Студ. МИНЯЙЛО Е.Э., канд. геол.-мин. наук ВЫБОРОВ С.Г.(ДонНТУ)
Одной из актуальной задач современности является организация рационального природопользования, включая использование и охрану подземных вод, которые являются одним из основных компонентов природной среды. Подземные воды являются всенародным достоянием и ценнейшим полезным ископаемым.
Полигоны твердых бытовых отходов (ТБО) являются опасными источниками загрязнения окружающей среды. Особенно те из них, которые не оборудованы противофильтрационным экраном и эксплуатируются без должной изоляции инертным материалом и без необходимого уплотнения отходов. Таких полигонов в пределах Донецкой области подавляюще большинство. Экологические и санитарно-гигиенические проблемы в связи с их эксплуатацией практически одинаковы – это негативное воздействие на все компоненты окружающей среды: атмосферный воздух, почво-грунты, поверхностные и подземные воды, грунты основания и водовмещающие породы, растительный и животный мир, население прилегающих территорий. Комплексность данного воздействия проявляется также в том, что загрязнение носит поликомпонентный характер, то есть в окружающую среду со стороны полигонов ТБО различными путями поступают различные вещества весьма широкого спектра. Перечень компонентов-загрязнителей при этом постоянно увеличивается в связи с расширением потребительских возможностей населения и развитием технологий, расширяющих спектр применяемых веществ. Размеры ореолов и интенсивность загрязнения в их пределах определяются, прежде всего, технологией эксплуатации полигона и ландшафтно-геохимическими условиями его размещения.
Приведение полигонов твердых бытовых отходов в экологически безопасное состояние является весьма актуальной задачей, которая должна решаться на основе анализа всех факторов негативного влияния с оценкой его масштаба и интенсивности. Одним из основных объектов этого влияния являются подземные воды прилегающих к полигонам территорий.
Для оценки и прогноза качественного состояния подземных вод территорий размещения полигонов ТБО необходимо изучение основных механизмов взаимодействия складируемых отходов с подземной гидросферой и определение основных параметров загрязненных вод.
Под механизмом взаимодействия складируемых на полигонах бытовых отходов и подземной гидросферой понимается процесс постепенного замещения природных вод водами антропогенного происхождения, то есть закономерное необратимое изменение их макро- и микрокомпонентного состава [1].
В ТБО изначально всегда в достаточном количестве присутствует вода, что обусловлено высокой влажностью пищевых отходов. Однако основная подпитка тела отходов водой происходит за счет атмосферных осадков. В результате давления вышележащих масс отходов, а также под действием гравитации, эта вода отжимается и в основании полигона формируется своеобразный водоносный горизонт. Вода этого горизонта называется фильтратом, который представляет собой сложную по химическому составу полупрозрачную жидкость от желтовато-бурого до темно-коричневого цвета с ярко выраженным неприятным запахом биогаза – продукта разложения пищевых отходов.
Далее фильтрационный поток со стороны полигона продвигается сквозь толщу водовмещающих пород. Химически агрессивные с явно выраженной кислотной реакцией (рН около 6) воды, попадая в водоносные горизонты, нарушают сложившееся равновесие в системе вода – вмещающая порода. При этом под действием техногенных вод происходят интенсивные эпигенетические преобразования водовмещающих пород. Неизбежно, химически агрессивная вода приводит к изменению их структурно-вещественных параметров до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие в системе раствор-порода. В результате вокруг очага загрязнения формируется ореол эпигенетического замещения водовмещающих пород, имеющий закономерное внутреннее строение. Породы, изменяясь под действием техногенеза, локализуют данный негативный процесс в пределах ограниченного пространства, аккумулируют большие объемы загрязнителей, которые слагают минеральную основу и определяют геохимическую специализацию вновь образующихся эпипород.
Таким образом, в этих обменных процессах горные породы выступают в роли естественного фильтра для воды, которая при этом очищается, становится по ионно-солевому составу близкой к природной.
Если рассмотреть взаимодействующую систему вода-порода в направлении от источника, то можно установить определенную зональность, выраженную в закономерной смене ионно-солевого состава подземных вод. Вокруг полигона ТБО формируется закономерно-пространственный ореол замещения природных вод антропогенными. В пределах ореола воздействия фиксируется закономерная дифференциация макро- и микрокомпонентов подземных вод. Для каждой из зон характерен свой набор макро- и микрокомпонентов.
