Что надо знать о мусорных экскретах

К концу XX века человечество накопило такое количество техногенных мусорных экскретов в грунте, что их можно условно назвать новыми месторождениями полезных ископаемых. Горные выработки рудников, свалки и мусорные полигоны, где хранится это богатство, зачастую содержат больше полезных компонентов, чем природные месторождения [85,103]. Большинство мусорных экскретов относится к возобновляемым ресурсам, что неизбежно приводит к снижению эксплуатации природных источников.

Рудные отвалы и промышленные свалки уже можно в определенной степени рассматривать как техногенные месторождения, и они в ближайшие годы способны обеспечить потребности промышленности в ценных элементах и их соединениях. В таких техногенных месторождениях содержатся не только минеральные составляющие, применяемые в стройиндустрии, но и ценные металлы, пригодные для чёрной и цветной металлургии.

Учёные утверждают, что себестоимость извлечения и переработки ценных металлов из таких месторождений будет ниже, чем извлечение их из природного сырья [19], особенно, когда его запасы в стране ограничены или вообще отсутствуют.

Повторное использование этих объектов освободит большое количество почв и грунтов от навалов использованных пород и позволит их рекультивировать. Известно, что почвы не только наследуют элементный химический состав почвообразующих пород, но и аккумулируют различные виды внешнего загрязнения, выполняя при этом роль буфера, препятствующего его дальнейшему распространению. Оказалось, что уровень накопления токсичных веществ в почвах зависит от многих природных факторов, а также от интенсивности, продолжительности и специфики антропогенеза. Эта тема получила научную разработку.

В частности, в работе [51] для Горного Алтая установлены и предварительно изучены природно-техногенные литохимические ореолы рассеяния в почвах элементов, содержащихся в отвалах геологоразведочных выработок на месторождениях угля, железных и руд редких металлов. Выявлена зависимость размеров, формы и интенсивности литохимических аномалий от природных условий их нахождения и факторов миграции. Цель исследования заключалась в выявлении и предварительной характеристике создаваемых их отвалами вторичных литохимических ореолов рассеяния.

Исследование показало, что отвалы горных выработок оказывают специфическое антропогенное воздействие на эколого-геохимическое состояние почвенного покрова. Исследовались штольни, шахты, канавы и пр., пройденные при детальном геологическом изучении месторождений полезных ископаемых.

Масса перемещённого из выработок на дневную поверхность материала горных пород и содержащих тяжёлые металлы, токсичные и радиоактивные элементы руд достигает на отдельных месторождениях десятков и сотен тысяч тонн, что с учётом длительности хранения позволяет считать их значимым фактором природно-антропогенного воздействия на окружающую среду. Полученные данные указывают на высокую подвижность и вынос из них элементов (Cu, Zn, Se, Pb, As, Sb и пр.), и инертность лигогенных элементов — кремния, магния, алюминия, кальция, щелочей и основной части железа, связанных в породообразующих минералах.

Предварительно оцененная опасность полезных ископаемых изученных месторождений позволяет отнести их к 5-му неопасному) и к 4-му малоопасному классу опасности для окружающей среды [52].

На участках размещения отвалов изученных месторождений выявлены вторичные литохимические ореолы рассеяния указанных металлов в почвах. Размеры, форма, положение и интенсивность ореолов совпадают для большинства химических элементов и дают представление о масштабах и характере влияния этой специфической группы отходов на эколого-геохимическое состояние почвенного покрова.

Краткая характеристика выявленных вторичных литохимических ореолов рассеяния химических элементов в почвах на участках размещения отвалов геологоразведочных выработок свидетельствует об их эллипс обидной морфологии и относительно небольших размерах, а также об относительно невысокой степени накопления как рудных, так и литогенных элементов.

Примечательно, что максимальное накопление в почвах (до 4–6 раз) характерно не для профилирующих элементов руд и углей, а для их элементов-спутников, ассоциации которых специфичны для каждого из изученных месторождений.

