Санитарно-гигиенический мониторинг полигонов захоронения твердых бытовых отходов (ТБО) на этапах жизненного цикла Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук 14.02.01

Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по медицине

На правах рукописи

Зомарев АЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ

Санитарно-гигиенический мониторинг полигонов

захоронения твердых бытовых отходов (ТБО)

на этапах жизненного цикла

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора медицинских наук

14.02.01 Ц гигиена

Пермь 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО Пермский государственный технический университет

Научный консультант:

Доктор медицинских наук, профессор Вайсман Яков Иосифович

Официальные оппоненты:

Доктор медицинских наук, член-корр. РАМН,

профессор Зайцева Нина Владимировна

Доктор медицинских наук, академик РАМН,

профессор Русаков Николай Васильевич

Доктор медицинских наук, член-корр. РАН,

профессор Демаков Виталий Алексеевич

Ведущая организация: 1-й Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова

Защита состоится л __ ________ 2010 года в __.__ час на заседании диссертационного совета Д 208.067.04, созданного при ГОУ ВПО Пермская государственная медицинская академия им. ак. Е.А.Вагнера, по адресу: 614990, г. Пермь, ул. Петропавловская, 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Пермская государственная медицинская академия им. ак. Е.А.Вагнера и с авторефератом на сайте www.vak.ed.gov.ru.

Автореферат разослан л__ ________ 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор медицинских наук, профессор Сандакова Е.А.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Обеспечение санитарно-эпидемиологического благополучия населения, проживающего на территориях, прилегающих к полигонам захоронения твердых бытовых отходов (ТБО), является одной из крупных нерешенных санитарно-гигиенических и социальных проблем.

На полигонах ТБО в течение длительного времени протекают сложные многостадийные процессы разложения отходов, сопровождающиеся эмиссиями биогаза, образованием фильтрационных вод, загрязнением почв токсичными органическими и неорганическими примесями Н.В. Русаков, 1994-2009; Н.Ф. Абрамов, 1998; Я.И. Вайсман, 2001; В.Н. Коротаев,2001; P.Brunner,1995; M. Barlaz, 1990; R. Ham,1989. Складирование отходов коммунального хозяйства, медицинских учреждений создает эпидемиологическую опасность объектов захоронения.

Применяемые в настоящее время технологии депонирования ТБО не гарантируют необходимый уровень санитарно-гигиенической безопасности полигонов для населения прилегающих территорий и объектов окружающей среды. Эффективное управление санитарной ситуацией на полигонах ТБО и прилегающих территориях, проведение оптимальных инженерных мероприятий, направленных на снижение нагрузки на население и окружающую среду возможно при получении адекватной информации о состоянии этих объектов и принятия необходимых управленческих воздействий.

В целях обеспечении санитарно-эпидемиологического благополучия населения, устранения вредного влияния среды обитания человека на его здоровье в России с 1994 г. проводится социально-гигиенический мониторинг (СГМ), сбор и анализ данных о состоянии окружающей среды и ее влияния на здоровье и санитарные условия жизни населения. Основные принципы и методические подходы по реализации СГМ разработаны достаточно полно (Г.Г. Онищенко, 2000-2009; А.И. Потапов и соавт., 1995-2002; Ю.А. Рахманин, 2007; Н.В. Зайцева и соавт., 1994-2009 и др.). Вместе с тем, как свидетельствует санитарная практика и результаты исследований Н.В. Русакова, 1995-2009; Н.Ф. Абрамова, 2002; Я.И.Вайсмана, 1999-2003; А.П. Щербо, 1999; А.С. Матросова А.С., 2006, и др., вопросы организации наблюдений и контроля санитарно-гигиенической ситуации на полигонах ТБО и в зонах их влияния разработаны недостаточно. Используемая в настоящее время в практике ведения СГМ полигонов захоронения ТБО и зон их возможного влияния методическая база не позволяет в полной мере учитывать их специфические особенности как объектов повышенной санитарной опасности с меняющимся во времени комплексным загрязняющим воздействием на различных этапах их жизненного цикла. Недостаточно полно используются современные информационные технологии, позволяющие в частности на основе создания информационно-аналитических систем (ИАС) получать адекватную информацию в ходе ведения СГМ для повышения эффективности надзорной деятельности. В этой связи актуальна проблема разработки системы санитарно-гигиенического мониторинга полигонов ТБО, основанная на современных методических подходах и учитывающая специфические особенности этих объектов.

