Управление отходами. Захоронение твёрдых бытовых отходов

таточно влаги, мало воздуха, процессы разложения идут медленнее. В этот гори­ зонт вымываются из горизонта А через горизонт Е легкорастворимые органомине­ ральные вещества. Горизонт В часто называют подпочвой. В нем происходит ак­ кумуляция соединений железа, алюминия, гуминовых соединений и глины, выно­ симых из водной части почвенной толщи;

горизонт С - материнская порода, неизмененная и не подвергающаяся воз­ действию корневой системы;

горизонт R - коренная порода, в нее возможно просачивание только по тре­ щинам или разломам.

Количество, состав и мощность горизонтов зависят от местных климато­ географических и геологических условий.

Обобщенный почвенный профиль представлен на рис. 3.1.

Мощность почвы определяется (в см) глубиной почвообразовательного про­ цесса от поверхности земли до неизмененной материнской породы.

Сложение почвы выражается ее порозностью или плотностью. Оно зависит от ме­ ханического состава почвы, формы структурных частиц, коллоидных, минераль­ ных и степени разложения органических веществ. Спелая почва, пригодная для по­ сева растений, характеризуется рыхлым сложением (пухлая, пушистая). Структура почвы определяется по величине и форме отдельных комочков, на которые она способна распадаться. Различают структуры: крупитчатую (с клеверное зерно); зернистую (с горошину); комковатую; ореховую; призматическую; столбчатую и мучнистую. Наиболее благоприятна для агрономических нужд мелко-ореховая или зернистая структура.

Цвет почвы и особенно его изменение позволяет оценить интенсивность и на­ правление изменения процессов, протекающих в почвах. При хорошей аэрации почвы усиливаются ржавые оттенки, указывающие на увеличение содержания окисных соединений железа. Усиление сизых оттенков свидетельствует о появле­ нии закисных соединений железа, что характерно для процессов заболачивания. За­ пасы органических веществ и степень их разложения могут быть также оценены по цвету почвы. При анаэробных условиях, в кислой среде при избыточной влажности получается бурый полуразложившийся перегной, при хорошей аэрации, достаточ­ ной влажности в нейтральной среде образуется черный гумус.

Рассмотренные морфологические признаки определяют физико-химические свойства почвы, которые имеют решающее значение в процессах минерализации органических отходов, поступающих в почву. Учет этих свойств и применение со­ ответствующих агротехнических мероприятий позволяют устранить неблагоприят­ ные условия и использовать почву как среду для обезвреживания отходов.

3.2. Воздушный и водный режимы

Воздушный режим почвы определяется объемом воздуха, находящегося в ее порах. Пористость и воздухопроницаемость зависят от структуры и сложения поч­ вы: чем меньше структурные единицы и чем рыхлее почва, тем выше пористость и воздухопроницаемость. Воздушный режим почвы можно регулировать, изменяя ее сложение и структуру механической обработкой (вспашка, рыхление, уплотнение).

Проницаемость почвы для воздуха зависит исключительно от величины ее частиц, а не от общего объема пор. Чем частицы крупнее, тем при прочих равных условиях легче и в больших количествах проходит воздух. Если воздухопроницае­ мость мелкого песка принять за 1, то у среднего песка она составляет 30, у крупно­ го песка - 950, у мелкого и среднего щебня - соответственно 5000 и 10000 ед.

Почвенный воздух характеризуется меньшим содержанием кислорода (12 - 14%) и большим содержанием углекислоты (6-8%) по сравнению с атмосферным воздухом. На свалках содержание С02 в почвенном воздухе достигает 30%, а ко­ личество кислорода снижается до 2 - 5 %. Содержание метана й почвенном возду­ хе на загрязненных участках увеличивается до 21%, а водорода - до 27% [9].

Обмен между почвенным и атмосферным воздухом происходит при повыше­ нии и падении барометрического давления, нагреве и охлаждении поверхности почвы, атмосферного воздуха, рытье котлованов, траншей. Почвенный воздух с высокой концентрацией вредных веществ может вызывать загрязнение приземного слоя атмосферы, находящегося в зоне дыхания человека. Он проникает в подваль­ ные помещения, тоннели метро и другие подземные сооружения. В этих случаях при больших концентрациях загрязняющих веществ возможно неблагоприятное влияние почвенного воздуха на здоровье и санитарные условия жизни населения. Особенно важно помнить о возможности взрывов и пожаров при содержании в почвенном воздухе, проникшем в помещения, метана, водорода и других пожаро- и взрывоопасных компонентов.

