Развитие системы обращения с отходами требует рекультивации объектов размещения отходов, прекративших прием или не отвечающих современным экологическим и технологическим требованиям, и оказывающих негативное воздействие на окружающую среду.
Основной экологической и экономической проблемой при рекультивации является дефицит почвогрунтовых ресурсов для создания рекультивационных покрытий, а использование значительных объемов этих ресурсов создает высокую антропогенную нагрузку. Для рекультивации 1 га полигона требуется до 10 тыс. м3 почвенно-растительного грунта, что соответствует нарушению 5 га природных земель, т. е. до 5 раз может превышать площадь рекультивируемого объекта.
С целью экономии природных ресурсов при проведении рекультивационных работ, почва может быть заменена продуктами механо-биологической переработки (МБП) отходов производства и потребления. Возможность замены первичных ресурсов вторичными, полученными путем переработки отходов, определяется биологическим потенциалом отходов, подвергающихся МБП. Типичными отходами производства и потребления, обладающими ресурсным (в частности, биологическим) потенциалом, являются твердые нефтесодержащие отходы (ТНСО) и ТБО, ежегодные объемы образования которых в РФ составляют до 700 тыс. тонн и до 30 млн. тонн соответственно. На территории Пермского края ежегодное образование отходов составляет 1,2 млн. тонн ТБО (в т.ч. 400 тыс. тонн биоразлагаемой фракции) и ориентировочно 30 тыс. тонн ТНСО (в т.ч. порядка 20 тыс. тонн нефтезагрязненного грунта).
Нефтяная промышленность играет значительную роль в создании социально-экономического потенциала Пермского края и, в частности, нефтедобывающих административных районов. На территории края эксплуатируется 117 нефтяных месторождений в 15 административных районах. В то же время именно с данной отраслью промышленности связано возникновение многих экологических проблем [44].
Практическое использование технологии МБП в РФ ограничено низким ресурсным потенциалом продуктов переработки. Отсутствие спроса на продукты МБП практически формирует поток вторичных отходов, обращение с которыми создает высокую антропогенную нагрузку. Использование продуктов МБП рассмотрено в трудах П. Лехнера, А. Мирного, Л. Рудаковой, В. Басова, однако в них отсутствует научное обоснование санитарных и экологических критериев использования продуктов МБП в народном хозяйстве и, в частности, для рекультивации нарушенных земель. Таким образом, обоснование научных подходов к снижению антропогенной нагрузки при использовании ресурсного потенциала продуктов МБП для рекультивации нарушенных земель и полигонов ТБО, является актуальной экологической проблемой.
Обозначенный круг проблем определил цель настоящей работы и задачи исследования.
Целью работы являлось научное обоснование снижения антропогенной нагрузки при рекультивации полигонов' ТБО за счет использования продуктов механо-биологической переработки отходов производства и потребления.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:
1. Исследовать формирование антропогенной нагрузки при рекультивации полигонов ТБО.
2. Усовершенствовать методику исследования морфологического состава ТБО и исследовать состав и свойства ТБО для оценки ресурсного потенциала отходов.
3. Обосновать направления и разработать критерии использования продуктов МБП отходов в народном хозяйстве, исследовать физикохимические и санитарно-гигиенические свойства продуктов МБП отходов.
4. Разработать технологию рекультивации полигонов ТБО с использованием продуктов МБП отходов и провести эколого-экономическую оценку реализации разработанной технологии.
Объектом исследования являлись продукты механо-биологической переработки ТБО и ТНСО.
Научная новизна выполненных исследований:
• Усовершенствована методика определения морфологического состава ТБО, позволяющая учесть дополнительные компоненты отходов с целью оценки их ресурсного потенциала.
• Определены закономерности изменения биологического потенциала ТБО в зависимости от фракционного состава для смешанных ТБО и для ТБО, из которых извлечены компоненты вторсырья, построена, математическая модель полученных зависимостей:
• Обоснованы экологические и технологические критерии, безопасного использования продуктов' МБП ТБО' и ТНСО в следующих направлениях: строительное, сельскохозяйственное, техническая и биологическая рекультивация. Проведены физико-химические исследования продуктов МБП ТНСО и доказана экологическая безопасность их применения.
Результаты научных исследований использованы при разработке технических условий на компост, вырабатываемый из отходов производства и потребления,. технических условий: наг органо-минеральный композиционный строительный' материал, технических условий на материал рекультивационный с использованием продуктов переработкибуровых шламов и нефгезагрязненных грунтов, технологическогорегламента проведения работ по переработке* бурового шлама и твердых нефтесодержащих отходов^ с. использованием. микробиологической ремедиации, и применению < полученных материалов, «Концепции развития.
ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» в области обращения с твердыми нефтесодержащими отходами", «Концепции обращения с отходами производства и потребления на территории Пермского края на 2008;2012 годы», проектно-сметной документации для строительства и рекультивации объектов обезвреживания отходов производства и потребления. Результаты исследований используются в учебном процессе подготовки специалистов по направлению 280 200.62 «Защита окружающей среды» в курсах лекций по дисциплинам «Экология», «Техника защиты окружающей среды», «Проектирование полигонов захоронения отходов».
Результаты исследования подострой токсичности экстракта рекультивационного материала при пероральном введении на лабораторных животных (крысах), проводимого согласно МУ 2163−80 показали, что экстракт материала в разведении 1/10 и 1/100 не оказывает токсического действия.
Изучение миграции нефтепродуктов из рекультивационного (марки НП-2) и строительного (марки НП-5) материалов по профилю почвы проводилось в стационарных опытах с учетом местных почвенно-климатических условий, специфики компонентов материала и предполагаемого направления его использования.
Исследование проводилось в течение 49 суток. С целью определения влияния содержания природных битумоидов в исследуемых образцах, параллельно проводилось изучение миграции углеводородов из образца чистой почвы идентичного механического состава, исключающего возможность антропогенного влияния.
Эффект миграции определялся по кратности превышения ПДКВ нефтепродуктов (0,3 мг/л). Результаты исследования миграции нефтяных компонентов по профилю почвы представлены на рис. 4.6.
В начале эксперимента (на седьмые сутки) содержание нефтепродуктов в фильтрате чистой пробы было наименьшим (0,4 мг/л), в фильтрате материала марки НП-5 — наибольшим (1,1 мг/л). Затем наблюдалось повышение содержания нефтепродуктов в фильтратах всех исследуемых образцов, причем на 22-е сутки эксперимента содержание нефтепродуктов составило: 1,15 мг/л — в фильтрате материала марки НП-5, 1,25 мг/л в фильтрате материала марки НП-2, 1,5 мг/л в фильтрате чистой пробы. На 28-е сутки произошла стабилизация процесса вымывания нефтепродуктов: максимальное значение отмечено в фильтрате марки НП-2 (1,9 мг/л), в фильтрате в фильтрате чистой пробы содержание нефтепродуктов составило 1,6 мг/л, наименьшим содержание нефтепродуктов оказалось в фильтрате материала марки НП-5 — 1,5 мг/л. Далее в ходе эксперимента было зафиксировано снижение содержания нефтепродуктов в фильтратах всех анализируемых проб. На 49-е сутки эксперимента содержание нефтепродуктов составило: 1,33 мг/л — в фильтрате материала марки НП-2, 1,37 мг/л в фильтрате чистой пробы, 1,44 мг/л в фильтрате материала марки НП-5. ч s ¦ва 0.
1 >,.
4 о с. с 0.
5 ¦е.
V X V 1 о. V ч о и.
2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0.
1,84.
1,55.
— Ill 49>n.
Т, 50 1,50 1,4″ «» «ff 1,37 1,33.
По;
ЧР, 70 / ч 0,40 / •г V.
N 0,30 0,29 ^ Ч" / — — 0,17.
S Ч —1−1-~ 0,00. / оро 0,00 —¦——- 00 0,07 -«¦ J*0.00.
14 21 28 35.
Сутки от начала эксперимента.
— материал НП-2 -материал НП-5 -Чистая почва.
— ПДКр.х. материал НП-2 (за вычетом природных биту моидов) —¦— материал НП-5 (за вычетом природных биту моидов).
Рис. 4.6. Результаты исследования миграции нефтепродуктов по профилю почвы.
Как видно из графика, представленного на рис. 4.6, зависимость изменения содержания нефтепродуктов в фильтратах исследуемых проб от времени имеет общий характер для всех исследуемых материалов.
Утвержденные методики определения нефтепродуктов в воде и почве не учитывают влияния природной составляющей органического вещества почвы (не имеющего отношения к нефти и нефтепродуктам), которое при анализе экстрактов водных вытяжек из нефтесодержащих грунтов определяется как нефтепродукты.
Нефти, нефтепродукты и другие близкие им по составу соединения, находящиеся в природной среде (почвах, грунтах, горных породах), имеют собирательное название «битуминозные вещества» [29]. Как было показано Л. Кувшинской, содержание битуминозных веществ зависит от механического состава и химических свойств почв [19].
