В числе образующихся в Воронежской области отходов существенную часть составляют твердые коммунальные отходы (ТКО). Годовой объем их образования в целом по области составляет более 2,5 млн м3, или 20 % от общего количества отходов [1, 2].
Организованное (на полигонах) и неорганизованное (на несанкционированных свалках) длительное размещение отходов сопровождается процессами взаимодействия их и продуктов трансформации со всеми компонентами окружающей среды, формированием зон геохимического загрязнения вокруг объектов. Разработка эффективных решений по управлению экологической безопасностью объектов размещения ТКО возможна только на базе комплексных и систематических мониторинговых исследований как самих объектов, так и прилегающих территорий.
Целью работы является адаптация методологии геоэкологического мониторинга к объектам размещения отходов и разработка алгоритма принятия решений по управлению их экологической безопасностью.
Основные задачи:
‒ провести сравнительную характеристику объектов размещения ТКО как источников загрязнения окружающей среды;
‒ проанализировать факторы экологической опасности антропогенной геоэкологической системы «Объект размещения отходов» (АГС ОРО) и соответствующие виды геоэкологического мониторинга;
‒ разработать систему геоэкологического мониторинга территорий полигонов ТКО в зависимости от условий их эксплуатации в разных природно-ландшафтных районах Воронежской области;
‒ разработать алгоритм принятия решений по управлению экологической безопасностью АГС «объект размещения ТКО» на основе мониторинговых исследований.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования являются объекты размещения ТКО, расположенные в геоэкологических условиях Воронежской области.
Оценка объемов образования твердых коммунальных отходов в Воронежской области представлена в табл. 1 [3].
В настоящее время в Воронежской области основным способом обращения с отходами является размещение их на специальных объектах – полигонах. На территории области расположены 17 полигонов ТКО, включенных в Государственный реестр объектов размещения отходов (ГРОРО). Ежегодное количество отходов, размещенных на полигонах ТКО и свалках, составляет 1094,581 тыс. т [2].
Согласно данным, приведенным в территориальной схеме размещения отходов, в Воронежской области 80–100 % полигонов ТКО являются старыми, их эксплуатация началась во второй половине прошлого столетия, в настоящее время они достигли предела проектной вместимости.
Наряду с полигонами ТКО на территории Воронежской области присутствуют также несанкционированные свалки, число которых в 2015 г. составило 57 объектов, в 2019 г. – 232 объекта, в 2021 г. – 172 объекта [2].
Сравнительная характеристика ОРО, как источников загрязнения окружающей среды, проводилась методом анализа сходства и различия изучаемых объектов.
Разработка системы геоэкологического мониторинга осуществлялась на основе анализа приоритетных факторов опасности АГС «Объект размещения отходов» для окружающей среды и определения условий окружающей среды, подлежащих оценке, а также на основе метода совмещенного анализа карт.
Предложенный алгоритм принятия решений по управлению экологической безопасностью АГС «Объект размещения ТКО» базируется на поэтапном анализе факторов экологической опасности, рисков, прогнозировании масштабов и динамики геоэкологических процессов, оценке накопленного вреда окружающей среде на объектах размещения отходов разного возраста и статуса.
Таблица 1
Объемы образования ТКО в Воронежской области [3]
|
Показатели |
2019 г. |
2020 г. |
2021 г. |
|
Образование ТКО за отчетный год на основании данных федерального статистического наблюдения по форме 2-ТП (отходы), т |
1000301 |
838 587 |
970 061 |
|
Направлено на захоронение, т |
697210 |
834 027 |
938 311 |
Результаты исследования и их обсуждение
Масштаб образования отходов производства и потребления, их организованное и неорганизованное накопление в различных геоэкологических условиях в течение длительного времени позволяют рассматривать отходы и процессы их трансформации как факторы, оказывающие воздействие на все компоненты экогеосферы и формирующие открытую, находящуюся в постоянной вещественно-энергетической связи с внешней средой, антропогенную геоэкологическую систему (АГС) «Объект размещения отходов» [4].
Результаты разносторонних исследований [5–8] подтверждают длительное негативное воздействие таких систем на качество окружающей природной среды, выражающееся, прежде всего, в загрязнении ее компонентов и формировании накопленного вреда окружающей среде.
Таким образом, все объекты размещения отходов – как полигоны ТКО, так и несанкционированные свалки – являются источниками загрязнения окружающей среды, сравнительная характеристика которых представлена в табл. 2.