Воздушный режим почвы определяет интенсивность и направление основных химических (восстановительных или окислительных) и биохимических микроби­ альных (анаэробных или аэробных) процессов. Воздействуя на воздушный режим, можно управлять процессами разложения органических компонентов ТБО в почве.

Водный режим почвы определяется влагоемкостью, водопроницаемостью, капиллярностью и гигроскопичностью. Влагоемкость в рыхлых почвах достигает 40-50%, в плотных - около 30%. Водопроницаемость оценивается как пропускная способность влаги за определенный промежуток времени. Глинистые, бесструк­ турные почвы пропускают воду очень медленно, плотные глины практически во­ донепроницаемы. Почвы зернистой, комковатой структуры, песок пропускают во­ ду быстро.

Капиллярность почвы характеризуется поднятием влаги по капиллярам почвы и испарением ее за определенный промежуток времени. Почвы с плотной структу­ рой, с сильно развитыми капиллярами, типа глины, способны быстро иссушаться. Зернистые, структурные, песчаные почвы иссушаются медленно.

Гигроскопичность характеризует способность почвы удерживать влагу и кон­ денсировать пары воды на поверхности ее частиц. Гигроскопичность при прочих равных условиях тем выше, чем больше в почве гигроскопичных солей, мелких структурных и коллоидно-распыленных частиц перегноя. Крупно-песчаные почвы обладают меньшей гигроскопичностью.

Водный режим можно изменять путем механической обработки почвы, регу­ лируя влажность, водопроницаемость, капиллярность, гигроскопичность (рыхле­ ние, прикатка, уплотнение, внесение перегноя, гигроскопичных солей и т.д.).

Грунтовые воды, залегающие на глубине более 1,5-2,0 м от дневной поверх­ ности, не влияют на водный режим почвы. Если глубина залегания грунтовых вод

ная кислота по мере ее образования поглощается корнями растений и вымывание происходит в меньших масштабах.

Почва способна также поглощать газы. Известно, что поглощение газов по­ ристыми телами увеличивается с повышением давления и ослабляется с повыше­ нием температуры. Поглощение газов почвой тем больше, чем меньше ее частицы. Так, суглинистые почвы поглощают газы лучше, чем песчаные. Из составных час­ тей почвы больше газов поглощают перегной, глина, углекислая известь, гидрат окиси железа. Наименьшую поглотительную способность имеет кварц.

Способность почвы поглощать газы позволяет немедленно уничтожить зло­ воние ТБО, изолировав их от наружного воздуха так называемой земельной засып­ кой. Для этого достаточно слоя грунта толщиной 15-20 см.

При попадании ТБО в почву часто возникают проблемы в связи с возможной миграцией из них или аккумуляцией в почве солей тяжелых металлов. В ряде слу­ чаев важно способствовать их аккумуляции, в других - миграции из по1гвы в воду или биомассу растений привнеся в почву определенные химические соединения, можно мобилизовать Или иммобилизовать интересующие нас ЭХВ, т.е. можно бо­ роться с солончаками и засолением, внося в почву гипс. Целенаправленным под­ бором реагентов-добавок можно иммобилизовать соли тяжелых металлов в почве, уменьшив возможность их вымывания дренажными водами.

3.3. Основные физико-химические и биологические процессы

ЭХВ, входящие в состав ТБО, при попадании в почву подвергаются сложному многонаправленному воздействию большого количества физико-химических и биологических факторов.

Почленный раствор обладает повышенной избирательной способностью к растворению химических соединений. В частности, входящие в его состав экзо­ ферменты, выделяемые многочисленной микрофлорой почвы, способствуют более быстрому и полному растворению некоторых плохо растворимых в обычных усло­ виях соединений.

Хорошо структурированная почва, содержащая достаточно гумуса, имеет большую развитую поверхность на разделе фаз твердое, жидкое, газообразное. Это способствует более активному, чем в обычных условиях, протеканию многих фи­ зико-химических процессов, чем в обычных условиях.

