Обустройство мест захоронения бытовых отходов

В современном коммунальном хозяйстве предус­мотрен целый комплекс мероприятий по сбору, пере­работке, утилизации и захоронению бытовых отхо­дов. Действия по управлению отходами включают сортировку мусора, переработку части бытовых от­ходов, компостирование, сжигание отходов, а также глубокое их преобразование. В конечном итоге все эти меры должны способствовать уменьшению коли­чества отходов, подлежащих захоронению.

Мусороперерабатывающих предприятий в Украи­не — единицы. В основном твердые бытовые отходы захораниваются в лучшем случае на «санитарных» полигонах, в худшем — на мусоросвалках.

Полигоны ТБО — это оборудованные сооруже­ния, в основном — в специально устроенных выемках, котлованах или карьерах, где складируются бытовые отходы. Мусор, доставляемый на полигоны автотран­спортом, равномерно распределяется по поверхности, уплотняется, а образованные таким образом толщи перекрываются слоями глины, мергеля, песка. По­лигон разбивается на участки (очереди) по порядку эксплуатации. Вначале отрабатывается один участок, затем он перекрывается слоем песчано­глинистого ма­териала, а отходы складируются на очередном участке и так далее. При этом дно выемки со временем запол­няется, но по принятым у нас нормам эксплуатация полигона не прекращается. В результате вырастает настоящая гора из мусора — примерами могут быть Ялтинский полигон ТБО в районе Гаспры, Луганский, Мариупольский полигоны.


Необорудованный полигон ТБО — городская свалка Балаково (Саратовская область, РФ). Космоснимок QuickBird


Полигон ТБО в Гаспре (Большая Ялта)

Понятно, что накопленные объемы отходов пред­ставляют серьезную опасность для окружающей сре­ды. Загрязняются практически все компоненты гео­систем — поверхностные и подземные воды, почвы, биота, воздушный бассейн. Особую опасность пред­ставляет собой фильтрат. Фильтрат — это весьма токсичная жидкость, насыщенная микроорганизма­ми, содержащая кислоты, соли тяжелых металлов, продукты гниения, которая образуется при просачи­вании сквозь слои мусора дождевых, талых вод, при орошении (применяемого, в частности, для предот­вращения пожаров). Попадание фильтрата в поверх­ностные и подземные воды чревато серьезными по­следствиями.

Настоящим бедствием для полигонов ТБО явля­ются пожары. Иногда очень сложно ликвидировать тление мусора, которое может продолжаться неделю и больше.

На полигонах отходы утилизируются согласно технологическим нормам, принимаются меры по ути­лизации фильтрата, борьбе с возгоранием мусора и т. п. Устройство и функционирование этих объектов должно производиться в соответствии с Санитарны­ми нормами и правилами (в частности Санитарными правилами устройства и содержания полигонов для твердых бытовых отходов № 2811­83) и ДБН (В.2.4­2­2005. «Полигоны твердых бытовых отходов»). Украине стоит перенимать передовой европейский опыт по ор­ганизации санитарных полигонов. Европейские стандарты сооружения хранилищ ТБО предусматривают двухступенчатую гидроизоляцию, устройство сбор­ных емкостей для фильтрата, утилизацию биогаза, об­разующегося в толще мусора, постоянный мониторинг вод и атмосферы в радиусе до 20 км от полигона. Не го­воря уже о том, что на полигон в 80% случаев посту­пает отсортированный мусор, из которого извлечены компоненты, пригодные для вторичной переработки, и токсичные элементы.

Гораздо большую опасность для окружающей сре­ды и населения представляют мусоросвалки, то есть места для вывоза бытовых отходов, где не применя­ются особые меры по утилизации отходов. Мусоро­свалки имеются практически около каждого города или поселка в нашей стране, небольшие собственные свалки — почти у каждого села.