Решение проблемы сдерживает отсутствие адекватных методических подходов к комплексной санитарно-гигиенической оценке воздействия полигонов ТБО на объекты окружающей среды, а также результатов репрезентативных исследований их состояния по физико-химическим и микробиологическим показателям с учетом этапов жизненного цикла.

Отличительными особенностями функционирования полигона ТБО являются длительность его жизненного цикла и изменение количественных и качественных характеристик эмиссий загрязняющих веществ в процессе деструкции отходов и ассимиляции получаемых при этом конечных продуктов в окружающей среде. С учетом этого санитарно-гигиенический мониторинг должен базироваться с одной стороны на регулярных аналитических исследованиях объектов окружающей среды в зоне влияния полигона, с другой стороны - на прогнозных оценках изменения объема и состава эмиссий загрязняющих веществ. Применяемые в настоящее время методики расчета эмиссий биогаза, объема и состава образующихся фильтрационных вод не учитывают стадии жизненного цикла полигона ТБО, биохимические механизмы деструкции отходов и часто не адекватны реальным условиям.

Учитывая большой массив накапливаемой информации при проведении санитарно-гигиенического мониторинга, целесообразна разработка информационно-аналитической системы (ИАС), обеспечивающая сбор, обработку, накопление и анализ результатов наблюдений, как важного инструмента эффективного в надзорной деятельности и при научном анализе факторов среды обитания, могущих влиять на здоровье и санитарные условия жизни населения.

На основе результатов мониторинговых исследований разрабатываются инженерные, организационные и профилактические мероприятия, направленные на обеспечение санитарно-гигиенической безопасности объекта и прилегающих территорий. В связи с этим актуально решение задачи обоснования принципов безопасного захоронения отходов и разработки критериев выбора оптимального комплекса инженерных и технических мероприятий по обеспечению гигиенических нормативов в зоне воздействия полигонов ТБО.

Диссертационная работа посвящена решению санитарно-гигиенических задач - разработке системы санитарно-гигиенического мониторинга полигонов захоронения ТБО, оценке санитарно-гигиенической эффективности организационных, инженерных и технических мероприятий по снижению негативного воздействия полигона на объекты окружающей среды и население: обезвреживанию и утилизации биогаза, очистке фильтрационных вод, снижению эпидемиологической опасности полигонов, а также управлению потоками медицинских отходов как одних из наиболее опасных в эпидемиологическом отношении.

Работа базируется на исследованиях процессов деструкции ТБО, образовании биогаза и фильтрационных вод, проведенных специалистами Венского технического университета (P.Brunner, N. Mache), агентства по охране окружающей среды США (M. Barlaz, R. Ham, H. Belevi, P. Baccini), Академии коммунального хозяйства (Н.Ф. Абрамов, А.С. Матросов и др.), кафедры охраны окружающей среды ПермГТУ (Я.И. Вайсман, В.Н. Коротаев, Л.В. Рудакова, И.С. Глушанкова, М.А. Тагилов), данных мониторинговых исследований воздействия полигонов ТБО на окружающую среду и население, анализе используемых в отечественной и зарубежной практике управления отходами систем мониторинга (А.С. Матросов, M. Barlaz), нормативно-методической документации по контролю объектов окружающей среды, а также собственных исследований, проведенных в 20012009 г.г.

