Земельные ресурсы. Ветровая и водная эрозия почв. Загрязнения почв. Техническая и биологическая рекультивация земель. Защита литосферы. Основные виды отходов и их утилизация. Коммунально-бытовые отходы. Промышленные отходы. Программа наблюдения за отходами..
В число основных звеньев экологической защиты почв входят:
· защита почв от водной и ветровой эрозии;
· организация севооборотов и системы обработки почв с целью повышения их плодородия;
· мелиоративные мероприятия (борьба с заболачиванием, засолением почв и др.);
· рекультивация нарушенного почвенного покрова;
· защита почв от загрязнения, а полезной флоры и фауны от уничтожения;
· предотвращение необоснованного изъятия земель из сельскохозяйственного оборота.
Защита почв должна осуществляться на основе комплексного подхода к сельскохозяйственным угодьям как сложным природным образованиям с обязательным учетом региональных особенностей.
Одним из основных принципов охраны ОПС является неистощительное использование природных ресурсов. Для предотвращения возможного их истощения и сохранения запасов недр очень важно соблюдать принцип наиболее полного извлечения из недр основных и попутных полезных ископаемых. Например, подсчитано, что, если повысить отдачу недр всего лишь на 1%, то можно дополнительно получить 9 млн т угля, около 9 млрд. куб м газа, свыше 10 млн. т нефти, около 3 млн. т железной руды. Все это позволит сократить глубину и масштабы неоправданного проникновения в земные недра, а, следовательно, значительно уменьшить отходы горнодобывающих предприятий и оздоровить экологическую остановку.
Другой важной проблемой, связанной с охраной и рациональным использованием недр, является комплексное использование минерального сырья, включая проблему утилизации отходов.
Отходы при разработке недр бывают твердыми (пустые породы, минеральная пыль), жидкими (шахтные, карьерные, сточные воды) и газообразными (газы, выделяемые из отвалов). Основные направления утилизации отходов и улучшения экологической обстановки — это использование их в качестве сырья, в промышленном и строительном производстве, для закладки вырабатываемого пространства и для производства удобрений, для водоснабжения и отопления.
При пользовании недрами охраняют также земную поверхность, поверхностные и подземные воды, рекультивируют отработанные участки.
Рекультивация — комплекс работ, проводимых с целью восстановления нарушенных территорий и приведения земельных участков в безопасное состояние.
Объектами рекультивация являются:
· карьерные выемки, мульды оседания, провальные воронки, терриконы, отвалы и другие карьерно-отвальные комплексы;
· земли, нарушенные при строительных работах;
· территории полигонов твердых отходов;
· земли, нарушенные в результате загрязнения их жидкими и газообразными отходами (нефтезагрязненные земли, газогенные пустыни и др.).
Различают техническую, биологическую и строительную рекультивации.
Техническая рекультивацияпредставляет собой предварительную подготовку нарушенных территорий для различных видов использования. В состав работ входят: планировка поверхности, снятие, транспортировка и нанесение плодородной почвы на рекультивируемые земли, формирование откосов выемок, подготовка участка к освоению.
Биологическая рекультивация проводится после технической для создания растительного покрова и восстановления продуктивности нарушенных земель, создания условий обитания животных.
При необходимости выполняют также строительную рекультивацию, в ходе которой на подготовленных участках возводят здания, сооружения и другие объекты.
Для сохранения численности и популяционно-видового состава растений и животных иногда приходится осуществлять комплекс природоохранных мер, в число которых входят:
· борьба с лесными пожарами;
· защита растений от вредителей и болезней;
· полезащитное лесоразведение;
· повышение эффективности использования лесных ресурсов;
· охрана отдельных видов растений, растительных сообществ и животных.
К наиболее эффективным формам охраны биотических сообществ, а также всех природных экосистем следует отнести государственную систему особо охраняемых природных территорий — участков суши и водной поверхности, которые в силу своего природоохранного и иного значения, полностью или частично изъяты из хозяйственного пользования и для которых установлен режим особой охраны.
Различают следующие категории этих территорий:
· государственные природные заповедники, в т.ч. биосферные;
· национальные парки;
· государственные природные заказники;
· памятники природы;
· дендрологические парки и ботанические сады.
