Свалочный газ как источник негативного воздействия на человека

Балахчина Тайра Каадыр-ооловна

Кандидат биологических наук

 

Свалочный газ является продуктом разложения твердых бытовых отходов (далее ТБО) на полигонах ТБО и свалках. На сегодняшний день проблема захоронения ТБО является крайне актуальной не только в нашей стране, но и за рубежом. Свалочный газ, выделяемый с полигонов ТБО, является источником длительного негативного воздействия на человека, проживающего вблизи данных техногенных систем. Несмотря существующие исследования российских и зарубежных ученых, в популяционной и факториальной экологии до сих пор остается открытым вопрос моделирования изменений популяции человека в результате длительного воздействия свалочного газа, выделяемого с полигонов ТБО.

Для оценки воздействия свалочного газа на популяцию человека был исследован типичный полигон ТБО в Республике Татарстан. Оценено состояние свалочного тела как источника загрязнения атмосферного воздуха. Определены современное состояние и динамика изменения популяции человека, проживающего в пределах ореола рассеяния свалочного газа по показателям численности, плотности, рождаемости, смертности и заболеваемостей.

Рассматриваемый полигон ТБО площадью 29 га расположен в Высокогорском районе Республики Татарстан, обслуживает г. Казань и ближайшие населенные пункты. По данным за 2009 год на нём было размещено 3800000 м3  уплотненных ТБО. Полигон разделён на две зоны. Первая зона (зона 1) эксплуатировалась с 1960 по 1990 годы, вторая (зона 2) – с 1990 года по настоящее время. В зоне 2 полигона ТБО на сегодняшний день полностью заполнен котлован, складирование отходов ведётся по высотной схеме, отсутствует система сбора фильтрата, образующегося в результате разложения ТБО.

Для оценки газовой продуктивности полигона проведены полевые газохимические исследования свалочного тела. Отбор образцов свалочного газа проводился в марте 2008 года в соответствии с методическими рекомендациями и требованиями ГОСТ 31370-2008, 53091-2008, 17.4.4.02-84. Для получения достоверной и объективной информации были выделены газопродуткивные блоки на поверхности полигона. Пробоотбор осуществлялся по квадратной сетке. Точки опробования определялись по следующим основаниям: первое, учитывались неравномерность распределения мест отбора проб, геометрическая форма и поверхность полигона, площадь анализируемых зон; второе, необходимость охвата периферийной и центральной частей поверхности полигона. Для выполнения этих условий зону 1 полигона условно разделили на 11 точек, зону 2 – на 14 точек. Расстояние между точками опробования в сетке составило 60 метров.

Пробы свалочного грунта и биогаза отбирались на глубине 1,5 м от поверхности свалочного тела шпуровым методом при помощи почвенных буров; для отбора и транспортировки проб биогаза использовались резиновые груши            с обратным клапаном и специальные стеклянные пипетки. На основе полученных данных газохимических исследований установлены объемы выхода, период эмиссии и ореол рассеяния свалочного газа с полигона ТБО. Биогазовый потенциал полигона (объём выхода и период эмиссии свалочного газа) был определён с помощью методики, разработанной специалистами Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова, Научно-исследовательского института экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина, Научно-исследовательского института охраны атмосферного воздуха Н.Ф. Абрамовым, Н.В. Русаковым, Э.С. Санниковым, М.Б. Миляевым, Р.Г. Халевиным [1]. Методика расчета количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов ТБО позволяет определить выход свалочного газа за год (Qw, кг/на кг отходов), период полного сбраживания органической части отходов (tсбр, лет), весовые процентные содержания компонентов свалочного газа (Свес, %). Следует отметить, что свалочный газ образуется из органической части ТБО. В морфологическом составе отходов к органической части относятся следующие виды отходов: бумага, картон, пищевые отходы, текстиль, дерево, кости и кожа.

Исходными данными для применения методики стали показатели количества ТБО, завезённых за период эксплуатации полигона с 1960 по 2010 годы (1305000 тонн). Результаты вычислений представлены в таблицах 1 и 2.