Особенно характерное, к сожалению, явление для Украины и многих постоветских стран — стихийные, несанкционированные свалки около городов, сел, дачных поселков, крупных строек, устраиваемые в лесных массивах и лесополосах, в оврагах, карьерах, около заброшенных сооружений. Иногда размеры этих стихийных свалок значительны и превышают площади землеотводов под санкционированные му­соросвалки. На окраинах отдельных городов, вблизи дачных поселков, баз отдыха насчитывается с де­сяток стихийных свалок. Некоторые из них иногда горят, некоторые размываются временными водны­ми потоками, во многих местах лес или лесополосы существенно замусорены. Ну и, наконец, иногда по­являются данные о крупных несанкционированных свалках, которые являются «бесплатной альтерна­тивой» санитарным полигонам, на которые бытовые и строительные, а то и промышленные отходы выво­зятся автотранспортом в больших объемах.

Идея работ по мониторингу свалок дистанционными средствами и ее реализация

Получены важные практические результаты, пока­зывающие эффективность применения данных ДЗЗ, в частности космических снимков высокого (2–10 м) и сверхвысокого (0,5–2 м) разрешения, для мониторин­га как полигонов ТБО, так и мусоросвалок, для вы­явления стихийных свалок, а также для изучения со­стояния территории вокруг этих объектов.

Первые опытно­методические исследования в Украине в этом направлении выполнены в 2007 г. в ГНПЦ «Природа» В. С. Готыняном, М. В. Аристовым, О. В. Томченко и Л. И. Миколенко. Работы выполнялись с использованием материалов съемок 1986–1989 гг. (по­лученных с аппаратов «Ресурс», камера КФА­1000) из архивов центра «Природа», а также снимков QuickBird, на территории Киевской области. Многие признаки, по которым распознаются свалки на космических сним­ках КФА­1000 и QuickBird, были определены О. В. Том­ченко и Л. И. Миколенко, а идея анализа геодинамики в районе расположения полигонов бытовых и про­мышленных отходов принадлежит В. С. Готыняну.

Автор продолжил работы по изучению и кар­тографированию свалок, в том числе стихийных, в 2008–2009 гг. в компании «Институт прикладной географии» (I-AG.Ukraine). Исследования выполня­лись уже с применением количественных методов интерпретации данных ДЗЗ. Кроме того, были вы­полнены обзорные работы по территории не только Киевской области, а и пяти других областей Украины и АР Крым. В нынешнем году Институт планирует выполнить исследования по мониторингу участков захоронения бытовых отходов и выявлению неза­конно устроенных мусоросвалок на территории со­седних стран, в частности России, Венгрии, Румынии и Болгарии. Начиная с 2008 года основным материа­лом для исследований являются космические снимки QuickBird и IKONOS, а также IRS-1C/1D. Далее в статье приводятся результаты этих работ.

Некоторые особенности дешифрирования: бытовые отходы лучше выявляются качественными, а строительные — количественными методами

Японские специалисты (C. Оши, Я. Яцуока, М. Та­мура), работающие над выявлением нелегальных сва­лок промышленных отходов, для обнаружения отходов по яркостным признакам используют нормированные спектральные индексы — NDVI и VSW. При этом они не используют снимки высокого пространственного разрешения — лишь данные с ASTER и Landsat-7, об­следуя подозрительные участки с самолетов.

Мы вычисляли нормированные спектральные индексы, используя данные мультиспектральной съемки, полученные со спутников серии IRS. Были выделены в основном крупнейшие полигоны скла­дирования отходов, большая часть которых известна и хоть в какой­то степени контролируется органами экологического надзора.