Почва является системой с большой сорбционной емкостью. Поэтому основ­ ная масса ЭХВ, попавших в почвенный раствор, сорбируется частицами почвы.

Растворение ЭХВ и их сорбция частицами почвы являются очень важными этапами дальнейших физико-химических и биологических процессов деструкции ЭХВ и синтеза новых соединений из них в почве.

Механизм разрушения ЭХВ в почве можно представить в упрощенном виде следующим образом. ЭХВ, попадая в почву, растворяются в почвенном растворе и переносятся им к частицам почвы. Частицы почвы покрыты биологически актив­ ной пленкой, состоящей из тонкого слоя воды и биомассы микроорганизмов - об­ лигатных и факультативных аэробов и анаэробов. Микроорганизмы могут быть за­ носными и задержанными почвой, а могут быть и собственно почвенными, посто­ янно,находящимися в ней.

При контакте ЭХВ с биологически активной пленкой, окружающей частиць почвы, происходит сорбция ЭХВ и контакт их с микроорганизмами. Если ЭХВ на* холятся в растворенном виде и в форме, пригодной для усвоения микроорганизма* ми, то происходит их всасывание микробной клеткой и нод воздействием эндо­ ферментов начинается трансформация в соединения, необходимые микробу щ жизнедеятельности. Если ЭХВ мало растворимы в воде и находятся в форме, не позволяющей микробу прямо его усвоить, то возможна более слож ная форш взаимодействия ЭХВ и микроба. Многие виды микроорганизмов способны выде­ лять за пределы микробного тела специальные вещества - экзоферменты, которые могут подготовить ЭХВ к усвоению: растворить, трансформировать, расщепить ш более простые соединения и т.д. Биохимические процессы, развивающиеся под влиянием почвенных организмов, приводят к полному разложению органических веществ ТБО.

Сообщество растительных и животных организмов, приспособившихся к ус­ ловиям обитания в почве, по аналогии с планктоном водных объектов называют эдафоном, а самих обитателей почвы - геобионтами (организмы, ж ивущ ие в поч­ ве).

Животные организмы принимают участие в образовании углекислоты, спо­ собствуют проветриванию почвы, обогащают ее кислородом, улучшают ее физи­

в поверхностном слое почвы на 1 га, то получим количества, измеряемые многиш сотнями килограммов и тоннами. На гектар плодородной земли приходится около 5 -7 тонн микробной, главным образом, бактериальной массы. Эта масса не явля­ ется лишь аккумулятором органических веществ, азота или других элементов пи­ тания,... это биологически активная масса, которая непрерывно развивается, не­ прерывно разлагается н непрерывно отмирает". Так как микробные клетки раз* множаются довольно быстро, то за несколько месяцев происходит многократная полная сменяемость биомассы, которая в процессе своего роста, развития, размно­ жения перерабатывает огромное количество органических и неорганических ве­ ществ, исчисляемое десятками тонн на 1 га.

Можно выделить следующие основные группы почвенных организмов: т венные бактерии; почвенные грибки; водоросли; простейшие (протозоа); корне mymiнематоды; дождевые черви; тысяченожки и др. Корни и другие оргаш высших растений, травянистых и деревьев, входят в состав почвенной массы. Чис ло и видовой состав микробов изменяются с глубиной почвы. Чем глубже почвеи ннй горизонт, тем меньше в нем гумуса и тем меньшее количество микробов нахо

дится в нем.

Уменьшение числа микробол по глубине почвы обусловлено задерживаний и поглотительной способностью ее верхних горизонтов, которые, являясь весьм эффективным фильтром, не пропускают большинство микробов.

Состав микрофлоры существенно меняется с глубиной. В верхнем слое, со держащем высокопнпгтельные вещества, обитают аэробы, питающиеся легко рас -творимыми веществами. В более глубоких слоях, бедных по содержанию органе чеекях веществ, приспособились жить факультативные аэробы и анаэробы, спо собные питаться трудно разлагаемыми органическими веществами жить как в ки

слородной, так и в бескислородной среде. Еще менее требовательны к питанию автотрофы - микробы, обитающие в глубоких слоях почвы. Они могут обходиться и без кислорода, и без готовой органической пищи, так как синтезируют органиче­ ские вещества из неорганических соединений.

