CC BY
163
-►
ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ
УДК 628.472:504.05
В.И. Масликов, А.Н. Чусов A.B. Черемисин, М.Г. Рыжакова
ОЦЕНКА ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ
ВЫБРОСАМИ ПОЛИГОНОВ ТБО ДЛЯ ВЫБОРА МЕРОПРИЯТИЙ ПО РЕКУЛЫ"ИВАЦИИ
В России основной объем твердых бытовых отходов (ТБО) захоранивается на полигонах практически без сортировки и предподготовки, а потому содержит большое количество органики, пластика и других компонентов, загрязненных вредными веществами. При захоронении отходов происходят процессы их биохимического разложения, сопровождающиеся минерализацией, образованием биогаза и фильтрата, содержащего примеси, в том числе токсичные. Поэтому полигоны ТБО при их эксплуатации и в течение длительного времени после закрытия являются существенными источниками газовых и водных эмиссий загрязняющих веществ. Кроме того, большую опасность представляет загрязнение атмосферного воздуха дымовыми газами в случае пожаров на полигонах. Атмосферный воздух — основной канал распространения загрязняющих веществ от полигонов ТБО на значительные расстояния и их проникновения в организм человека. Важнейшая задача — разработка мероприятий по снижению загрязнения атмосферного воздуха выбросами полигонов на основе оценки геоэкологического риска, для чего необходимо определение уровней загрязнения и их влияния на здоровье населения. С этой целью могут быть использованы дорогостоящие и продолжительные натурные наблюдения, которые требуют больших затрат и длительного времени. В качестве альтернативного варианта можно использовать математические модели, позволяющие расчетным путем получить необходимые данные. Не отрицая необходимость проведения натурных исследований на полигонах ТБО, математическое моделирование образования газовых эмис-
сий, их распространения в воздушной среде, уровней загрязнения и риска заболеваний позволяет при минимальных затратах получить крайне важную информацию, необходимую для планирования природоохранных мероприятий.
Для оценки риска загрязнения атмосферного воздуха выбросами полигонов ТБО необходимо иметь данные об объеме, морфологическом составе, плотности отходов, месте, площади захоронения и др., а также о местных природно-климатических, географических условиях (количество и вид осадков, скорость и направления ветров, температура воздуха и почвы, рельеф, тип ландшафта и др.) в зоне расположения полигона. Это требует накопления, анализа, систематизации необходимой информации, создания специальной базы данных (рис. 1).
Кроме того, необходимо иметь модели для оценки объема и компонентного состава газовых эмиссий на полигонах ТБО, включающие определение диффузных выбросов биогаза, а также продуктов сгорания отходов в случае пожаров. Оценка диффузных выбросов биогазов выполняется с использованием апробированных математических моделей,откорректированных для условий конкретного полигона. Накопленный опыт показывает, что для этих целей наиболее удобна модель Табасарана— Ретенбергера [1]. Ее достоинство — надежность полученных результатов при минимальном количестве исходных данных (объем ежегодно завозимых ТБО, содержание органичного углерода, температура отходов и др.). Более сложной задачей оказывается определение выбросов загрязняющих веществ в случае пожаров на полигоне ТБО. Процесс
Геоинформационная система «Полигоны ТБО»
Данные о полигонах ТБО: площадь, объем, состав, плотность и др.
Данные о районе размещения полигона ТБО климат, рельеф и др.
Формирование
нового слоя «Оценка риска полигонов ТБО»
Оценка объема и компонентного состава газовых эмиссий на полигоне ТБО
Диффузные Продукты сгорания
выбросы биогаза отходов при
пожарах
Моделирование распространения газовых
эмиссий в атмосферном воздухе с использованием специализированных экологических программных комплексов
Определение концентраций загрязняющих веществ в расчетных точках
Оценка риска от загрязнения атмосферного воздуха газовыми эмиссиями полигонов ТБО,
Разработка природоохранных мероприятий по снижению экологического риска при рекультивации полигона,
Рис. 1. Схема расчета риска загрязнения атмосферного воздуха
горения свалочных масс сопровождается выбросом в атмосферу значительного количества токсичных веществ, в том числе таких чрезвычайно опасных кумулятивных ядов, как диоксины. Для определения выбросов диоксинов необходимо иметь данные о пожаре на полигоне (продолжительность, объем и скорость выгорания ТБО, площадь горения, интенсивность образования диоксинов), которые определяются состоянием отходов на текущий момент времени. Такая информация практически отсутствует. Имеются лишь ориентировочные данные о выделении диоксинов при горении свалочных масс некоего усредненного морфологического состава. В нашей работе предлагается определение выбросов диоксинов в случае пожара на полигоне ТБО производить на основе данных о содержании в ТБО горючих материалов, удельной массовой скорости выгорания материала, удельной массе диоксинов, выделяемых при сгорании отходов, а также площади пожара.
