Минералого-геохимические особенности почво-грунтов мусороперерабатывающего завода МПБО - 2 (Янино-1)
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1 КРАТКАЯ ГЕОЛОГО-ЛАНДШАФТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА 5
1.1 ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ 5
1.2 ГЕОЛОГИЯ РАЙОНА 5
2 УСТРОЙСТВО МУСОРОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ЗАВОДА МПБО-2 ЯНИНО 7
2.1 СХЕМА ПЕРЕРАБОТКИ ТВЁРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ НА МПБО-2 7
2.2 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МУСОРОПЕРЕРАБЫТЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ 9
2.3 СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ ТБО 13
3 РАЗНОВИДНОСТИ ПОЧВО-ГРУНТОВ МПБО-2 18
3.1 МЕТОДИКА ОТБОРА ПРОБ И ПРОБОПОДГОТОВКА 18
3.2 СТРУКТУРНО-МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПГ 19
4 МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ПОЧВО-ГРУНТОВ МПБО-2 27
4.1 МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ 28
4.2 КОМПОНЕНТЫ ПОЧВО-ГРУНТОВ 30
4.3 СКАНИРУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ 32
5 ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЧВО-ГРУНТОВ МПБО-2 35
5.1 МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ 35
5.2 РТУТЬ В ПОЧВО-ГРУНТАХ ЗАВОДА МПБО-2 39
5.3 ОРГАНИЧЕСКАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ПГ 41
5.4 МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В ПОЧВО-ГРУНТАХ МПБО-2 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 КРАТКАЯ ГЕОЛОГО-ЛАНДШАФТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА 5
1.1 ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ 5
1.2 ГЕОЛОГИЯ РАЙОНА 5
2 УСТРОЙСТВО МУСОРОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ЗАВОДА МПБО-2 ЯНИНО 7
2.1 СХЕМА ПЕРЕРАБОТКИ ТВЁРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ НА МПБО-2 7
2.2 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МУСОРОПЕРЕРАБЫТЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ 9
2.3 СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ ТБО 13
3 РАЗНОВИДНОСТИ ПОЧВО-ГРУНТОВ МПБО-2 18
3.1 МЕТОДИКА ОТБОРА ПРОБ И ПРОБОПОДГОТОВКА 18
3.2 СТРУКТУРНО-МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПГ 19
4 МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ПОЧВО-ГРУНТОВ МПБО-2 27
4.1 МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ 28
4.2 КОМПОНЕНТЫ ПОЧВО-ГРУНТОВ 30
4.3 СКАНИРУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ 32
5 ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЧВО-ГРУНТОВ МПБО-2 35
5.1 МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ 35
5.2 РТУТЬ В ПОЧВО-ГРУНТАХ ЗАВОДА МПБО-2 39
5.3 ОРГАНИЧЕСКАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ПГ 41
5.4 МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В ПОЧВО-ГРУНТАХ МПБО-2 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Проблема переработки, обезвреживания и складирования твердых коммунальных отходов является актуальной для любого государства. При складировании продуктов переработки на открытом воздухе в результате процессов выветривания под действием механического, химического и биологического разложения химические элементы и соединения могут мигрировать на окружающие территории, создавая почвенные и гидрохимические аномалии.
На сегодняшний день основная технология обезвреживания органической части отходов на заводе МПБО-2 - это технология аэробного биотермического компостирования [18]. Процесс работы завода проходит в три этапа: приём, предварительная подготовка, биотермическое аэробное компостирование; окончательная обработка и складирование компоста. Поскольку в компост перерабатывается менее половины сухой массы поступающих на завод твердых бытовых отходов, этот метод может использоваться только в сочетании с другими методами обезвреживания отходов (компостирование, термохимическая обработка, захоронение), а также налаженной городской схемой раздельного сбора. Некомпостирумая фракция (пластмасса, резина, камни и др.) составляющая основную часть балласта, либо вывозится на полигоны временного накопления [18], либо складируется на территории завода [1]. Балласт в естественных условиях со временем становится более плотным, в нём проявляются признаки почвообразования. Компоненты, входящие в состав балласта, вступают во взаимодействие между собой и окружающей средой. Данные антропогенные образования, именуемые в данной работе почво-грунтами, обладают весьма интересным составом с точки зрения геохимии. Однако, с точки зрения экологии и рационального природопользования являются ли такие объекты безопасными и не несут ли урон окружающей природе, вопрос остаётся открытым, требующим досконального исследования. В связи с чем, проводимая мною работа является актуальной и востребованной в современных экологических реалиях.