 

Таблица 1

Общие характеристики свалочного газа на полигоне ТБО

Показатели

Значения

Общие сведения

Удельный выход свалочного газа (Qw), кг/кг отходов

0,10

Период полного сбраживания органики отходов (tсбр.), лет

26,40

Количественный выход св. газа из 1 т ТБО в год (Руд.), кг/т

3,84

Плотность свалочного газа (ρб.г.), кг/м3

1,15

 

Таблица 2

Основные характеристики компонентов свалочного газа

Компоненты свалочного газа

Удельные массы (Руд.i), мг/м3

Разовые выбросы (Мi), г/с

Валовые выбросы (Gi), т/год

Метан (СН4)

1,369

392,10

7831,40

Углерода диоксид (СО2)

2,370

678,80

13557,32

Толуол (C6H5CH3)

0,030

8,60

171,62

Аммиак (NH3)

0,022

6,34

126,57

Ксилол (С6Н4С2Н6)

0,018

5,26

105,11

Углерода оксид (СО)

0,010

2,30

59,84

Азота диоксид (NO2)

0,005

1,32

26,46

Формальдегид (Н2СО)

0,004

1,15

22,89

Этилбензол (С6Н5С2Н5)

0,004

1,13

22,64

Ангидрид сернистый (SO2)

0,003

0,84

16,70

Сероводород (H2S)

0,001

0,31

6,20

 

Показатель удельного выхода свалочного газа Qw в таблице 1 отражает массу вырабатываемого свалочного газа из одного килограмма отходов за период его активной стабилизированной генерации при метановом брожении с учетом влажности ТБО. Период полного сбраживания органической части отходов tсбр вычисляется с учетом климатических условий в районе размещения полигона ТБО, а именно среднегодовой продолжительности теплого периода, от которой зависит длительность выделения свалочного газа.

В результате применения данной методики было установлено, что максимально-разовые выбросы свалочного газа на полигоне ТБО составили 1098,83 г/с, валовые выбросы или общий выход свалочного газа в течение года из свалочного тела составил 21946,8  т/год. По показателю валового выброса основными компонентами свалочного газа на исследуемом полигоне являются метан (СН4) – 7831,4 т/год, диоксид углерода (СО2) – 13557,32 т/год (табл. 2).

Для определения ореолов рассеяния компонентов свалочного газа с полигона ТБО в атмосферный воздух был применён программный комплекс «Призма» (ПК «Призма»), позволяющий вычислять поля приземных концентраций и представлять результаты расчётов графически. Исходными данными для вычислений стали: концентрации загрязняющих веществ (макрокомпонентов СН4 и СО2) в газовоздушной смеси  Смр, мг/м3; мощность выброса Ммр, г/с, валовые выбросы Мгод, т/год; коэффициенты учёта рельефа в рассматриваемом районе F; объём газовоздушной смеси, м3/с.

Согласно пункту 2.1 СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «… источниками воздействия на среду обитания и здоровье человека … являются объекты, для которых уровни создаваемого загрязнения за пределами промышленной площадки превышают 0,1 ПДК» [2]. С помощью максимальных полей концентраций и значений ПДК, превышающих величины 0,1, были определены населенные пункты, попадающие в зону воздействия свалочного газа с исследуемого полигона ТБО. Установлено, что от полигона СН4 рассеивается на расстоянии 4,5 км, СО2 – в пределах 500 метров от полигона (в пределах установленной санитарно-защитной зоны полигона). За границу ореола рассеяния от объекта исследования было принято содержание метана 0,06 ПДК. В зону ореола рассеяния метана попадают ряд населенных пунктов: в двух километрах на западе от полигона поселок Самосырово (0,09 ПДК), в 2,4 км на западе от полигона село Константиновка (0,07 ПДК),  на расстоянии 3,7 км с восточной стороны полигона село Званка (0,08 ПДК).

Для оценки воздействия свалочного газа на популяцию человека, проживающего вблизи полигона ТБО Высокогорского района проведем группировку показателей, характеризующих популяцию человека, проживающего в пределах ореола рассеяния свалочного газа, и антропогенный фактор воздействия – свалочный газ с исследуемого полигона. При этом предположим, что если свалочный газ оказывает воздействие на популяцию человека, то при группировке показатели, характеризующие свалочный газ, окажутся в одной группе с показателями, характеризующими популяцию человека, если нет – то свалочный газ не является фактором, воздействующим на популяцию человека. Для группировки показателей объемов выхода свалочного газа в атмосферный воздух и популяционных характеристик населения, проживающего в пределах ореола рассеяния свалочного газа, и также для сопоставления полученных данных по району расположения полигона ТБО был проведен факторный анализ методом главных компонент по критерию Кайзера.