Моделирование распространения загрязнений в атмосферном воздухе и определение концентраций загрязняющих веществ в расчетных точках выполняется с использованием про-
граммных комплексов «Эколог» (при диффузных выбросах биогаза) и «ZONE» (при выбросах продуктов сгорания ТБО в случае пожаров) [2, 3]. Применение программного комплекса «ZONE» позволяет производить моделирование распространения диоксинов в предельно малых концентрациях в трехмерном пространстве и получать более точные результаты по сравнению с использованием комплекса «Эколог», который обычно применяют для расчета концентраций загрязняющих веществ с меньшей токсичностью. При этом учитывается конфигурация тела полигона и очага пожара, интенсивность газовыделения на поверхности, а также климатические и географические характеристики места расположения полигона.
С использованием известной модели оценки риска [4] определяют вероятность токсических эффектов при загрязнении атмосферного воздуха выбросами полигонов ТБО:
Risk = l-e~URC, (1)
где Risk — риск возникновения неблагоприятного эффекта, определяемый как вероятность (в долях единицы) возникновения этого эффек-
4
Природопользование
та при заданных условиях; 1ГЛ — единица риска, определяемая как фактор пропорции риска в зависимости от величины действующей концентрации; С — реальная концентрация вещества, оказывающая воздействие
Например, для расчета риска острых токсических эффектов загрязнения атмосферного воздуха веществами 1-го класса опасности может быть использована следующая зависимость:
Prob = -9,15 + 11,61g
С/
'ПДК
(2)
мр у
где С — фактическая концентрация загрязняющего вещества; ПДКМ — максимальная разовая концентрация загрязняющего вещества для населенных мест.
На основе оценки риска разрабатываются необходимые природоохранные мероприятия при рекультивации полигона.
В настоящее время в Санкт-Петербурге актуальна задача закрытия и рекультивации самого крупного полигона, принимающего около 40 % общего объема ежегодно образующихся ТБО. Полигон введен в эксплуатацию в 1972 году, занимает площадь около 80 га. Объем захороненных отходов составляет более 50 млн м3. Эксплуатация полигона должна завершиться в ближайшее время, так как он не удовлетворяет современным природоохранным требованиям и расположен в непосредственной близости к населенным пунктам. Полигон является крупным источником загрязнения атмосферного воздуха, выбросов биогаза, а также продуктов сгорания ТБО в случае пожаров.
На рис. 2 представлены результаты расчетов эмиссии биогаза при скорости разложения отходов к = 0,04 (год-1) за периоды эксплуатации полигона с 1973-го по 2014 год.
Значения некоторых загрязняющих веществ, содержащихся в диффузных выбросах биогаза в атмосферу на год закрытия полигона определялись на основе данных, приведенных в [5].
С использованием унифицированной программы «Эколог» были проведены расчеты распространения загрязнений в атмосферном воздухе для июля месяца, самого теплого периода года, когда наблюдается интенсивный выброс биогаза и активное его распространение. В качестве примера на рис. 3 приведены результаты расчета концентраций в приземном слое атмосферного воздуха веществ группы суммации (аммиак, сероводород, формальдегид).
Результаты расчета показали, что загрязняющие вещества распространяются на значительное расстояние за пределы санитарно-защитной зоны. Так, на расстоянии 1,5—2 км от полигона уровень загрязнения воздуха по аммиаку, сероводороду, формальдегиду превышает ПД К в 1,5— 2 раза.
Расчеты загрязнений атмосферного воздуха диоксинами в случае пожара проводились вари-антно (с использованием «ZONE») при задании возможных площадей пожаров Юм2 (локальное
■у
возгорание, рис. 4, а) и 100 м (небольшой пожар, рис. 4, б) с учетом природно-климатических условий.