Сделан вывод о том, что крупные геологоразведочные выработки и их группировки являются заметным фактором антропогенного воздействия выработок на окружающую среду. Он, проявляется механическими нарушениями природных ландшафтов, активизацией опасных экзогенных геологических процессов, а также загрязнением природных сред на участках размещения отвалов.

Вопросы утилизации и переработки промышленных отходов постоянно и везде остаются актуальными. Правда, усилия специалистов в нашей стране и за рубежом направлены, в первую очередь, на минимизацию образования отходов, а уже потом на создание технологий окончательной переработки, вторичного использования и обезвреживания. В итоге остаётся лишь то, что не загрязняет окружающую среду. Например, Полтавский ГОК добывает руду с содержанием железа 37 ч- 40 %, а металлургические предприятия вывозят в отвалы отходы производства с содержанием железа 47–55 %. В составе отходов металлургического производства содержатся, кроме того, такие ценные элементы как сера, цинк, кремний, щёлочи.

Другим важным потенциальным источником получения полезных ископаемых могут стать свалки и мусорные полигоны — вернее их «тела», спрессованные временем и силой тяжести и ставшие однородный! с относительно высокими концентрациями полезных ингредиентов. Анализ положения дел с утилизацией мусора в России пока не даёт оснований утверждать, что многие виды мусорных экскретов уже цивилизованно используются. Количество современных санитарных и мусорных полигонов не удовлетворяет всё возрастающие потребности в них, и мусор продолжают без разборки навалом сваливать в смердящие и тлеющие свалки. Но, очевидно, не всё так плохо будет после «созревания» этих объектов…

В этой связи интересной и весьма перспективной становится идея использования вещества «созревших» мусорных свалок для получения пенных минеральных и металлических компонентов. Литосфера под телом свалки как геологическая среда нового типа может рассматриваться в форме техногенной геохимической аномалии. Рассмотрит этот вопрос подробнее, выясняя взаимное влияние человека и литосферы.

Человек, являясь закономерным этапом развития биосферы, а значит, и планеты в целом, взаимодействует с ней как непосредственно через основу своей жизнедеятельности литосферу, так и через факторы её развития, т. е. через компоненты природной среды: атмосферу, гидросферу, биосферу. Как и любой компонент биосферы, человек забирает из литосферы определенные вещества, преобразует их и возвращает в литосферу с изменённым составом, концентрацией и местоположением.

Воздействия литосферы формируют минерально-сырьевую базу человека, условия его жизни и деятельности, а также условия развития природных сред — атмосферы, гидросферы, биосферы. С общих экологических позиций представляется необходимым рассмотреть воздействия на литосферу (геологическую среду) со стороны человека и её ответной реакции.

Техногенные воздействия на литосферу можно характеризовать, используя терминологию инженерной геологии и геоэкологии. Техногенное воздействие в данном случае представляет собой изменение структуры геодинамического комплекса — его компонентов или взаимосвязей между ними. Это может быть изменение каких-либо факторов геологических процессов или условий их протекания.

Источником воздействия может быть инженерная или хозяйственная деятельность человека любого вида — в том числе и связанная с размещением в литосфере (на поверхности земли или в грунте) мусорных экскретов. Примером подобного размещения мусора, отходов и отбросов в литосфере являются мусорные свалки и санитарные полигоны. В первое время после начала функционирования мусора его воздействие практически никак не проявляется, так как глобальный мусорный экскрет, представляющий тело свалки, ещё не уплотнился и не принял некоторые осреднённые характеристики. Однако, через месяцы или годы — в зависимости от содержимого мусора и характеристик внешней среды можно говорить уже о некотором однородном объекте. Этот объект — свалочное тело — приобретает физико-химические характеристики, существенно отличающиеся от аналогичных характеристик его окружения. В этом смысле можно говорить о техногенной геохимической аномалии.