Целью данной работы является выявление минерального и химического состава почво-грунтов в пределах территорий завода МПБО-2 Янино-1.
Задачи исследования:
1. Изучить структуру почво-грунтов завода МПБО-2
2. Проанализировать минеральный состав почво-грунтов
3. Изучить геохимические особенности ПГ
4. Проанализировать закономерности поведения химических элементов и соединений в почво-грунтах
Для решения поставленных задач были использованы следующие методы:
-полевая документация;
-макро - и микроскопический анализ;
-гранулометрический анализ;
-рентгеноспектральные флуоресцентные методы анализа;
-анализ содержания ртути с помощью анализатора ртути и пиролизной установки;
-анализ методами сканирующей электронной микроскопии;
-определение органической составляющей методом определения зольности Сорг;
Материал для данного исследования был отобран автором в конце октября 2019 года на территории мусороперерабатывающего завода в Янино-1 в 14 точках, находящихся на разном расстоянии от МПБО-2 до 700 м.
Автор выражает искреннюю благодарность за неоценимую помощь в проведении исследований своему научному руководителю Пановой Е.Г., а также, сотрудникам Ресурсных центров СПбГУ: «Микроскопии и микроанализа», «Методы анализа состава вещества», «Рентгено-дифракционные исследования», «Геомодель».
На сегодняшний день основная технология обезвреживания органической части отходов на заводе МПБО-2 - это технология аэробного биотермического компостирования [18]. Процесс работы завода проходит в три этапа: приём, предварительная подготовка, биотермическое аэробное компостирование; окончательная обработка и складирование компоста. Поскольку в компост перерабатывается менее половины сухой массы поступающих на завод твердых бытовых отходов, этот метод может использоваться только в сочетании с другими методами обезвреживания отходов (компостирование, термохимическая обработка, захоронение), а также налаженной городской схемой раздельного сбора. Некомпостирумая фракция (пластмасса, резина, камни и др.) составляющая основную часть балласта, либо вывозится на полигоны временного накопления [18], либо складируется на территории завода [1]. Балласт в естественных условиях со временем становится более плотным, в нём проявляются признаки почвообразования. Компоненты, входящие в состав балласта, вступают во взаимодействие между собой и окружающей средой. Данные антропогенные образования, именуемые в данной работе почво-грунтами, обладают весьма интересным составом с точки зрения геохимии. Однако, с точки зрения экологии и рационального природопользования являются ли такие объекты безопасными и не несут ли урон окружающей природе, вопрос остаётся открытым, требующим досконального исследования. В связи с чем, проводимая мною работа является актуальной и востребованной в современных экологических реалиях.
Целью данной работы является выявление минерального и химического состава почво-грунтов в пределах территорий завода МПБО-2 Янино-1.
Задачи исследования:
1. Изучить структуру почво-грунтов завода МПБО-2
2. Проанализировать минеральный состав почво-грунтов
3. Изучить геохимические особенности ПГ
4. Проанализировать закономерности поведения химических элементов и соединений в почво-грунтах
Для решения поставленных задач были использованы следующие методы:
-полевая документация;
-макро - и микроскопический анализ;
-гранулометрический анализ;
-рентгеноспектральные флуоресцентные методы анализа;
-анализ содержания ртути с помощью анализатора ртути и пиролизной установки;
-анализ методами сканирующей электронной микроскопии;
-определение органической составляющей методом определения зольности Сорг;
Материал для данного исследования был отобран автором в конце октября 2019 года на территории мусороперерабатывающего завода в Янино-1 в 14 точках, находящихся на разном расстоянии от МПБО-2 до 700 м.