Процессы взаимодействия АГС «Объект размещения отходов» с окружающей средой имеют особенности в зависимости от возраста объекта и геоэкологических условий, в которых он находится.
Комплексное геоэкологическое исследование территории размещения АГС «Объект размещения отходов» позволяет ранжировать компоненты окружающей среды и районировать территорию по приоритетной опасности воздействия объекта [11].
К приоритетным факторам экологической опасности объектов размещения отходов относятся: эмиссия биогаза из тела полигона; эмиссия фильтрата из тела полигона, поверхностный сток; формирование техногенного рельефа; формирование патогенной микрофлоры; формирование техногенного грунта.
Обязательным мероприятием по обеспечению экологической безопасности всех объектов размещения отходов является проведение комплексного геоэкологического мониторинга состояния окружающей среды в районе их расположения (табл. 3).
Программу проведения мониторинга следует изменять в зависимости от условий эксплуатации полигонов в разных природно-ландшафтных районах Воронежской области. Так, проведенное районирование территории Воронежской области по водопроницаемости грунтов позволило выделить шесть районов, различающихся по геоэкологическим условиям, оказывающим наибольшее влияние на экологическую безопасность полигонов ТКО [12]. Распределение полигонов ТКО по выделенным районам показано на рисунке.
На основе проведенного районирования территории Воронежской области разработана система геоэкологического мониторинга территорий полигонов ТКО (табл. 4).
Таблица 2
Сравнительная характеристика объектов размещения ТКО, как источников загрязнения окружающей среды
|
Характеристики |
Вид объекта размещения ТКО |
|
|
Полигон |
Несанкционированная свалка |
|
|
Происхождение |
Антропогенный объект |
Антропогенный объект |
|
Расположение |
На поверхности Земли |
На поверхности Земли |
|
Принадлежность |
Есть управляющая компания |
Бесхозяйный объект |
|
Эксплуатация объекта |
Регламентируется [9,10] |
Не регламентируется, происходит стихийно |
|
Источник химического воздействия |
Отходы ТКО IV–V классов опасности (малоопасные и практически неопасные) |
Промышленные и коммунальные отходы I–V классов опасности (не контролируется) |
|
Природоохранные мероприятия |
Предусмотрены при строительстве и эксплуатации |
Отсутствуют |
|
Система мониторинга окружающей среды |
Предусмотрена |
Отсутствует |
Таблица 3
Факторы экологической опасности АГС «Объект размещения отходов» и соответствующие виды геоэкологического мониторинга
|
Воздействие АГС «Объект размещения отходов» на ОС |
Приоритетные факторы опасности для окружающей среды |
Условия окружающей среды, подлежащие оценке |
Виды геоэкологического мониторинга |
|
Эмиссия биогаза из тела полигона |
1. Влияние на компонентный состав атмосферы (парниковый эффект). 2. Неприятный запах и загрязняющие вещества в воздухе близлежащих населенных мест (качество среды обитания). 3. Рассеивание и последующее осаждение загрязняющих веществ на территориях, прилегающих к объекту |
1. Метеорологические параметры. 2. Концентрация загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. 3. Расположение населенных территорий |
1. Гидрометеорологический мониторинг. 2. Мониторинг атмосферного воздуха |
|
Эмиссия фильтрата из тела полигона, поверхностный сток |
1. Загрязнение подземных и поверхностных вод. 2. Загрязнение почв прилегающих территорий |
1. Водопроницаемость рельефообразующих пород. 2. Глубина и защищенность подземных вод, наличие водозаборов. 3. Расположение поверхностных водных объектов на прилегающей территории, вектор движения подземных вод |
1. Мониторинг качества поверхностных и подземных вод. 2. Мониторинг и оценка фильтрационных параметров водоносных горизонтов, скорости движения подземных вод |
|
Формирование техногенного рельефа |