Эти территории отличаются друг от друга и от прочих территорий по степени закрытости, возможности или невозможности ведения какой-либо хозяйственной деятельности, продолжительности изоляции и назначения.
В городах и населённых пунктах происходит интенсивное накопление твёрдых бытовых отходов (ТБО), которые при неправильном и несвоевременном удалении и обезвреживании могут быть причиной загрязнения ОС.
В состав ТБО входят: бумага (картон), пищевые отходы, дерево, металл (чёрный и цветной), текстиль, кожа, кость, стекло, резина, камни, полимерные материалы, отсев (уличный смет – менее 15 мм), прочие компоненты (неклассифицируемые части).
Сезонные изменения состава ТБО характеризуются увеличением содержания пищевых отходов с 20-25% весной до 40-55% осенью. Зимой и осенью сокращается содержание мелкого отсева (уличного смета) с 11 до 5%.
Наиболее важными с точки зрения возможности переработки свойствами ТБО являются плотность, механическая структура, слёживаемость.
Плотность ТБО благоустроенного жилого фонда в весенне-летний период (в контейнерах) составляет 0,18-0,22 т/м3; в осенне-зимний –0,20-0,25 т/м3.
ТБО обладают механической (структурной) связностью, благодаря волокнистым фракциям (текстиль, проволока и др.) и сцеплениям, обусловленным наличием влажных липких компонентов. Вследствие связности ТБО обладают склонностью к свободообразованию и не просыпаются в неподвижную решётку с расстоянием между стержнями 20-30 см (критический размер ячейки).
Благодаря наличию твёрдых балластных фракций (керамика, стекло) ТБО обладает абразивностью, т.е. свойством истирать соприкасающиеся с ним поверхности.
ТБО обладает слёживаемостью, т.е. при длительной неподвижности теряют сыпучесть и уплотняются (с возможностью выделения фильтрата) без всякого внешнего воздействия. При длительном контакте с металлом ТБО оказывают на него корродирующее воздействие, что связано с высокой влажностью и наличием в фильтрате растворов различных солей.
Под воздействием внешнего давления ТБО могут уплотняться. При давлении в 0,3-0,5 МПа объём ТБО уменьшается в 5-8 раз за счёт ломки различного рода коробок и ёмкостей, плотность возрастает до 0,8-1,0 т/м3. Приблизительно такое давление создаётся в приёмном бункере мусороуборочных машин. Более высокое давление (до10-20 МПа) приводит к интенсивному выделению влаги (выделяется до80-90% всей содержащейся в ТБО воды), плотность ТБО достигает 1,3-1,7 т/м3, объём снижается в 2-2,5 раза. Спрессованный до такого состояния материал на некоторое время стабилизируется, так как содержащейся в ней воды недостаточно для активной жизнедеятельности микроорганизмов и доступ кислорода в такую массу затруднён. В таком состояния ТБО могут быть захоронены.
При решении проблемы обеззараживания и утилизации ТБО принимается во внимание климатические, географические, градостроительные условия, численность обслуживаемого населения.
Известно более 20 методов обеззараживания и утилизации ТБО. По каждому из них имеется 5-10 разновидностей технологий, технологических схем, типов сооружений.
Методы обеззараживания и переработки ТБО классифицируются по конечной цели и по технологическому принципу.
По конечной цели бывают ликвидационные (решают в основном санитарно-гигиенические задачи) и утилизационные (решают, кроме того, задачи экономики – использование вторичного сырья).
По технологическому принципу бывают биологические, термические, химические, механические, смешанные.
Наибольшее распространение у нас и за рубежом получили такие методы: складирование на полигонах (ликвидационный биолого-механический), сжигание (ликвидационный термический) и компостирование (утилизационный биологический). Все эти методы позволяют обезвреживать и утилизировать ТБО, соблюдая нормативы требований охраны ОС.