Автор выражает искреннюю благодарность за неоценимую помощь в проведении исследований своему научному руководителю Пановой Е.Г., а также, сотрудникам Ресурсных центров СПбГУ: «Микроскопии и микроанализа», «Методы анализа состава вещества», «Рентгено-дифракционные исследования», «Геомодель».
На основе полученных данных исследования структуры почво-грунтов на территории МПБО-2 (Янино-1) было выявлено 2 типа почво-грунтов, различающихся по степени литификации, то есть времени их захоронения. Вблизи завода выделяются почво-грунты слабо литифицированные, с высоким содержанием разного рода техногенных обломков, которые классифицировали как Новые. По мере отдаления от территории заводского комбината наблюдались более слежавшиеся, литифицированные почво-грунты, которые были выделены в тип Старые. Они также содержали различные виды техногенных, строительных обломков.
В почво-грунтах, выделенных по цветовому индексу, имеются различия гранулометрического состава. Черные почво-грунты обладают относительно равномерным распределением частиц по фракциям, но обеднены относительно фракций 0.05; 0,1. В Серых ПГ преобладают мелкие фракции (0,05, 0,1 мм). В Черных распределение практически равномерное, за исключением глинистой фракции. В Коричневых преобладают фракции 0,25; 0,5 мм. Для всех типов ПГ характерно большое содержании фракции 2 мм, состоящей из разного рода включений
В ходе исследования минерального состава почво-грунтов были выявлены следующие основные компоненты почво-грунтов: минеральные (кварц, полевые шпаты, слюды), почвенные агрегаты, органические остатки, а также разного рода включения (обломки гранитов, техногенные частицы).
Говоря о геохимических особенностях почво-грунтов можно выделить главным образом следующие факты: новые почво-грунты значительно обогащены относительно элементов-примесей, тяжелых элементов, а также органической составляющей. Содержание ртути в новых почво-грунтах в 3-4 раза больше, чем в старых. Однако, высокие содержания ртути наблюдаются и в старых почво-грунтах типа «серые». На основании чего мы предполагаем, что более глинистые почво-грунты так или иначе сорбируют ртуть и её подвижные соединения. Ртуть является одним из самых опасных загрязнителей окружающей среды и относится к первому классу опасности, являясь высокотоксичным и миграционноспособным элементом. Она легко может быть задействована в природных циклах, при этом имея негативное воздействие на флору, фауну и человека.
Анализ органической составляющей почво-грунтов выявил, что органического вещества в новых почво-грунтах содержится в среднем больше в два раза, чем в старых. Данную особенность можно было заметить, также в полевых и камеральных условиях, в процессе пробоподготовки.
Расчёт индексов химического выветривания выявил главные различия почво-грунтов, выделенных нами по степени литификации. Индекс химического выветривания в старых почво-грунтах почти в 4 раза больше, чем в новых. На основании чего, можно констатировать факт, что более слежавшиеся почво-грунты являются более выветрелыми, а значит стабилизировавшимися.
При анализе содержания химических загрязняющих компонентов в почво-грунтах учитывались все гранулометрические фракции проб. Таким образом, было установлено, что графики распределения для старых и новых почво-грунтов имеют схожие формы. Однако содержания загрязнителей в новых ПГ гораздо выше. С учетом классификации химических загрязнителей в почво-грунтах содержатся элементы первого, второго и третьего класса опасности. Учитывая нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК) и СанПиН, можно сделать вывод, что содержания химических элементов в почво-грунтах превышают нормы. К ним относятся загрязнителя первого класса опасности: цинк, свинец, ртуть, содержавшиеся, как в старых, так и новых почво-грунтах. Второго класса опасности: хром, кобальт, медь. Третьего класса опасности: барий.
Подводя итоги вышесказанному, можно сказать, что все химические загрязнители, в основном это тяжелые металлы, так или иначе мигрируют из почво-грунтов окружающую среду. Об этом свидетельствует схожесть геохимических спектров для старых и новых почво-грунтов. Свежий балласт, помещенный на полигоны имеет высокие содержания загрязняющих веществ. Со временем, компоненты новых почво-грунтов покидают свой первоисточник, мигрируя в окружающую среду.