Автор предлагает другой подход. Отходы, осо­бенно строительные, имеют очень характерные спек­тральные свойства. Альбедо смеси бетонных облом­ков, ломаного кирпича, жести, стекла и цементной пыли мы, основываясь на эмпирических данных, оцениваем примерно на уровне 25–35%. В видимом диапазоне строительные отходы всегда имеют более высокую яркость, чем окружающие земные покро­вы — растительность на полях, на необрабатываемых землях, открытая почва, вода, искусственные покры­тия (асфальт, гравий и т. п.). Бытовые отходы имеют не столь выраженные спектральные признаки, одна­ко, как правило, также отличаются по яркостным па­раметрам от других материалов.

Далее с помощью модулей для контролируемой классификации и итеративной методики неконтроли­руемой классификации (ISODATA) в ERDAS Imagine мы, выделяя сигна­туры «отходы строительные», «от­ходы бытовые», «загрязненная тер­ритория», осуществляли обработку изображений, используя несколько узких спектральных каналов.

Исходный снимок IRS-1D


Результат классификации по алгоритму ISODATA. Выделены участки, распознанные как свалки. Обратите внимание на «свалку у шоссе»

Естественно, полученные данные верифицировались. На изо­бражениях, полученных с по­мощью и контролируемой, и не­контролируемой классификации, выделялись ложные объекты, ин­терпретируемые как свалки: очень часто — карьеры, выемки, а также участки с деградировавшим поч­венным покровом, склады сы­пучих материалов и т.п. Однако данный подход позволил выявить некоторые неучтенные места скла­дирования отходов.

Так, с помощью такого алгорит­ма была выявлена очень крупная свалка на окраине Киева, располо­женная у трассы Киев — Одесса. Позже мы получили на эту терри­торию снимок QuickBird, который подтвердил наши выводы. Достаточно надежные результаты были получены с примене­нием количественных методов дешифрирования на территории Луганской области, АР Крым и на территории России.

Экологический мониторинг в районах захоронения отходов

Как видно на иллюстрациях к статье, полигоны захоронения от­ходов хорошо видны на снимках QuickBird и IKONOS. На обору­дованных полигонах различимы участки, поочередно заполняемые мусором, емкости для сбора филь­трата, установки по переработке мусора и выпариванию фильтра­та, подъездные пути.

Небольшие свалки также хоро­шо дешифрируются на снимках. Часто выделяются и стихийные, несанкционированные свалки (о них пойдет речь далее).

Необходимо оценить влияние, которое захороненные отходы оказывают на окружающую среду. Прежде всего, фиксируется загряз­нение почвенного и растительного покрова. На снимках различимы участки складирования отходов за пределами полигонов, в близле­жащих выемках и карьерах, и даже в лесополосах около обустроенных полигонов. Как уж отмечалось, в большинстве случае мусор дешиф­рируется и в лесных массивах.

Анализируя место свалки в си­стеме водораздел — склон — овраг (или речная долина), можно про­гнозировать, куда будут поступать поверхностные воды, которые, ин­фильтруясь сквозь мусор, напиты­ваются токсичными соединениями и микробами. Расположение сва­лок на склонах эрозионных форм, в долинах недопустимо, тем не ме­нее до 15% свалок, особенно необо­рудованных, расположены именно таким образом.

Сложнее выявить загрязне­ние подземных вод фильтратом. Для этого результаты дешифри­рования снимков должны со­поставляться с картами уровня грунтовых вод, другими гидро­геологическими данными. Прове­дение таких исследований, в том числе с помощью ГИС, позволяет получить очень ценные данные.

На территории Киева, в районе Пирогово, расположен закрытый полигон ТБО, не функционирую­щий уже на протяжении 20 лет. Несколько лет назад в частном сек­торе Пирогово резко возросла за­болеваемость жителей различных возрастных категорий, пользовав­шихся водой из колодцев и сква­жин. И хотя существенных откло­нений по показателям качества воды не было выявлено, можно было предположить, что продукты распада органики попали в грун­товые воды. Поток грунтовых вод в данном районе направлен в сто­рону Днепра. Сопоставив располо­жение закрытого полигона ТБО и расположение местных источни­ков водоснабжения, а их в районе на так много, можно спрогнозиро­вать, что именно в этих колодцах и скважинах проявились «следы» фильтрата.