Исходными данными для проведения факторного анализа стали материалы таблиц 3 и 4 за 2006-2009 годы. Группировка данных таблиц 3 и 4 с помощью факторного анализа показала, что все рассматриваемые показатели объединяются в две идентичные группы (факторы), исключение представляют показатели количества болезней системы кровообращения и рождаемости.

Все выделенные факторы являются биполярными, поскольку факторные нагрузки искомых показателей распадаются на положительные и отрицательные величины, то есть внутри каждой группы (фактора) показатели делятся на две подгруппы. В таблице 5 приведены результаты факторного анализа и указаны факторные нагрузки переменных в выявленных группах (факторах). Суммарный удельный вес всех факторов в районе полигона  ТБО составил 86,3%.

 

Таблица 3

Годовые объемы выхода (Q) свалочного газа, СН4 и СО2

в атмосферный воздух полигона твердых бытовых отходов, т/год

Год

Биогаз

СН4

СО2

Год

Биогаз

СН4

СО2

1960

0

0

0

1986

20369

5859

12946

1961

1465

421

931

1987

21047

6054

13377

1962

2726

784

1732

1988

21631

6222

13748

1963

3811

1096

2422

1989

22134

6366

14068

1964

4745

1365

3016

1990

22566

6491

14343

1965

5549

1596

3527

1991

25282

7272

16069

1966

6241

1795

3966

1992

27620

7944

17555

1967

6836

1966

4345

1993

29632

8523

18834

1968

7349

2114

4671

1994

31364

9021

19934

1969

7790

2241

4951

1995

32855

9450

20882

1970

8170

2350

5193

1996

34138

9819

21697

1971

9083

2612

5773

1997

35242

10136

22399

1972

9868

2838

6272

1998

36192

10410

23003

1973

10544

3033

6702

1999

37010

10645

23523

1974

11126

3200

7072

2000

37715

10848

23971

1975

11627

3344

7390

2001

38321

11022

24356

1976

12059

3468

7664

2002

38842

11172

24687

1977

12430

3575

7900

2003

45150

12986

28697

1978

12749

3667

8103

2004

50580

14548

32148

1979

13024

3746

8278

2005

55253

15892

35118

1980

13261

3814

8428

2006

59276

17049

37675

1981

14929

4294

9489

2007

62738

18045

39875

1982

16365

4707

10401

2008

71577

20587

45493

1983

17601

5063

11187

2009

79185

22775

50329

1984

18665

5369

11863

2010

85733

24659

54491

1985

19581

5632

12445

Всего:

1279046

367885

812939

 

В результате факторного анализа было определено, что наиболее значимой или обладающей большим удельным весом является первая группа показателей, объединяющая характеристики выхода свалочного газа, заболеваемости населения и популяционных характеристик. В районе расположения полигона ТБО  наиболее значимый фактор имеет удельный вес 56,6%.

Таблица 4

Демографическая таблица популяции человека, проживающего

в пределах ореола рассеяния свалочного газа с полигона ТБО

Населенный

пункт

Популяционные показатели / год

2006

2007

2008

2009

2006

2007

2008

2009

Численность населения, чел

Заболеваемость, чел

п. Самосырово

751

683

670

658

162

170

178

202

с. Константиновка

3301

3289

3280

3256

720

745

773

811

с. Званка

328

309

283

276

63

72

78

85

Плотность населения, чел/км2

Болезни органов дыхания, чел

п. Самосырово

0,3

0,3

0,3

0,3

140

146

151

168

с. Константиновка

2,1

2,1

2,1

2,1

617

635

649

661

с. Званка

0,7

0,7

0,6

0,6

51

60

68

74

Рождаемость, чел

Болезни орг. кровообр., чел

п. Самосырово

10

10

9

8

13

14

17

23

с. Константиновка

10

11

12

13

65

71

83

101

с. Званка

3

3

3

2

10

8

6

6

Смертность, чел

Болезни нервной системы, чел

п. Самосырово

7

8

7

9

9

10

10

11

с. Константиновка

12

10

9

12

38

39

41

49

с. Званка

4

3

4

3

2

4

4

5

Естественный прирост, чел

Осложнен. беременности, чел

п. Самосырово

3

2

2

-1

2

1

3

0

с. Константиновка

-2

1

3

1

5

7

9

4

с. Званка

-1

0

-1

-1

1

0

0

1

 