Микроскопические исследования отобранных частиц почво-грунтов показали, что в почвах присутствуют техногенные частицы, первичные и вторичные минералы. При исследовании частиц различных по составу пластиков было отмечено, что они аккумулируют на своей поверхности частички других минеральных образований кварцевых частиц, слюд, пылеватых и др. минеральных агрегатов, которые необходимо продолжить исследовать при помощи более точных качественных и количественных методов. Мягкие пластики (полиэтилены) имели расщепленные края и тесно контактировали с флорой и фауной, образуя агрегаты. Вполне вероятно, что эти же пластики подвергаются процессам биогенной деградации, со временем разрушаясь в почво-грунтах.
Рациональный подход к обработке бытовых отходов, своевременная сортировка отходов жителями, и необходимые рекультивационные работы могут предотвратить попадание ртути и других высокотоксичных соединений химических элементов в природные экосистемы. В качестве продолжения данного исследования может быть анализ на подвижные формы химических элементов и соединений в почвенных разрезов почво-грунтов завода МПБО-2. Также перспективным направлением для продолжения данного исследования является изучение пластиковой компоненты почво-грунтов. В случае с заводом МПБО-2, где свежий балласт содержит большое количество различных пластиковых частиц, данные тела могут рассматриваться как источник потенциального загрязнения природных почв и поверхностных сточных вод частицами микропластиков.
Таким образом, можно сформулировать основные выводы.
1. В почво-грунтах, выделенных по цветовому индексу, имеются различия гранулометрического состава. В Серых ПГ преобладают мелкие фракции (0,05, 0,1 мм). В Черных распределение практически равномерное. В Коричневых преобладают фракции 0,25; 0,5 мм. Для всех типов ПГ характерно большое содержании фракции 2 мм, состоящей из разного рода включений.
2. Старые ПГ богаты минеральной компонентой, новые - обогащены крупными включениями техногенного происхождения (пластиками, стеклами).
3. Новые ПГ обогащены органической составляющей, тяжелыми металлами (ртутью, свинцом, цинком, медью, хромом). Среди старых ПГ повышенными содержаниями обладают Серые более глинистые ПГ.
4. Подводя итоги вышесказанному, можно сказать, что компоненты Новых ПГ покидают свой первоисточник, мигрируя в окружающую среду. Среди наиболее миграционноспобных элементов выделяются элементы первого класса опасности (ртуть, свинец, цинк), второго (медь, хром).
В почво-грунтах, выделенных по цветовому индексу, имеются различия гранулометрического состава. Черные почво-грунты обладают относительно равномерным распределением частиц по фракциям, но обеднены относительно фракций 0.05; 0,1. В Серых ПГ преобладают мелкие фракции (0,05, 0,1 мм). В Черных распределение практически равномерное, за исключением глинистой фракции. В Коричневых преобладают фракции 0,25; 0,5 мм. Для всех типов ПГ характерно большое содержании фракции 2 мм, состоящей из разного рода включений
В ходе исследования минерального состава почво-грунтов были выявлены следующие основные компоненты почво-грунтов: минеральные (кварц, полевые шпаты, слюды), почвенные агрегаты, органические остатки, а также разного рода включения (обломки гранитов, техногенные частицы).
Говоря о геохимических особенностях почво-грунтов можно выделить главным образом следующие факты: новые почво-грунты значительно обогащены относительно элементов-примесей, тяжелых элементов, а также органической составляющей. Содержание ртути в новых почво-грунтах в 3-4 раза больше, чем в старых. Однако, высокие содержания ртути наблюдаются и в старых почво-грунтах типа «серые». На основании чего мы предполагаем, что более глинистые почво-грунты так или иначе сорбируют ртуть и её подвижные соединения. Ртуть является одним из самых опасных загрязнителей окружающей среды и относится к первому классу опасности, являясь высокотоксичным и миграционноспособным элементом. Она легко может быть задействована в природных циклах, при этом имея негативное воздействие на флору, фауну и человека.
Анализ органической составляющей почво-грунтов выявил, что органического вещества в новых почво-грунтах содержится в среднем больше в два раза, чем в старых. Данную особенность можно было заметить, также в полевых и камеральных условиях, в процессе пробоподготовки.