Анализ воздействия природных процессов на свалки

Санитарные полигоны, дру­гие участки утилизации отходов в той или иной степени подверже­ны влиянию природных и техно­генных воздействий. Упомянутые в первом разделе статьи ДБН и СНИП регламентируют требования к размещению полигонов ТБО, к инженерной подго­товке и защите территории. Принятые меры должны исключить попадание фильтрата в подземные воды, препятствовать распространению загрязнения, воз­горанию мусора, соответствующим образом должна осуществляться трамбовка, засыпка отходов, сбор и утилизация фильтрата и т. д.

Проблема в том, что многие свалки, особенно в сельской местности, расположены на участках, где отсутствует и инженерная подготовка, и инженерная защита. Поэтому в случае необоснованного выбора участка свалка может размываться талыми и дожде­выми водами (несколько примеров в Киевской, Луган­ской областях) или сползти в реку вместе с массивом грунта (окрестности города Ботошань в Румынии). 

Изучение динамики свалок и мониторинг закрытых полигонов твердых бытовых и строительных отходов

Разновременные космические снимки (time series) можно использовать в качестве основы при изучении динамики свалок. На снимках высокого разрешения хорошо видны отработанные, закрытые и действую­щие очереди свалок. Можно вычислить площадь от­дельных участков полигонов ТБО, эксплуатировав­шихся в различное время.

Особое значение имеет мониторинг закрытых по­лигонов, на которые продолжают свозиться отходы. На рисунке показан полигон ТБО в районе Сор­тировка, расположенной в Харькове. Сравнение двух снимков, полученных с интервалом в 19 лет (1990 и 2008 гг.), показывает, что площадь накопленных отхо­дов возросла, в то время как по официальным данным полигон не функционирует. Аналогичные примеры можно найти и в других городах и районах Украины. 


Официально закрытый полигон ТБО в районе Сортировка на архивном (слева) и актуальном (справа) снимках. Красным цветом показаны участки складирования мусора

Выявление самовозгорания мусора

Самовозгорание мусора — не редкость на свалках, особенно если отходы регулярно не перекрываются слоями грунта. Возгорания случаются преимуще­ственно летом. Горючих же материалов в структуре бытовых отходов немало — бумага, ткани, пенопласт, полиэтилен и т. д.

Но и законсервированные, пересыпанные грун­том слои, содержащие органику, также таят в себе опасность. Особенно это касается мощных толщ му­сора, накопленных за многие годы. Внутри них про­исходит разложение органических веществ с выделе­нием метана и тепла. В результате внутри этой толщи может начинаться процесс горения, и не исключено, что он постепенно охватит почти весь полигон ТБО.

В Германии проводились опытные съемки поли­гонов ТБО с помощью тепловизоров, установленных на самолетах. Они показали, что распределение тем­ператур в толщах мусора весьма контрастно и под­твердили наличие температурных аномалий, связан­ных с интенсивными процессами преобразования органических отходов и газовыделением. 

На космических же снимках фиксируются уже крупные пожары на мусоросвалках. На иллюстрации показан фрагмент снимка QuickBird, где виден шлейф дыма от горения мусора в западной части полгона ТБО г. Белая Церковь.


Самовозгорание мусора на полигоне ТВО города Белая Церковь. На космоснимке QuickBird заметен шлейф дыма

Начиная с 2000 года было отмечено несколько крупных пожаров на свалках бытовых отходов, в част­ности в районе Луганска, Ужгорода, Севастополя.