1. Влияние на устойчивость естественных форм рельефа. 2. Влияние на динамику экзогенного рельефообразования. 3. Проявления неблагоприятных и опасных геоморфологических процессов. 4. Изменение параметров солнечной инсоляции и адвекции |
1. Геоморфологические параметры территории. 2. Параметры экзогенной геодинамики |
1. Мониторинг экзогенных геологических процессов |
|
Формирование патоген-ной микро-флоры |
1. Микробиологическое загрязнение подстилающих грунтов. 2. Микробиологическое загрязнение почв на прилегающей территории 3. Микробиологическое загрязнение подземных и поверхностных вод. 4. Распространение патогенной микрофлоры представителями фауны |
1. Водопроницаемость рельефообразующих пород. 2. Глубина и защищенность подземных вод, наличие водозаборов. 3. Расположение поверхностных водных объектов на прилегающей территории, вектор движения подземных вод. 4. Параметры биологической и микробиологической активности почв прилегающих территорий. 5. Количественный и видовой состав фауны |
1. Мониторинг состояния почвогрунтов, подземных и поверхностных вод по микробиологическим и санитарно-паразитологическим показателям |
|
Формирование техногенного грунта |
1. Замена естественных почв и грунтов техногенно сформированными с высокой концентрацией техногенных элементов. 2. Ограничения по использованию территорий после ассимиляции отходов окружающей средой |
1. Структура почвенного покрова территории. 2. Характеристики продуктивности почв. |
1. Мониторинг состояния почвогрунтов по химическим, микробиологическим, санитарно-паразитологическим показателям. |
Размещение полигонов ТКО в различных природно-ландшафтных районах Воронежской области: 1 ‒ полигон ТБО городской округ г. Нововоронеж; 2 ‒ Россошанский полигон ТКО; 3 ‒ Аннинский полигон ТБО; 4 ‒ полигон ТБО Борисоглебский городской округ; 5 ‒ Новоусманский полигон ТБО; 6 ‒ Ольховатский полигон ТБО; 7 ‒ Семилукский полигон ТБО; 8 ‒ Подгоренский полигон ТБО; 9 ‒ Лискинский полигон ТБО; 10 ‒ полигон ТБО г. Острогожск 1 очередь 1 секция; 11 ‒ Каменский полигон ТБО; 12 ‒ Новохоперский полигон ТБО; 13 ‒ Семилукский полигон ТБО (Каскад); 14 ‒ полигон ТБО п. Давыдовка (Лискинский район, п. Давыдовка); 15 ‒ Павловский полигон ТБО; 16 ‒ Верхнемамонский полигон ТБО; 17 ‒ Богучарский полигон ТБО
Таблица 4
Система геоэкологического мониторинга территорий полигонов ТКО в Воронежской области с учетом природно-ландшафтного районирования
|
Районы |
Система мониторинга полигона ТКО |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
Северо-западный |
+ |
++ |
+ |
+ |
++ |
++ |
++ |
+ |
+ |
+ |
|
Западный |
+ |
++ |
+ |
+ |
++ |
++ |
++ |
+ |
+ |
+ |
|
Южный |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
++ |
++ |
+ |
+ |
+ |
|
Центральный |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
++ |
++ |
+ |
+ |
+ |
|
Северо-восточный |
+ |
* |
+ |
+ |
+ |
* |
++ |
+ |
+ |
+ |
|
Юго-восточный |
+ |
* |
+ |
+ |
+ |
* |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ – обычная программа; ++ – расширенная программа; * – сокращенная программа
1. Мониторинг поступающих отходов препятствует захоронению запрещенных отходов. 2. Мониторинг складирования отходов, которые должны своевременно экранироваться и размещаться по картам. 3. Мониторинг санитарно-защитной зоны (СЗЗ) проводится для ее сохранения. 4. Мониторинг шумового загрязнения среды: контроль уровня шума на полигоне и границах СЗЗ. 5. Мониторинг состояния атмосферного воздуха: проводится на полигоне и границах СЗЗ. 6. Мониторинг состояния подземных вод: контроль проникновения фильтрата в подземные воды. 7. Мониторинг поверхностных вод: контроль загрязнения поверхностным и подземным стоком полигона. 8. Мониторинг почв в СЗЗ. 9. Мониторинг растительности СЗЗ. 10. Мониторинг противоэпидемиологических мероприятий.
Постоянный мониторинг объектов размещения отходов и прилегающих территорий позволяет проанализировать динамические параметры негативных процессов и разработать решения по управлению экологической безопасностью объекта размещения отходов (табл. 5).
