирусы, простейшие, яйца гельминтов, яйца и личинки мух. |
|
|
||||
90 |
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
20 |
40 |
|
60 |
80 |
100 |
|
|
|
время, сут |
|
|
|
Рис. 4. Биохимический процесс преобразования органических веществ |
||||||
Происходит это следующим образом: органические вещества в почве или биотермической установке в виде сложных белков, жиров и углеводов разрушаются до аминокислот, мочевины, мочевой кислоты, моносахаридов и жирных кислот. Это первая фаза биохимических процессов, при которой полученные продукты разложения химических веществ может проникать через
55
оболочку микробной клетки, питая ее. Микроорганизмы – мезофиллы,
наращивают биомассу, одновременно повышая температуру до 40–45°.
Когда температура достигает своего максимума, мезофиллы погибают и дают начало интенсивному размножению термофилов, поднимающие температуру до 75–80° С в течение 1–60 суток, в биотермической камере и до 1
года в компосте. Этот период называется фазой стационарных температур. При максимальной температуре среды 75–80° мезофиллы отмирают, и формируется новая группа микроорганизмов – мезофиллы, способные разрушать трудноразрушаемые вещества, например лигнины. В результате сложных микробиологических преобразований в I–III фазе (фазы гумификации)
образуется статичная форма, обогащенная простыми соединениями распада органических веществ, минеральным азотом – гумус – вещество, хорошо усваиваемое растениями.
Под длительным воздействием высоких температур погибает и биологическая составляющая хозяйственно-бытовых отходов.
Поля компостирования представляют собой почвенные сооружения, в
основания которых закладывается торф, опилки, солома, часть готового компоста для задержки образующейся при компостировании жидкости. Сверху укладываются штабеля твердых отходов высотой 1,5–2,0 м, утрамбовываются и присыпаются сверху почвой. Площадь полей компостирования составляет около 2 га на 10000 чел. Время компостирования зависит от климатических условий – от 5 до 12 мес. При этом необходимо отметить, что компост лучшего качества можно получить при применении предварительного дробления мусора и себестоимость компоста, полученного на полях компостирования, ниже, чем при механизированной переработке на заводах. В санитарно-гигиеническом отношении поля компостирования более безопасны, чем усовершенствованные полигоны.
56
Биотермические камеры предназначены для обезвреживания бытовых отходов и превращения их в компост закрытым способом. Камеры выполнены из кирпича, бетона или железобетона вместимостью до 20 м3. максимальная температура в камере достигает 70° и сохраняется в течение 30 дней. За это время в отходах погибают яйца гельминтов, личинки и куколки мух, плесневые грибы и их споры и т. д. Для ускорения процессов переработки в камеры подается подогретый калориферами воздух или тепло из уже разогретых камер,
добавляется готовый компост и отходы перемешиваются каждые 10 дней.
В настоящее время используются индустриальные способы биотермической переработки на мусороперерабатывающих заводах. В первую очередь эти предприятия являются землесберегающими и природоохранными,
во-вторых, в результате сортировки и переработки мусора образуется ценное вторичное сырье (металлы), а в результате переработки – биотопливо, компост,
инертный строительный материал.
В практике имеют место химические методы обезвреживания твердых отходов, к которым относится гидролиз в присутствии хлористоводородной или серной кислоты при высокой температуре. В результате гидролиза могут быть получены этиловый спирт, фурфурол, витамины группы В, РР, D2 и
другие важные продукты. Получение этанола (этилового спирта) из целлюлозы,
содержащейся в мусоре (70–75%) проводится следующим образом: целлюлоза подвергается гидролизу, в процессе которого она реагирует с водой в присутствии соляной кислоты в качестве катализатора. Для ускорения процесса и увеличения выхода этанола реакция ведется при высокой температуре. В
результате реакции получаются сахара. Раствор сахаров сбраживается и получается этиловый спирт.
С6 Н О 10 + Н 2О (кат. HCl) → С6 Н12О6 С6 Н12О6 дрожжи→ 2С2 Н5 ОН + 2СО2
57
Этот метод дает высокий положительный эффект как в гигиеническом отношении, так и в экономическом, так как в результате сжигания отходов образуется вещество, которое можно использовать как биотопливо и органическое удобрение, кроме того, обеспечивается полная безотходная технология производства и соблюдение требований по санитарной охране окружающей среды.