Естественно, стоимость космических снимков QuickBird или IKONOS не позволяет периодически снимать участки горения. Поэтому необходимо было выяснить, видны ли шлейфы дыма или другие при­знаки пожара на космических снимках с меньшим пространственным разрешением. Удалось подобрать архивные снимки IRS на Луганский полигон ТБО, полученные в период пожара. Дымовые шлейфы от­четливо видны на снимках в момент горения мусора. Хотя точно площадь горения определить невозмож­но, по направлению шлейфов можно судить о направ­лении ветра и указать районы города и близлежащие населенные пункты, которые ощутили воздействие токсичных продуктов горения.

На снимках, полученных со спутников ДЗЗ с низ­ким пространственным разрешением — TERRA (многозональный сканер MODIS), не удалось выявить ни косвенных признаков горения, ни однозначно ин­терпретируемых тепловых аномалий в ИК­диапазоне. Очевидно, что пожары на свалках имеют сравнитель­но небольшую площадь, не более 2–3 га, поэтому для их выявления необходимо использовать космичес­кие снимки с разрешением в тепловом диапазоне — не менее 50–60 м, в видимом — 5 м. 

Выявление стихийных, несанкционированных мусоросвалок

Как уже отмечалось, вблизи городов и сел, дачных и курортных поселков, промышленных и сельско­хозяйственных предприятий расположены десятки стихийных свалок, на которых утилизируются бы­товые, строительные отходы, а иногда и отходы про­изводства. Низкая культура обращения с отходами, перегруженность оборудованных свалок, часто — безнаказанность организаторов такой вот утилиза­ции мусора являются причинами возникновения нелегальных, несанкционированных свалок. Их раз­меры, как показывают иллюстрации, могут быть очень значительными.

Выявление и ликвидация стихийных свалок, ре­культивация земель и очистка лесных массивов и ру­сел малых рек на их месте, выявление виновных в на­рушении экологического законодательства — важная задача местных органов исполнительной власти, эко­логической и земельной инспекции.

Космические снимки с разрешением 1 м и менее (IKONOS, QuickBird, GeoEye) — надежная основа для выявления и картографирования таких объектов.

По космическим снимкам таких свалок на тер­ритории Киевской области выявлено более 30, АР Крым — 15, Луганской области — 12.

Выводы и направления дальнейших работ

Изложенный материал позволяет убедиться в эф­фективности использования данных космической съемки для изучения и картографирования полиго­нов бытовых, строительных отходов, свалок, для вы­явления нарушений правил обращения с отходами, в частности организации стихийных свалок.

Выявление, картографирование, мониторинг мест накопления отходов на территории областей Украи­ны на основе космических снимков имеют несколько целей:

1. На территорию областей составляются карты ис­точников стационарного загрязнения, другие эколо­гические карты, где показываются полигоны захоро­нения отходов. Наложение на эти карты результатов дешифрирования снимков, получаемых в виде слоев цифровых карт, выявляет расхождения, как правило, это «новые» объекты. Эти объекты — или новые ме­ста захоронения отходов, не показанные на картах, но эксплуатируемые на законных основаниях, либо несанкционированные, стихийные свалки, которые необходимо оперативно выявлять и ликвидировать.

2. Мультиспектральные снимки позволяют оце­нивать влияние свалок на окружающую среду — су­щественное трансформирование или загрязнение отдельных компонентов окружающей среды (воз­духа, поверхностных и подземных вод, почвенно­растительного покрова и другие). Также оценивается влияние компонентов геосистем на полигоны и мусо­росвалки как воздействие природных процессов — эрозионный размыв, подтопление, оползни, дефля­ция (разрушительная работа ветра).

3. Космические снимки — средства объективного контроля над функционированием мест захоронения отходов различных типов (бытовых, промышлен­ных, строительных, энергетики и т. п.), позволяющие в значительной степени дополнять и обновлять эко­логические карты различных типов.

4. Использование снимков одновременно в тепло­вом и видимом диапазонах позволяет выявить са­мовозгорание мусора. Желательно также провести съемку с борта самолета или вертолета, в том числе те­пловизорную, наиболее проблемных полигонов ТБО.

Заказать обратный звонок
К началу страницы