Простейшими и наиболее распространёнными сооружениями по обезвреживанию ТБО являются полигоны. Оптимальными условиями строительства полигонов являются: наличие свободного участка с основанием на водоупорных грунтах с размером, обеспечивающем приём ТБО на предстоящие 20-25 лет; расположение уровня грунтовых вод ниже 3 м от поверхности площадки; обеспечение грунтом или инертными отходами для изоляции ТБО; конфигурация участка, близкая к квадрату; получение разрешения на высоту складирования ТБО свыше 20 м; размещение на расстоянии до 15 км от центра сбора ТБО (при одноэтапном вывозе ТБО без применения перегрузочных станций).
Отходы складируют на грунт с соблюдением условий, обеспечивающих защиту от загрязнения атмосферы, почвы прилегающих участков, поверхностных и грунтовых вод, препятствующих распространению болезнетворных микроорганизмов. На полигонах производят уплотнение ТБО, позволяющее увеличить нагрузку обходов на единицу площади полигона и обеспечивающее экономное использование земельных участков. После закрытия полигонов поверхность земли рекультивируют для последующего использования.
Полигоны ТБО должны обеспечить охрану ОС по шести показателям вредности: органолептическому, общесанитарному, фитоаккумуляционному (транслокационному), миграционно-водному, миграционно-воздушному и санитарно-токсикологическому.
Органолептический показатель вредности характеризует изменения запаха, привкуса и пищевой ценности фитотест-растений на прилегающих участках действующего полигона и территорий закрытого полигона, а также запаха атмосферного воздуха, вкуса, цвета и запаха грунтовых и поверхностных вод.
Общесанитарный показатель отражает процессы изменения биологической активности и показателей самоочищения почвы прилегающих участков.
Фитоаккумуляционный (транслокационный) показатель характеризует процесс миграции химических веществ из почвы близлежащих участков и территории рекультивируемых полигонов в культурные растения, используемые в качестве продуктов питания и фуража.
Миграционно-водный показатель вредности выявляет процессы миграции химических веществ фильтрата ТБО в поверхностные и подземные воды.
Миграционно-воздушный показатель отражает процессы поступления выбросов в атмосферный воздух с пылью, испарениями и газами.
Санитарно-токсикологический показатель суммарно характеризует эффект влияния действующих в комплексе факторов.
Термические методы. Существует три метода термического обеззараживания и утилизации ТБО:
· слоевое или камерное сжигание исходных, неподготовленных отходов в топках мусоросжигательных печей;
· слоевое или камерное сжигание специально подготовленных (обогащённых) отходов (освобождённых от балластных составляющих и имеющих относительно стабильный фракционный состав) в топках энергетических котлов или в цементных печах;
· пиролиз и газификация отходов, прошедших предварительную подготовку или без неё;
Оптимальными условиями строительства завода по сжиганию ТБО с утилизацией тепловой энергии могут быть: обеспечение гарантированными круглосуточными и круглогодичными потребителями тепловой энергии в комплексе с подстраховывающими ТЭЦ или котельной; размещение завода в пределах городской застройки в промзоне и радиусе до 7 км (при одноэтапном вывозе ТБО без применения перегрузочных станций) от центра сбора ТБО; наличие шлакоотвала или потребителя шлака в качестве вторичного сырья не далее 10 м от завода; численность обслуживаемого населения более 350 тысяч человек.
Пиролиз отходов основан на способности органической массы отходов при нагревании в инертной среде выделять продукты термического разложения, такие, как оксид углерода, диоксид углерода, водород, метан и другие углеводороды. Этот процесс происходит при подводе тепла. При пиролизе отходов протекают связанные между собой процессы – сушка, сухая перегонка (собственно пиролиз), газификация, а также взаимодействие исходных горючих компонентов отходов с образовавшимися газообразными продуктами.
При газификации получаются частично окисленные газы (оксид углерода, альдегиды, фенолы, эфиры, кислоты, углеводороды, в т.ч. полиароматические) благодаря восстановительным реакциям, в которые вступают продукты полного окисления, такие, как углекислота, вода, соляная кислота и другие, с углеродом или водородом, содержащимися в отходах, а также за счёт неполного или частичного окисления углерода отходов. Газификация может протекать как с подводом тепла, так и с выделением последнего.