Важнейшие группы почвенных бактерий: разлагающие клетчатку; гнилост­ ные; азотистые; серобактерии; железобактерии; фосфоррастворяющие; душистые.

В результате работы этих бактерий углеводы распадаются на воду и углеки­ слоту. Жиры сначала расщепляются на глицерин и жирные кислоты, которые затем разрушаются до воды и углекислоты. Белки распадаются на простейшие протеины, а затем на аминокислоты и аммиак. Сера белков переходит в сероводород, окис­ ляющийся в серную кислоту и сульфаты, углекислота - в карбонаты, фосфор - в фосфорную кислоту и фосфаты.

Аммиак, окисляясь под воздействием нитрифицирующих бактерий, превра­ щается в азотистую кислоту и ее соли, а затем под воздействием нитратных бакте­ рий нитриты окисляются до азотной кислоты и ее солей - нитратов. Схематически цепочку превращения аммиака в почве можно представить в следующем виде: ам­ миак - азотистая кислота и ее соли - азотная кислота и ее соли. Этот процесс полу­ чил название нитрификации.

При избытке углеводородов и других органических веществ в почве может идти обратный процесс - восстановление нитратов до нитритов и аммиака (денит­ рификация).

Наряду с процессами разложения органических веществ и минерализацией продуктов их распада до углекислоты, воды, сульфатов, нитратов, карбонатов, фосфатов и т.д., в почве идут и многообразные процессы синтеза сложного орга­ нического продукта, который получил название гумуса. По внешнему виду гумус представляет собой темную, коричневого цвета массу, похожую на перегной. В со­ став его входят лигнины, протеины, углеводы, жиры, органические кислоты. Ос­ новные компоненты гумуса - гумин, ульмин, креновая кислота. Синтез гумина ве­ дут аэробные бактерии, ульминовой кислоты - анаэробы, а креновой кислоты - грибки. По мнению большинства исследователей синтез входящих в гумус соеди­ нений происходит, в основном, вне микробной клетки за счет реакций конденса­ ции продуктов распада органических веществ при участии экзоферментов бакте­ рий.

Загрязняющие вещества ТБО разлагаются в почве с различной интенсивно­ стью, широко варьируются время их распада и полнота расщепления от многих ус­ ловий - химической природы ЭХВ, температуры, влажности, аэрации, величины нагрузки ЭХВ на почву, наличия развитой микрофлоры, pH, отсутствия веществ бактериоцидов и т.д.

При прочих равных условиях клетчатка разрушается довольно быстро боль­ шой группой микроорганизмов как в аэробных, так и в анаэробных условиях.

Крахмал и сахара в почве быстро разлагаются из-за высокой питательной ценности для большинства микробов, живущих в почве. Образующийся при этом водород широко используется в аэробных и анаэробных условиях микробами для синтеза органических кислот, входящих в состав гумуса.

Разложение жиров, по сравнению с другими процессами, протекает очень медленно. На скорость разложения влияет избыточная влажность почвы. Она чрез­

вычайно замедляет распад. В тяжелых влажных почвах разложение жира идет медленно, а в легких сухих песчаных - сравнительно быстро. Важно наличие) почвах плесневых грибков (Aspergillus), которые играют главную роль в разруше­ нии жиров.

Разрушение белков в почве протекает по-разному, в зависимости от многих условий. Очень важно, чтобы была нейтральная, а лучше слабощелочная среда (pH). При аэробных условиях процесс нитрификации идет быстрее. Наиболее эф­ фективна нитрификация при влажности 50 - 70 %. При влажности более 80 % нит­ рификация замедляется из-за ухудшения аэрации и создания благоприятных усло­ вий для развития анаэробных бактерий. При температуре выше 20°С нитрифика­ ция идет намного быстрее; оптимальная температура для нитрификации 25—30°С.