Существуют методики, позволяющие определять содержание битумоидов в почвах и грунтах (причем, как природных (почвенных), так и нефтяных и даже смешанных (включающих природные и нефтяные компоненты)), основанные на способности растворов битумоидов люминесцировать в ультрафиолетовых лучах. С помощью данных методик можно осуществлять диагностику загрязнений почв, в том числе с учетом влияния углеводородов неспецифических составляющих почвенного гумуса (липидов), которые согласно Ю. Пиковскому, могут образовываться как из растительных остатков (например, из листового опада), так и метанобразующими бактериями. Тем не менее, такие методики носят скорее исследовательский характер, и не используются федеральными и региональными надзорными органами для контроля загрязнения почв и грунтов нефтепродуктами.
В нашем исследовании проведена оценка влияния фонового содержания нефтепродуктов в почве, на основе которой определены вероятные значения концентраций нефтепродуктов в фильтратах материала рекультивационного" марки НГТ-2 и материала строительного марки НП-5 без учета содержания природных битумоидов (рис. 4.6).
Одним из основных результатов исследования является то, что содержание нефтепродуктов в фильтратах продуктов механо-биологической переработки ТНСО, применяемых в качестве строительного и рекультивационных материалов, с учетом фоновой концентрации не превышает ПДКр х (0,3 мг/л).
4.4. Эколого-экономическая оценка реализации разработанной технологии рекультивации полигонов ТБО с использованием продуктов механо-биологической переработки отходов.
Предложенный нами подход к рекультивации объектов захоронения отходов позволяет заменить первичные почвенно-земельные ресурсы вторичными путем использования ресурсного потенциала продуктов МБП отходов, повысить экономическую эффективность МБП за счет размещения полупродуктов МБП не на основной технологической площадке, а на территории, нуждающейся в рекультивационном грунте, снизить антропогенную нагрузку как от изъятия природных почв и грунтов, так и от необходимости отвода новых площадей для осуществления полного цикла МБП, повысить эффективность рекультивационного покрытия за счет создания условий, способствующих развитию растительности.
Нами определена эколого-экономическая эффективность технологии рекультивации полигонов ТБО с использованием продуктов механо-биологической переработки ТБО (компоста).
Сравнение удельной эмиссии парниковых газов (по С02) в атмосферу [43, 54, 114, 115] при различных подходах к осуществлению этапа дозревания компоста (рис. 4.7) показывает, что эмиссия парниковых газов, поступающих в атмосферу при захоронении компоста, составляет порядка 920 м, при использовании компоста для рекультивации объектов захоронения отходов -80 м3, при дозревании компоста на территории предприятия, осуществляющего механо-биологическую переработку отходов — 98 м³.
Ч" 1000 г п о.
Он и.
С? ее о W о к ч.
8 К S.
CD.
200 0.
Захоронение компоста.
Использование компоста для рекультивации.
Дозревание компоста на территории предприятия МБП.
Рис. 4.7. Сравнение удельной эмиссии парниковых газов (по С02) в атмосферу при различных подходах к осуществлению этапа дозревания компоста.
Таким образом, эмиссия парниковых газов при реализации разработанной технологии совмещения этапа дозревания компоста с рекультивацией полигонов снизится в 11 раз по сравнению с захоронением компоста и на 20% при дозревании компоста на предприятии МБП.
Оценка экономической эффективности технологии рекультивации полигонов ТБО с использованием продуктов МБП отходов (на примере ТБО) показала, что экономический эффект от производства 1 тонны компоста составит ориентировочно 105 руб. Соответственно, экономический эффект от применения компоста для рекультивации объектов захоронения ТБО на территории Пермского края составит 882 млн руб., а величина предотвращенного ущерба от недопущения деградации земель — 202,72 млн руб.
Кроме того, оценка потребности в площадях для дозревания компоста (рис. 4.8) показала, что для осуществления одного цикла компостирования 5 тыс. тонн отходов (например, с использованием биотуннелей) необходимо 0,025 га для реализации основного технологического процесса компостирования и 0,25 га — для размещения полупродукта с целью дозревания. Потребность в площади для дозревания компоста при использовании его для рекультивации снизится почти в 10 раз.
0,3.
0,25 я U 0,2 «л.
0,15.
3 о.
0,1.
0,05.
И Дозревание продукта ¦ Переработка отходов.
Цикл МБП на территории МБП, совмещенная с предприятия рекультивацией полигона.
Рис. 4.8. Потребность в площадях для организации технологических площадок при различных подходах к осуществлению этапа дозревания компоста.