Расчёт индексов химического выветривания выявил главные различия почво-грунтов, выделенных нами по степени литификации. Индекс химического выветривания в старых почво-грунтах почти в 4 раза больше, чем в новых. На основании чего, можно констатировать факт, что более слежавшиеся почво-грунты являются более выветрелыми, а значит стабилизировавшимися.
При анализе содержания химических загрязняющих компонентов в почво-грунтах учитывались все гранулометрические фракции проб. Таким образом, было установлено, что графики распределения для старых и новых почво-грунтов имеют схожие формы. Однако содержания загрязнителей в новых ПГ гораздо выше. С учетом классификации химических загрязнителей в почво-грунтах содержатся элементы первого, второго и третьего класса опасности. Учитывая нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК) и СанПиН, можно сделать вывод, что содержания химических элементов в почво-грунтах превышают нормы. К ним относятся загрязнителя первого класса опасности: цинк, свинец, ртуть, содержавшиеся, как в старых, так и новых почво-грунтах. Второго класса опасности: хром, кобальт, медь. Третьего класса опасности: барий.
Подводя итоги вышесказанному, можно сказать, что все химические загрязнители, в основном это тяжелые металлы, так или иначе мигрируют из почво-грунтов окружающую среду. Об этом свидетельствует схожесть геохимических спектров для старых и новых почво-грунтов. Свежий балласт, помещенный на полигоны имеет высокие содержания загрязняющих веществ. Со временем, компоненты новых почво-грунтов покидают свой первоисточник, мигрируя в окружающую среду.
Микроскопические исследования отобранных частиц почво-грунтов показали, что в почвах присутствуют техногенные частицы, первичные и вторичные минералы. При исследовании частиц различных по составу пластиков было отмечено, что они аккумулируют на своей поверхности частички других минеральных образований кварцевых частиц, слюд, пылеватых и др. минеральных агрегатов, которые необходимо продолжить исследовать при помощи более точных качественных и количественных методов. Мягкие пластики (полиэтилены) имели расщепленные края и тесно контактировали с флорой и фауной, образуя агрегаты. Вполне вероятно, что эти же пластики подвергаются процессам биогенной деградации, со временем разрушаясь в почво-грунтах.
Рациональный подход к обработке бытовых отходов, своевременная сортировка отходов жителями, и необходимые рекультивационные работы могут предотвратить попадание ртути и других высокотоксичных соединений химических элементов в природные экосистемы. В качестве продолжения данного исследования может быть анализ на подвижные формы химических элементов и соединений в почвенных разрезов почво-грунтов завода МПБО-2. Также перспективным направлением для продолжения данного исследования является изучение пластиковой компоненты почво-грунтов. В случае с заводом МПБО-2, где свежий балласт содержит большое количество различных пластиковых частиц, данные тела могут рассматриваться как источник потенциального загрязнения природных почв и поверхностных сточных вод частицами микропластиков.
Таким образом, можно сформулировать основные выводы.
1. В почво-грунтах, выделенных по цветовому индексу, имеются различия гранулометрического состава. В Серых ПГ преобладают мелкие фракции (0,05, 0,1 мм). В Черных распределение практически равномерное. В Коричневых преобладают фракции 0,25; 0,5 мм. Для всех типов ПГ характерно большое содержании фракции 2 мм, состоящей из разного рода включений.
2. Старые ПГ богаты минеральной компонентой, новые - обогащены крупными включениями техногенного происхождения (пластиками, стеклами).
3. Новые ПГ обогащены органической составляющей, тяжелыми металлами (ртутью, свинцом, цинком, медью, хромом). Среди старых ПГ повышенными содержаниями обладают Серые более глинистые ПГ.
4. Подводя итоги вышесказанному, можно сказать, что компоненты Новых ПГ покидают свой первоисточник, мигрируя в окружающую среду. Среди наиболее миграционноспобных элементов выделяются элементы первого класса опасности (ртуть, свинец, цинк), второго (медь, хром).
Подобные работы
- Геохимические особенности свалочного грунта зоны складирования твердых бытовых отходов (Янино-1)
Магистерская диссертация, геология и минералогия. Язык работы: Русский. Цена: 5400 р. Год сдачи: 2023