В случае пожара на участке полигона ТБО площадью 10 м2 на границе санитарно-защит-
Годы
Рис. 2. Общая эмиссия биогаза на полигоне
6004 Аммиак, сероводород, формальдегид
-4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000
-4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000
...........— i
0.70 0.80 0.90 1 1.50 2 3 4 5 7.50 10 25
Объект: 104, "Новоселки"; вар.нсх.д. 1; вар.расч.1; rm.1(h=2M)
Масштаб 1:55100
Рис. 3. Концентрация загрязняющих веществ группы суммации
ной зоны концетрация диоксинов составит около 5 ПДК, соответственно при пожаре на площади 100 м* концентрация диоксина составит порядка 60 ПДК, что представляет большую опасность для здоровья населения, проживающего вблизи полигона ТБО. Даже при локальном пожаре Юм' экологический риск в расчетной точке составляет 0,157 (то есть из 1000 человек около 150 будут подвержены острым токсическим эффектам), а при сравнительно небольшом пожаре 100 м' этот риск равен 1,т. е. из 1000 человек каждый будет подвержен острому токсическому эффекту. При удалении на расстояние примерно 2 км от полигона ТБО экологический риск при пожаре на участке площадью
Юм2 практически отсутствует, а при пожаре на участке 100 м2 составит 0,18, т. е. есть из 1000 человек около 180 будет подвержено острым токсическим эффектам.
Таким образом, расчеты подтверждают, что полигон является существенным источником загрязнения атмосферного воздуха токсичными веществами в опасных для человека концентрациях не только в случае пожаров, но и при диффузных выбросах биогаза. Для минимизации геоэкологического риска целесообразно обустройство полигона системой сбора и использования биогаза, позволяющей практически исключить выбросы биогаза в атмосферный воздух, а также резко снизить опасность возникновения пожаров.
Основные выводы из проведенных исследований:
1. В условиях отсутствия натурных данных о состоянии полигона ТБО целесообразно для оценки геоэкологического риска использовать математическое моделирование газовых эмиссий при естественном разложении отходов, а также в случае пожаров, и их распространения в атмосферном воздухе.
2. Расчеты рисков показывают высокую опасность для здоровья населения, проживающего вблизи санитарной зоны полигона, даже диффузных выбросов биогаза, которая резко возрастает в случае возгорания отходов.
3. При планировании работ по рекультивации полигона необходимо предусмотреть создание системы сбора и утилизации биогаза.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Fedorov, М.Р. Model of environmental risk assessment of atmospheric air pollution by toxic gases emission from MSW landfills [Текст] / М.Р. Fedorov, A.N. Chusov, V.l. Maslikov // Proc. Twelfth Intern. Waste Management and Landfill Symposium— S. Margherita di Pula, Cagliari, Italy.- 5-9 October 2009.- Sardinia 2009, P. 593-594.
2. Унифицированная программа расчета загрязнения атмосферы «Эколог». Версия 3.0. Руководство пользователя [Текст].— СПб.: «Интеграл» — 2003. — 60 с.
3. Теоретические основы и руководство пользователя ЭПК «Zone» [Текст] / Под ред. д-ра физ.-мат. наук
A.C. Гаврилова. — СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. — 166 с.
4. Киселев, A.B. Методические рекомендации по оценке риска здоровью населения от загрязнения атмосферного воздуха [Текст] /A.B. Киселев, J1.А. Сава-теева.— СПб.: «Дейта», 1996.— 54 с.
5. Методика расчета количественных характеристик выбросов загрязняющихвеществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов (издание дополненное и переработанное) [Текст] / Научно-производственное предприятие «Экопром» идр.-М., 2004.-20 с.
Природопользование^
Рис. 4. Загрязнение атмосферного воздуха диоксинами при пожаре на участках полигона площадью Юм2 (а) и площадью 100 м2 (б)
УДК 621.396.67
Ю.М. Бал агул а, В.Н. Воронин, Н.В. Коровкин
РЕГИСТРАЦИЯ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭКОЛОГИИ
В связи с интенсивным развитием средств мость электромагнитной экологии как раздела связи и все большим проникновением электри- дисциплины «Электромагнитная совмести -ческих приборов в быт людей возрастает значи- мость» (ЭМС), занимающегося оценкой влия-