Кроме микроорганизмов, большую роль в разложении органических веществ

впочве играют животные организмы. На 1 га почвы содержится более одного млн. простейших, на 1 м2 - более нескольких десятков дождевых червей, нематод и дру­ гих животных, которые активно поедают мертвые растительные и животные ос­ татки и выделяют в почву экскременты. За несколько лет вся почвенная масса про­ ходит через пищеварительный тракт червей, обогащаясь при этом биологически активными веществами, известью. Черви переносят органическое вещество по вер­ тикальному профилю почвы, усредняют его содержание. Почвенные животные мо­ гут аккумулировать в себе загрязняющие вещества. Исключительно важна роль почвенных животных в формировании почвенного профиля, гумусовых слоев, структуризации почвы.

Изложенное позволяет сделать вывод о том, что почва, населенная геобионтами (микро- и макроорганизмами), структуризованная, аэрируемая, с благопри­ ятным температурным, воздушным и влажностным режимом, является хорошей средой для обезвреживания органических веществ ТБО, в ней они окисляются и превращаются в простейшие минеральные и органические соединения, безопасные

всанитарном отношении.

3.4. Загрязнение почвы биологическими и химическими компонентами ТБО и ее самоочищение

Почва считается биологически загрязненной, если в ней присутствуют возбу­ дители инфекционных заболеваний, яйца глистов, яйца и куколки паразитирую­ щих насекомых. Все эти биологические загрязнения могут попадать в почву вместе с ТБО. Наиболее опасным биологическим загрязнением считается занос в почву возбудителей инфекций, как сибирская язва, газовая гангрена, ботулизм, столбняк.

Биологическое загрязнение почвы оценивается с помощью прямых и косвен­ ных показателей. В качестве прямых показателей используются данные о количе­ ственном содержании в пробах почвы патогенных микробов, в качестве косвенных - содержание кишечной палочки (B.Coli) и анаэробов (содержание бактерий Перфрингенс). Эти бактерии являются санитарно-показательными (индикаторными) микроорганизмами, по их содержанию можно судить о присутствии или от­ сутствии патогенных микробов.

В качестве количественного критерия используется титр - наименьшее коли­ чество материала среды (вода, почва), в котором содержится одна кишечная па-

ломка или бактерия Перфрингенс. В соответствии с этим титр обозначается как ко- ли-титр или титр Перфрингенс. В табл.3.1 приведены показатели биологического загрязнения почвы.

Самоочищение почвы от биологического загрязнения происходит в результа­ те того, что в незагрязненной почве всегда существует мощный биоценоз, в состав которого входит большая группа антагонистов патогенных микробов. Антогонисты выедают патогенные микробы, уничтожают их за счет выделения антибиоти­ ков, воздействия бактериофагов. Часто причинами гибели микробов служит недос­ таток питательных веществ, неблагоприятный температурный и влажностный ре­ жимы.

В загрязненной почве процессы естественного самоочищения от биологиче­ ского загрязнения резко ослаблены. Это необходимо учитывать в практической деятельности.

В почве обычно имеются благоприятные условия для развития домашней и других видов мух. Наилучший способ борьбы с мухами - исключение возможности их контакта с гниющими ТБО, так как самки мух откладывают в них огромное ко­ личество яиц. В гниющих отбросах есть все условия для развития яйца до личинок, куколок и окрыленной мухи.

Самоочищение почвы от яиц, куколок и окрыленных мух происходит в ре­ зультате выедания их почвенными животными организмами, а также в результате неблагоприятного температурного и влажностного режимов.

Почва является благоприятной средой для развития геогельминтов. Меха­ низм самоочищения почвы от яиц и личинок геогельминтов аналогичен механизму самоочищения ее от яиц и куколок мух. В связи с этим важным является предот­ вращение попадания в почву жизнеспособных яиц глистов вместе с ТБО.

Согласно теории и практике нормирования содержания ЭХВ в почве нельзя расценивать сам факт попадания ЭХВ и нахождения их в почве в виде примесей как химическое загрязнение. Для оценки такого загрязнения принято использовать количественный критерий - предельно допустимую концентрацию ЭХВ в почве (ПДКп ЭХВ).

ПДКп ЭХВ - это максимальное его количество (в мг/кг пахотного слоя абсо­ лютно сухой почвы), установленное в экстремальных почвенно-климатических ус­ ловиях, при котором гарантируется отсутствие отрицательного прямого или опо­