Техногенные геохимические аномалии (ТТХА) — (от греч. anomalia) могут быть определены [86] как объекты литосферы с отклонением от нормы содержания химических веществ, свойственной данному участку биосферы (или одной из её составных частей). В отличие от природных геохимических аномалий (месторождений, рудопроявлений) техногенные аномалии возникают в результате деятельности людей. В классификации ТТХА, предложенной А.И. Перельманом в 1978 году, выделяются техногенные аномалии как с повышенным (положительные), так и с пониженным (отрицательные) геохимическим фоном [62]. Размеры ТГХА колеблются в широких пределах. Аномалии, охватывающие весь земной шар или значительную его часть, могут быть названы глобальными. Их примером служит повышенное содержание CO2 в атмосфере в результате сжигания угля и нефти или накопления стронция после ядерных взрывов.

Заметим, что понятие «Техногенная геохимическая аномалия» является частным случаем понятия «техногенный мусорный экскрет», выделяя только концентрационную характеристику биологического или геофизического объекта и не связывая другие характеристики этого объекта с процессами его отторжения, эволюции и деструкции.

В этой же части и глобальные ТГХА фактически тождественны глобальным мусорным экскретам, являясь их частным случаем.

Отмечается также [104[, что региональные ТГА распространяются на часта материков, отдельные страны, зоны, области, провинции. Они возникают в результате применения минеральных удобрений, ядохимикатов и т. д. Локальные аномалии связаны с конкретным эпицентром (рудником, заводом и т. д.), и их радиус не превышает десятков километров. К локальным геохимическим аномалиям относятся, например, повышенное содержание металлов в почвах и водах вокруг некоторых металлургических комбинатов и других предприятии\'! промышленности и энергетики. Свалочное мусорное тело также, очевидно, можно рассматривать в качестве локальной геохимической аномалии.

Согласно классификации А.И. Перельмана ТТХА образуются в различных средах, и по этому признаку их можно разделить на педогеохимические (в почвах), литогеохимические (в породах), гидрогеохимические (в водах), атмогеохимические (в атмосфере) и биогеохимические (в организмах). Последние, в свою очередь, представлены фито, зоо, — и антропогеохимическими аномалиями [62]. Обычно ТГХА захватывают в сферу влияния техногенного потока несколько сред и образуют сложно построенные по форме, протяжённости, составу и характеру дифференциации веществ техногенные ореолы и потоки рассеяния. По отношению к окружающей среде все техногенные геохимические аномалии делятся на три типа: полезные, нейтральные и вредные.

Полезные аномалии улучшают среду, делают её более пригодной для жизнедеятельности человека и других живых организмов. Примером служат геохимические аномалии карбонатов щелочноземельных металлов вокруг предприятии\'! строительных материалов, в частности, вокруг цементных заводов, расположенных в таёжной зоне с сильнокислыми и кислыми почвами [86]. При возникновении такой аномалии почвы в зоне воздействия предприятия становятся нейтральными и слабощелочными, что более благоприятно для использования их в сельском хозяйстве.

Вредные ТТА (например, с повышенной концентрацией токсичных веществ) ухудшают условия существования человека, растений и животных. Эти аномалии привлекают большое внимание исследователей в связи с возможными загрязнениями ими окружающей среды.

Нейтральные ТГХА не оказывают определённого влияния на экологические свойства окружающей среды, на здоровье людей и самочувствие других живых организмов. Так, концентрация железа и алюминия в почвах городов, по-видимому, не служит непосредственной причиной, влияющей на здоровье человека [86].

Безусловно, сформировавшиеся свалки и мусорные полигоны, являющиеся глобальными мусорными экскретами, должны быть причислены к вредным техногенным геохимическим аномалиям. Они выделяют токсичные газообразные и жидкие вещества. Однако это не означает, что свалки и мусорные полигоны не могут иметь полезного использования. В теле свалки в виде ТГХА складировано огромное количество ценных веществ и продуктов.