В районе расположения полигона ТБО показатели распределились следующим образом. Первая подгруппа первого фактора образована показателями объема выхода свалочного газа с полигона ТБО (0,99), объёма выхода метана  (0,99), количества зафиксированных болезней органов дыхания (0,98), болезней нервной системы (0,94) и болезней системы кровообращения (0,94); вторая подгруппа объединяет показатели численности (-0,98) и плотности (-0,98).

 

Таблица 5

Группы (факторы) характеристик свалочного газа и популяции человека

в районе расположения полигона ТБО

Переменные

Факторные нагрузки

1 фактор

2 фактор

Объём выхода свалочного газа, т/год

0,99*

0,14

Объём выхода метана, т/год

0,99*

0,14

Численность популяции, чел. в год

-0,98*

0,14

Плотность популяции, чел./км2

-0,98*

0,19

Рождаемость, чел. в год

0,04

-0,96*

Смертность, чел. в год

0,11

0,99*

Естественный прирост, чел в год

-0,07

-0,99*

Болезни органов дыхания, чел. в год

0,98*

0,06

Болезни нервной системы, чел. в год

0,94*

0,32

Болезни системы кровообращения, чел. в год

0,94*

0,33

Осложнения беременности, чел. в год

-0,21

-0,87*

Удельный вес факторов, %

56,6

29,7

 Примечание: * – наиболее значимые факторные нагрузки.

 

Вторая группа или второй фактор является менее весомым и имеет удельный вес менее 30%. Данный фактор включает две подгруппы. В районе расположения полигона ТБО первая подгруппа представлена одним показателем – количество смертей в год (0,99), вторая подгруппа объединяет показатели рождаемости (-0,96), естественного прироста населения (-0,99) и количества осложнений беременности (-0,87). Пирамида рассматриваемых показателей представлена на рисунке 1. Пирамида имеет форму песочных часов. Основаниями наиболее весомого фактора (фактор 1) являются показатели, характеризующие антропогенный фактор воздействия – свалочный газ (объем выхода свалочного газа и метана). В центре пирамиды показатели, характеризующие заболеваемость населения. Для района полигона ТБО это болезни органов дыхания, системы кровообращения и нервной системы. Верхняя часть пирамиды представлена показателями, характеризующими популяцию человека: в районе полигона ТБО это плотность и численность населения (рис. 1).

Объём выхода метана

Объём выхода св. газа
 

Болезни нервной системы

Болезни сист. кровообращения

Болезни органов дыхания

 
 

-0,98

-0,98

0,94

0,94

0,98

0,99

0,99
 

Плотность
 

Численность
 

Рисунок. 1. Пирамида характеристик свалочного газа и популяции человека

Примечание: цифры справа от пирамиды факторные нагрузки показателей

 

Отрицательные факторные нагрузки показателей численности и плотности населения в районе полигона ТБО объясняется следующим образом: с 2003 по 2009 годы в два раза увеличился выход свалочного газа с рассматриваемого полигона ТБО. Это не могло не отразиться на демографической напряженности. Установлено, что показателями, не связанными с антропогенным (экзогенным) фактором воздействия свалочного газа являются: естественный прирост, рождаемость, смертность и осложнения беременности (фактор 2).

Таким образом, свалочный газ является антропогенным (экзогенным) фактором воздействия на популяцию человека. Его влияние зависит от объёмов, продолжительности и ореола рассеяния в атмосферном воздухе и проявляется в росте уровня заболеваемости населения.

 

Литература

1. Методика расчета количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов / Н.Ф. Абрамов [и др.]. Москва: АКХ им. К.Д. Памфилова. 2004. 20 с.

2. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов. Москва. С. 2.