Таблица 5
Алгоритм принятия решений по управлению экологической безопасностью АГС «объект размещения ТКО»
|
Алгоритм принятия решений по управлению экологической безопасностью проектируемых полигонов ТКО |
Алгоритм принятия решений по управлению экологической безопасностью существующих полигонов ТКО |
Алгоритм принятия решений по управлению экологической безопасностью несанкционированных объектов размещения ТКО |
|
1. Геоэкологический анализ территории на основе данных метеорологического, геологического гидрологического, атмосферного многолетнего мониторинга |
1. Ретроспективное моделирование геоэкологических процессов на объектах размещения ТКО на основе архивных данных метеорологического мониторинга на территории размещения объекта |
1. Геоэкологический анализ территории на основе данных метеорологического, геологического гидрологического, атмосферного многолетнего мониторинга |
|
2. Моделирование и прогнозирование процессов взаимодействия объекта размещения отходов с окружающей средой на всех этапах его существования на базе мониторинговых исследований подобных объектов |
2. Анализ механизма формирования и оценка накопленного вреда окружающей среде на основе геохимического мониторинга компонентов окружающей среды, подвергшихся воздействию объекта размещения отходов |
2. Оценка воздействия объекта на геосферы. Картографическое моделирование распределения в геосферах загрязняющих веществ на основе данных многолетнего геоэкологического мониторинга |
|
3. Анализ и оценка геоэкологических рисков по приоритетности в конкретных условиях с использованием данных геологического, гидрологического мониторинга, мониторинга подземных вод, почв атмосферного воздуха |
3. Прогнозирование масштабов и динамики геоэкологических процессов при дальнейшем существовании объекта с применением экстраполяции существующих данных мониторинга исследуемого объекта, а также других аналогичных объектов |
3. Оценка накопленного вреда (ущерба) окружающей среде на базе данных мониторинга загрязнения компонентов окружающей среды |
|
4. Разработка экозащитных решений для каждого этапа с учетом приоритетных рисков, в том числе системы и программ мониторинга экогеосферы |
4. Анализ и оценка геоэкологических рисков по приоритетности в конкретных условиях с использованием данных геологического, гидрологического мониторинга, мониторинга подземных вод, почв атмосферного воздуха |
4. Разработка решений по ликвидации объекта, включающих системы экологического мониторинга в период проведения работ, а также после ликвидации объекта для оценки экологической эффективности реализованных решений |
|
5. Разработка экозащитных решений для каждого последующего этапа с учетом приоритетных рисков, в том числе системы и программ мониторинга экогеосферы |
5. Разработка решений по ликвидации накопленного вреда окружающей среде, включающих системы экологического мониторинга в период проведения работ, а также после ликвидации объекта для оценки экологической эффективности реализованных решений |
Заключение
Осуществление сравнительной характеристики объектов размещения ТКО позволяет рассматривать эти объекты как антропогенные геоэкологические системы, имеющие схожие идентификационные характеристики, но существенно различающиеся по условиям и возможностям их воздействия на окружающую среду.
Анализ факторов экологической опасности АГС ОРО позволяет выделить и сопоставить приоритетные факторы опасности для окружающей среды, условия окружающей среды, подлежащие оценке с целью оптимизации геоэкологического мониторинга ‒ обязательного мероприятия по обеспечению экологической безопасности всех объектов размещения отходов.
Программу проведения мониторинга следует изменять в зависимости от геоэкологических условий эксплуатации. В качестве примера разработана система геоэкологического мониторинга территорий полигонов ТКО Воронежской области на основе районирования ее территории по водопроницаемости грунтов. В зависимости от условий эксплуатации полигонов в выделенных районах программа мониторинга может быть обычной, расширенной, сокращенной.
Постоянный мониторинг объектов размещения отходов и прилегающих территорий позволяет проанализировать динамические параметры негативных процессов и разработать решения по управлению экологической безопасностью объекта размещения отходов.
В основе разработанного алгоритма принятия решений по управлению экологической безопасностью АГС ОРО находится:
− поэтапный анализ факторов экологической опасности и рисков;
− прогнозирование масштабов и динамики геоэкологических процессов;
− оценка накопленного вреда окружающей среде на объектах размещения отходов.
Ключевым аспектом применения разработанного алгоритма является идентификация объекта размещения отходов по его статусу и этапу жизненного цикла.
Результаты исследования и предложенные решения могут быть использованы в процессе проектирования и эксплуатации полигонов ТКО, а также в постэксплуатационном периоде, в процессе разработки и реализации проектов рекультивации и ликвидации несанкционированных свалок.