4.1.4. Сбор и удаление жидких бытовых отходов
Жидкие бытовые отходы образуются в канализованной и неканализованной части жилого фонда от жилых и общественных зданий.
Составляющими жидких отходов является хозяйственно бытовые (воды от мытья тела, стирки белья, мытья посуды, полов, продуктов питания, жидкие остатки пищи) и ливневые сточные воды и содержимое выгребных ям и водонепроницаемых колодцев: физиологические отправления человека, жидкие отходы при стирке белья, уборке помещений, приготовлении пищи и т. д.
Сбор жидких бытовых отходов осуществляется в выгребные ямы и водонепроницаемые колодцы, вывоз – спецавтотранспортом, исключающим контакт обслуживающего персонала и загрязнение окружающей среды.
Количество транспорта устанавливается, исходя из объема образующихся отходов.
5. МЕТОДИКА ГИГИЕНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ
ОПАСНОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ ХИМИЧЕСКИМИ
ВЕЩЕСТВАМИ
С гигиенических позиций опасность загрязнения почвы химическими веществами определяется уровнем еѐ возможного отрицательного влияния на контактирующие среды (вода, воздух), пищевые продукты и опосредовано на человека, а также на биологическую активность почвы и процессы еѐ самоочищения.
58
Основным критерием гигиенической оценки опасности загрязнения почвы вредными веществами является предельно-допустимая концентрация
(ПДК) химических веществ в почве. ПДК представляет собой комплексный показатель безвредного для человека содержания химических веществ в почве,
так как используемые при их научном обосновании критерии отражают все возможные пути опосредованного воздействия загрязнителей на контактирующие среды, биологическую активность почвы и процессы еѐ самоочищения. При этом каждый из путей воздействия оценивается количественно с обоснованием допустимого уровня содержания веществ по каждому показателю вредности. Наименьшее из обоснованных уровней содержания является лимитирующим и принимается за ПДК вещества, так как отражает наиболее уязвимый путь воздействия данного токсиканта.
В общем плане при оценке опасности загрязнения почв химическими веществами следует учитывать:
Опасность загрязнения тем выше, чем выше класс опасности контролируемых веществ.
Опасность загрязнения тем больше, чем больше фактические уровни содержания контролируемых веществ в почве (С) превышают ПДК. То есть, опасность загрязнения почвы тем выше, чем больше значение коэффициента опасности (К) превышает 1, т. е.:
Ко С ПДК
Оценка опасности загрязнения любым токсикантом должна проводиться с учѐтом буферности почвы, влияющей на подвижность химических элементов,
что определяет их воздействие на контактирующие среды и доступность растений. Чем меньшим буферными свойствами обладает почва, тем большую опасность представляет еѐ загрязнение химическими веществами.
59
Следовательно, при одной и той же величине Ко опасность загрязнения будет больше для почв с кислым значением рН, меньшим содержанием гумуса и более легким механическим составом. Например, если Ко вещества оказались равными в дерново-подзолистой суглинистой и черноземе, то в порядке возрастания опасности загрязнения почвы могут быть расположены в следующий ряд: чернозем, суглинисто-подзолистая почва, супесчаная и дерново-подзолистая почва.
Примечание: под «буферностью почвы» принимается совокупность
свойств почвы, определяющих еѐ барьерную функцию, обуславливающую уровни вторичного загрязнения химическими веществами контактирующих с почвой сред, растительности, поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха. Основными компонентами почвы,
создающими буферность, являются тонкодисперсные минеральные частицы, определяющие еѐ механический состав, органическое вещество
(гумус), а также реакция среды – рН.
Алгоритм действия:
1. Из журнала регистрации результатов исследования или протоколов исследований устанавливается средняя величина по каждому показателю путем деления суммы разовых концентраций на их количество за анализируемый период, а также, максимальные и минимальные значения. При этом средние,
максимальные и минимальные концентрации устанавливаются для слоя почвы
0–20 см.
2.Результаты обобщения по уровню содержания химических веществ в почве в отдельных зонах представить в таблице 8.
3.Полученные средние, максимальные и минимальные концентрации веществ сравнивают с ПДК по ГН 2.1.7.2041-06 «Предельно-допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве».
4.
60