Применение геохимических барьеров для безопасного захоронения отходов // Научно – технический потенциал Западного Урала в области конверсии военно – промышленного комплекса: докл. междунар. семинара. – Пермь, 2001. – С. 57-62. — Лаборатория геологии техногенных процессов

Рассмотрена возможность применения геохимических барьеров для улучшения экологической обстановки при захоронении отходов. Предлагаемые методы основаны на снижении техногенной миграции загрязняющих компонентов, т.е. переводе их в малоподвижные формы. Приведен ряд примеров практического использования геохимических барьеров для охраны окружающей среды на территории России. В качестве материалов при создании барьеров использовались природные материалы или иные вещества, например, производственные отходы. Использование предлагаемых методов в ряде случаев позволяет отказаться от строительства дорогостоящих очистных сооружений и по сравнению с существующими методами требует значительно меньше затрат.

Введение

Вблизи градопромышленных агломераций существует множество источников загрязнения (промплощадки предприятий, шламохранилища, отстойники, сбросы сточных вод и т.д.). Они могут образовывать локальные техногенные геохимические аномалии, оказывающие негативное влияние на экологическую ситуацию. Образование таких аномалий часто связано с техногенной миграцией загрязняющих компонентов в водной среде. Для снижения отрицательного воздействия разрабатываются методы ограничения распространения загрязнения путем использования геохимических барьеров. Понятие геохимический барьер введено А.И. Перельманом. Это участок, где происходит резкое уменьшение интенсивности миграции и, как следствие, концентрация элементов [2].

Сущность методов защиты окружающей среды от загрязнения с помощью геохимических барьеров заключается в переводе загрязняющих компонентов в малоподвижные формы. При этом возможно использование природных материалов или иных веществ, например, производственных отходов. В ряде случаев локализация загрязнителей может осуществляться за счет учета природных геохимических особенностей грунтовой толщи при выборе участков складирования или сброса отходов [1]. Опыт работы показал возможность использования барьеров в различных ситуациях.

Очистка сточных вод от взвешенных частиц

При разработке россыпных месторождений дражным способом значительный ущерб окружающей среде наносит сброс сточных вод с большим количеством взвешенных частиц. Для очистки дражных стоков от взвешенных частиц на месторождении алмазов в Пермской области предложено использовать грунтовые фильтры, укладываемые в русле реки. В качестве материала для фильтров использовались дражные отвалы, находящиеся здесь же в долине реки. Опытные натурные работы показали, что в зависимости от длины пути фильтрации концентрация взвешенных частиц в стоках может снижаться в десятки и сотни раз (рис. 1, табл.).

Основываясь на проведенных работах и путем решения обратной задачи, авторами вычислены оптимальные параметры грунтовых фильтров, учитывающие максимальную начальную концентрацию взвешенных веществ, гранулометрический состав используемых грунтов, расход реки и продолжительность эксплуатации фильтров. Применение грунтовых фильтров не требует высоких затрат и способно снижать содержание взвешенных частиц до значений близких к фоновым концентрациям [4].

Таблица Концентрация взвешенных веществ в стоках при применении грунтовых фильтров

Длина пути фильтрации, м	Исходная концентрация, мг/л	Концентрация ниже грунтовых фильтров, мг/л	Показатель С₀/С_х
30	183	8	23
30	630	5	126
30	3220	286	11
10	630	161	4
5	12000	6750	2

Нейтрализация кислых стоков

Шахты Кизеловского угольного бассейна в Пермской области сбрасывают практически без очистки в гидрографическую сеть кислые (рН=2-4) высокоминерализованные сульфатные воды, имеющие в составе повышенные содержания железа, алюминия, тяжелых металлов. Нейтрализацию кислых шахтных вод возможно проводить с использованием отходов щелочного состава. Лабораторные работы показали, что при использовании щелочных отходов содового производства водородный показатель шахтных вод повышается с 2,5-2,7 до 6,0-6,5. Содержание общего железа снижается с 240 до 0,5 мг/л. Содержание алюминия после опыта ниже пределов чувствительности анализа, при исходной концентрации 98 мг/л.

Снижение интенсивности загрязнения подземных вод в районах шахтных отвалов

Складирование отходов угледобычи в Кизеловском бассейне приводит к интенсивному загрязнению подземных вод. В районах породных отвалов воды первого от поверхности водоносного горизонта имеют низкие значения рН, повышенную минерализацию, а также высокие содержания сульфатов, железа, алюминия, тяжелых металлов. Для нормализации состава подземных вод в районах отвалов в качестве реагента предложено использовать соединений бария, а также дробленые карбонатные породы, укладываемые в траншеи в зоне стока с отвалов. Опытные натурные исследования показали, что в результате применения метода на опытном участке водородный показатель подземных вод повысился с 1,8-1,9 до 6,4 и сохранял близкие значения в течение года наблюдений. Минерализация воды, которая перед опытом составляла 19-24 г/л, снизилась до 3,5-4,0 г/л. Значительно снизилось содержание основных загрязняющих компонентов, мг/л: сульфаты — с 15000-17000 до 1600-1800, железо — с 3900-4600 до 1-2. Содержание алюминия в конце опыта находилось ниже пределов чувствительности анализа, при начальной концентрации 464 мг/л.