Все термические методы направлены, с одной стороны, на санитарно-гигиеническое (огневое0 обезвреживание ТБО, а с другой – на получение тепла при слоевом сжигании исходных или подготовленных отходов, а также на производство твёрдого, жидкого или газообразного топлива при пиролизе отходов.
Компостирование ТБО. Компостировани е ТБО возможно либо на заводах по механизированной переработке бытовых отходов (МПБО) либо на площадках. Оптимальными условиями строительства МПБО в компост являются наличие гарантированных потребителей компоста (органического удобрения или топлива) в радиусе до 20 км; размещение завода у границы города на расстоянии до 15 км от центра сбора ТБО; численность обслуживаемого населения более 350 тысяч человек.
В городах с населением 50-500 тыс. человек при наличии свободных территорий вблизи города целесообразно применять полевое компостирование ТБО как наиболее простой и дешёвый метод обеззараживания и переработки ТБО. Если на заводах МПБО основной технологический процесс – аэробное компостирование – происходит в сложных металлоёмких установках – ферментёрах (биобарабанах, биобашнях), то на площадках полевого компостирования – в открытых штабелях. Правда при этом увеличивается срок переработки с 2-4 суток до нескольких месяцев.
Правильно организованное полевое компостирование, так же как и на заводах МПБО, обеспечивает защиту почвы, атмосферы, грунтовых и поверхностных вод от загрязнения ТБО, позволяет получить в результате переработки ТБО компост. Технология полевого компостирования допускает совместное обезвреживание и переработку ТБО с осадком сточных вод. При смешивании обезвоженного осадка с ТБО в соотношении 3 : 7 используются весь осадок сточных вод и все ТБО, образующиеся в городе. Компост, полученный из такой смеси, содержит больше азота и фосфора. Применяют две принципиальные схемы полевого компостирования? С предварительным дроблением ТБО и без предварительного дробления. В первом случае для измельчения ТБО используют специальные дробилки, во втором – измельчение (менее эффективное) происходит за счёт многократного перелопачивания компостируемого материала. Неизмельчённые фракции отделяют на контрольном грохоте. Установки полевого компостирования, оснащённые дробилками для предварительного измельчения ТБО, обеспечивают больший выход компоста и дают меньше отходов производства.
Как и заводы МПБО, сооружения и оборудование полевого компостирования должны обеспечить приём и предварительную подготовку ТБО, биотермическое обезвреживание и окончательную обработку компоста. ТБО разгружают в приёмный бункер или на выравненную площадку. Бульдозером, грейферным краном или специальным оборудованием формируют штабеля, в которых происходят процессы аэробного биотермического компостирования.
В процессе компостирования интенсивно снижается влажность материала, что, для повышения активности биотермического процесса наряду с перелопачиванием и принудительной вентиляцией, требует дополнительного увлажнения материала. Зрелый компост перед отправкой потребителю направляют на грохот, где его очищают от крупных балластных фракций и чёрного металла.
Несмотря на множество предлагаемых схем утилизации бытовых отходов, все таки и у нас и за рубежом основная масса ТБО вывозится в пригородные зоны и выбрасывается на свалки со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Несколько лучше обстоит дело с твердыми промышленными отходами (ТПО). Токсичные ТПО обезвреживаются на специальных полигонах и сооружениях. Для предотвращения загрязнения почв и подземных вод отходы подвергают отвердению цементом, жидким стеклом, битумом, обработке полимерными вяжущими и т.д. Полигоны запрещено размещать в сильно заболоченных местах, на территории зеленых зон городов, в зонах санитарной охраны курортов, в зоне питания подземных источников питьевой воды, в зонах активного карста, оползней, селевых потоков, снежных лавин.
Очень сложной и пока еще не решенной проблемой является обезвреживание и захоронение радиоактивных и диоксинсодержащих отходов. Наиболее разработанными методами утилизации муниципальных радиоактивных отходов, т.е. отходов, не связанных с деятельностью АЭС и военно-промышленного комплекса, является цементирование, остекловывание, битумирование, сжигание в керамических камерах и последующее перемещение продуктов переработки в специальные хранилища. Всего в России около 20 спецкомбинатов.
Сложнее обстоит дело с захоронением радиоактивных отходов АЭС и ядерных военных производств.