Проблема загрязнения подземных вод всегда возникает и исследуется при размещении промышленных отходов в геологической среде. В настоящее время уже доказана возможность использования поглощающей способности природных дисперсных грунтов для защиты подземных вод от загрязнения. В Лаборатории охраны геологической среды с 1985 г. ведутся исследования природных грунтов в качестве геохимических барьеров. Объектами исследований были разнообразные по минеральному и гранулометрическому составу глинистые грунты, в том числе лессовые. В качестве загрязнителей изучались тяжелые металлы: Cd, Cu, Pb, Co, Ni и др., а также типичные для золошлаковых отходов ТЭС элементы: As, V, Se, F. В последние годы ведутся исследования глинистных грунтов как геохимических барьеров в отношении радионуклидов. В ходе этой работы разработана методика количественной оценки барьерных свойств глинистых грунтовых толщ при поверхностном и подземном захоронении отходов.

Методика позволяет решить следующие задачи: 1) определить оптимальный участок для размещения отходов, рассчитать допустимое время его эксплуатации, в течение которого исключается загрязнение подземных вод как в период эксплуатации, так и после его консервации; 2) оценить степень природной защищенности подземных вод на выбранном участке складирования.

Объектом исследований при поверхностном складировании отходов является зона аэрации, которая служит барьером на пути распространения потенциальных загрязнителей из хранилища отходов, а при глубинном захоронении - грунтовые толщи, изолирующие зону размещения отходов от выше и ниже залегающих водоносных горизонтов.

Методика включает три раздела (этапа): 1) изучение геологических условий конкретного района на основе литолого-фациального анализа отложений; 2) лабораторное исследование поглощающих свойств грунтов, рассматриваемых в качестве геохимических барьеров, в отношении присутствующих в жидкой фазе отходов токсикантов; 3) прогнозное моделирование распространения загрязнителей в грунтах, рассматриваемых как геохимические барьеры.

При поверхностном размещении отходов на первом этапе проводится типизация территории на основе изучения геологических и гидрогеологических условий с выделением квазиоднородных по строению и составу участков зоны аэрации [1]. При этом определяются грунты, которые могут рассматриваться в качестве геохимических барьеров. Определяющим признаком служит вещественный состав грунтов. Аналогичный подход используется и при оценке степени защищенности водоносных горизонтов в условиях глубинного захоронения отходов.

Этап лабораторных исследований включает изучение минерального и гранулометрического состава отобранных грунтов, анализ жидкой фазы отходов с определением потенциальных загрязнителей подземных вод, т.е. элементов, концентрация которых превышает ПДК. Основной задачей этого этапа является получение данных о миграционных параметрах загрязнителей и поглощающей способности грунтов в отношении этих элементов. С этой целью при фильтрации жидкой фазы отходов через образец исследуемого грунта необходимо получить зависимость изменения концентрации загрязнителя на выходе от профильтровавшегося объема. Эта зависимость в виде <выходных кривых> служит исходной базой для расчета параметров массопереноса и величины поглощающей способности грунта.

На третьем этапе для математического моделирования процессов миграции загрязнителей используется микродисперсионная модель. Возможность ее применения для описания процессов транспорта элементов в глинистых грунтах была доказана опытным путем. На основании решения уравнений, соответствующего этой модели массопереноса, определяются миграционные параметры загрязнителей и дается прогноз распространения загрязнителей по каждому из выделенных на первом этапе квазиоднородных участков [2]. Оценка производится с учетом скорости фильтрации отходов и мощностей всех грунтов, слагающих толщу. Для каждого участка рассчитывается время, когда первый, наиболее мобильный из элементов, достигнет уровня грунтовых вод, а именно, когда его концентрация на нижней границе зоны аэрации превысит ПДК для этого элемента. Это время определяет предельно допустимое время работы данного участка в качестве геохимического барьера (Т_пр). Для расчета Т_пр получена формула:
,
где , n и D - миграционные параметры, v - скорость фильтрации, х - мощность толщи.

Литература
1. Сергеев В.И., Шимко Т.Г., Свиточ Н.А. Литолого-фациальный анализ при оценке защищенности подземных вод на участке складирования токсичных отходов (на примере Омской ТЭЦ-4)//Геоэкология. М., Наука, 2008. N4.
2. Жариков В.А., Сергеев В.И., Алехин Ю.В. и др. Использование грунтовых толщ и техногенных геохимических барьеров как резервуаров депонирования//Глобальные изменения природной среды. Новосибирск, Изд-во СО РАН, НИЦ ОИГГМ 1998. С. 220-232.