Общая направленность антропогенного замещения сводиться к формированию гидрохимической зональности вод в направлении от источника: хлоридные магниево- натриевые > гидрокарбонатно-хлоридные магниево-натриевые > хлоридно-гидрокарбонатно-сульфатные магниево-натриевые > гидрокарбонатно-сульфатные магниево-натриевые > сульфатно-натриевые > гидрокарбонатно-сульфатные натриево-кальциевые > гидрокарбонатные натриево-кальциевые (соответствуют пресным водам зоны гипергенеза). В этом же направлении отмечается снижение уровня минерализации в среднем от 8-9г/дм3 до 0,5-1,5г/дм3. Поэтому представленная зональность полностью подчинена степени растворимости солей в воде. Наиболее растворимые хлориды натрия и магния устойчивы в растворах с высоким уровнем минерализации, падение которой способствует растворению содовой составляющей (гидрокарбоната натрия), мирабилита (сульфата натрия), гипса. Это основные минералы, которые отмечаются визуально и легко устанавливаются химическим анализом в зонах эпигенетического замещения пород зоны аэрации и водовмещающих пород.
Гидрогеохимические параметры техногенных вод определяются набором макро- и микрокомпонентов. При этом макрокомпоненты определяют солевой состав вод, к ним относятся вещества, содержания которых превышают 10 мг/дм3, – это гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, реже нитраты, фториды, фосфаты, карбонаты, а также ионы кальция, магния, натрия, реже железа. Микроэлементы характеризуют гидрогеохимическую специализацию вод, их концентрация не превышает 10 мг/дм3. Данное деление условно, однако имеет под собой определенное обоснование. Содержание макрокомпонентов в воде более устойчиво. Оно имеет относительно равномерное распределение в пределах водоносного горизонта. Их концентрации изменяются постепенно. Распределение микроэлементов в пределах водоносных горизонтов носит неравномерный дискретный характер. Высокие концентрации на незначительном расстоянии сменяются низкими, с разницей в 100 и более раз. Несмотря на это, микрокомпоненты закономерно локализуются в пределах эпигенетических ореолов, концентрируясь в определенных зонах [2].
Это обусловлено тем фактором, что по отношению к любому природному или техногенному процессу замещения все макро- и микрокомпоненты подразделяются на:
- главные, контролирующие очаги загрязнения, содержание которых в пределах аномальных участков превышают предельно допустимые концентрации (ПДК);
- второстепенные, сопутствующие элементы, содержания которых не превышают ПДК, однако отмечается их привнос в аномальную зону по отношению к геохимическому фону. Концентрация данных элементов растет с увеличением содержания главных элементов – загрязнителей;
- нейтральные, инертные элементы, концентрация которых не меняется в процессе загрязнения, то есть остается в пределах фона;
- деконцентрирующиеся элементы, которые испытывают вынос из ореолов загрязнения под действием техногенных факторов. Они могут формировать на периферии основного ореола загрязнения вторичные ореолы или располагаться в его внешних зонах [2]. Существует закономерность: чем масштабнее и полнее проявлен процесс замещения, тем отчетливее наблюдается дифференциация элементов, и тем более, определеннее выделяются элементы выше представленных групп.
Типичным представителем большинства полигонов ТБО является свалка в Орджоникидзевском районе г. Мариуполя, расположенная на левом берегу р. Кальмиус.
Подземные воды в районе этой свалки ТБО заключены в различных литолого-стратиграфических горизонтах, образуя безнапорный комплекс водоносных пород, характеризующийся неоднородной проницаемостью в разных местах, единой уровенной поверхностью, направлением движения подземного потока и т.д. Комплекс является незащищенным от химического и микробного загрязнения вследствие отсутствия в кровле непроницаемых пород, а также малой величины зоны аэрации.
Уровенный режим водоносного комплекса испытывает техногенное влияние свалки:
- неровности рельефа, образующиеся в процессе отсыпки отходов, обилие замкнутых понижений способствуют застаиванию атмосферных осадков, затрудняют поверхностный сток и тем способствуют дополнительному питанию грунтово-техногенных вод;
- высокая пористость отходов способствует интенсивному просачиванию осадков, талых вод, что также увеличивает дополнительное питание подземных вод и вызывает повышение их уровенной поверхности;
- высокая влажность отходов, складируемых на свалке, способствует пополнению подземных вод за счет влаги, образующейся при уплотнении отходов и просачивающейся под действием силы тяжести.
Таким образом, уровенный режим горизонта зависит от многих факторов, в основном – техногенного характера. Режим горизонта нарушенный. Воды, просачивающиеся через тело свалки, образуют фильтрат, характеризующийся специфическим составом и свойствами, который, смешиваясь с водоносным горизонтом загрязняет последний. Местами (в локальных понижениях тела свалки и на левом берегу р.Кальмиус) фильтрат выклинивается на земную поверхность в виде мочажин, родников и смешивается с поверхностными водами.