Снижение содержания сульфатов в технических водах

На Холбольджинском угольном разрезе, расположенном в аридной зоне Бурятии, использование для полива технической воды, большие запасы которой сосредоточены в выработанном карьере, затруднены повышенным содержанием в ней сульфатов — до 1200 мг/л. Для снижения содержания сульфатов использовались соединения бария. В результате опытных натурных работ содержание сульфатов снизилось до 440 мг/л (при максимально допустимой концентрации 500 мг/л). Содержание остальных компонентов не превышало нормативных значений (рис. 2).

Рисунок 2

Рис. 2. Схема снижения содержания сульфатов в технологической воде угольного разреза Холбольджинский

Снижение сульфатной агрессивности подземных вод

При планировочных работах на промплощадке Губахинского химического завода (Пермская область) использовались породы отвалов угольных шахт Кизеловского бассейна, характеризующиеся высоким содержанием различных форм серы. В результате подтопления в насыпных грунтах, на отметках выше заложения фундаментов, сформировались подземные воды, обладающие сульфатной агрессивностью к бетону. Снижение содержания сульфатов в подземных водах проводилось путем применения реагентов, содержащих барий (рис. 3).

Рис. 3. Снижение сульфатной агрессивности подземных вод с применением соединений бария

Проведенные на площадке опытные натурные работы показали, что в результате применения метода подземные воды, обладавшие средней и сильной сульфатной агрессивностью, становились неагрессивными по отношению к бетону. Кроме того наблюдался побочных эффект повышения прочностных свойств грунтов [3].

Защита подземных вод от загрязнения в районах шламохранилищ

Складирование отходов Пашийского металлургическо-цементного завода (Пермская область) привело к загрязнению подземных вод в районе действующего шламохранилища. В пульпе с щелочной реакцией среды выявлены повышенные содержания Cu, Cd, Pb, Zn, Ni, Mo, As, Ti, значительно превышающие ПДК (рис. 4). Авторами, совместно с лабораторией охраны геологической среды МГУ, предложено создание комплексного, многослойного экрана для снижения интенсивности загрязнения подземных вод. Лабораторные исследования показали, что применение метода обеспечивает защиту подземных вод от поступления указанных загрязнителей на весь период запланированной эксплуатации [5].

Рисунок 4

Использование отходов производства активированного угля для устранения последствий разливов нефтепродуктов

Разливы нефтепродуктов при авариях на нефтепроводах наносят существенный ущерб окружающей среде. Для ликвидации их последствий необходим поиск высокоэффективных методов, не требующих больших финансовых затрат. Лабораторные испытания, проведенные в связи с аварией на участке нефтепровода Сургут-Полоцк в Пермской области, показали, что при применении многокомпонентного сорбента на основе отходов производства активированного угля обеспечивается разрушение водно-нефтяной эмульсии и удаление нефти, как в объеме, так и с поверхности воды.

Часть сорбента после осаждения образует сорбирующий слой на дне, который при наличии фильтрации воды в грунт будет работать по принципу намывного фильтра. Плавающий компонент сорбента после его отработки может быть удален с поверхности воды. Сам сорбент не токсичен и может сжигаться после его использования.

Заключение

Опыт работы по созданию геохимических барьеров показал, что при разработке методов на каждом из конкретных объектов необходимо проводить исследование состава и границ загрязнения, типизацию природных условий по возможностям их применения, оценку грунтовой толщи, как естественного геохимического барьера, разработку моделей и методов расчета миграции загрязняющих компонентов. Использование предлагаемых авторами методов позволяет отказаться от строительства дорогостоящих очистных сооружений и проведения других природоохранных мероприятий, применяемых в настоящее время. Использование геохимических барьеров по сравнению с существующими методами требует значительно меньше затрат.

Защита подземных вод от загрязнения в районах проектируемых и действующих хвостохранилищ: Сб. научн. тр. / Под ред. В.И. Сергеева. — М.: Изд-во МГУ, 1992. — 168 с.
Перельман А.И. Геохимия. Учеб. для геол. спец. вузов. — 2-е изд., пераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1989. — 528 с.: илл.
Maximovich N.G., Blinov S.M. The use of geochemical methods for neutralization of surroundings agressive to underground structures // Proceeding 7 Int. Congress Ass. of Engineering Geology. Portugal,v.5. Lisboa. 1994. P.3159-3164.
Maximovich N.G., Blinov S.M. Hydrophere transformation in the diamond placers mining area in the Vishera river basin, the Urals// Engineering Geology and the Environment. Balkema, Rotterdam, Brookfield, 1997. V.3. P.2467-2469.
Maximovich N.G., Kulesheva M.L., Shimko T.G. Complex screens to protect groundwater at sludge sites. // Protection of groundwater from pollution and seawater intrusion. Bari, 1999. P. 14.