Объект исследований. Полигоны захоронения ТБО крупных городов и малых населенных пунктов, находящиеся на различных этапах жизненного цикла (эксплуатационный, рекультивационный, пострекультивационный активный, пострекультивационный пассивный и пострекультивационный стабилизационный): полигоны ТБО Пермского края (г.Чусовой, г. Полазна, д.Страшная гора) и действующая и рекультивированная территории полигона захоронения ТБО г. Перми Софроны.

Предмет исследования: источники воздействия полигона ТБО на объекты окружающей среды (складируемые отходы, биогаз, фильтрационные воды; функциональные структуры микробных популяций депонированных ТБО, фильтрационных вод и донных отложений наземных скоплений фильтрата, деструктирующих органические фракции ТБО); организационные и инженерно-технические мероприятия, направленные на минимизацию воздействия полигонов ТБО на окружающую среду и население; информационные системы сбора и обработки результатов наблюдений.

Цель работы: разработка системы санитарно-гигиенического мониторинга полигонов захоронения ТБО с учетом этапов жизненного цикла и обоснование оптимального комплекса инженерных и технических мероприятий, направленных на обеспечение соблюдения санитарно-гигиенических нормативов в зоне потенциального воздействия объектов захоронения, что позволяет исключить неблагоприятное воздействие на здоровье и санитарные условия жизни населения, проживающего на прилегающих территориях.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

Провести теоретический анализ процессов деструкции ТБО, формирования эмиссий загрязнений и их воздействий на объекты окружающей среды (атмосферный воздух, объекты гидросферы, почвы) в зоне влияния полигона ТБО.
На примере исследования полигонов ТБО г.Перми и Пермского края оценить санитарно-гигиеническое состояние полигонов с учетом этапов жизненного цикла, установить перечень приоритетных показателей для выявления воздействия полигонов на объекты окружающей среды и санитарно-гигиеническое состояние прилегающих территорий.
Исследовать структуру микробиоценозов, соответствующих этапам жизненного цикла полигона ТБО, и выявить приоритетные микробиологические показатели оценки санитарно-гигиенического состояния объектов депонирования ТБО.
Разработать математические модели формирования эмиссий загрязняющих веществ на полигоне ТБО и методики их использования для диагностики и прогнозирования санитарно-гигиенической ситуации на полигонах ТБО и обоснования параметрического прогнозного мониторинга объекта.
Обосновать выбор оптимального комплекса организационных, инженерных и технических решений, направленных на снижение санитарно-гигиенической опасности полигонов и прилегающих территорий, и разработать критерии оценки их эффективности: противофильтрационная защита тела полигона, очистка фильтрационных вод, очистка биогаза от одорантов, снижение эпидемиологической опасности.
На основании проведенных исследований разработать научно-методические основы организации санитарно-гигиенического мониторинга полигонов ТБО с учетом этапов жизненного цикла.
Разработать информационно-аналитическую систему санитарно-гигиенического мониторинга полигонов ТБО.

Теоретическая значимость работы заключается в разработке научно-методических основ организации и проведения санитарно-гигиенического мониторинга полигонов захоронения ТБО с учетом этапов жизненного цикла, создании диагностического и текущего мониторинга полигонов ТБО, разработке критериев оценки выбора оптимального комплекса инженерных и технических мероприятий по обеспечению гигиенических нормативов в зоне воздействия полигонов ТБО.

Научная новизна и теоретическая значимость работы.

Сформулированные задачи по санитарно-гигиенической оценке полигонов захоронения ТБО и зон их возможного негативного воздействия применительно к ведению санитарно-гигиенического мониторинга решались впервые. Полученные результаты способствовали усилению теоретических и методических основ ведения СГМ в этой специфической недостаточно изученной области.

Установлены закономерности формирования эмиссий загрязняющих веществ, обусловливающих санитарно-гигиеническую опасность полигонов захоронения ТБО на этапах жизненного цикла; определены приоритетные показатели для оценки воздействия полигонов на объекты окружающей среды.

Выявлены условно-патогенные и патогенные виды микроорганизмов в депонированных отходах, ФВ, формирующемся свалочном грунте, а также снеговом покрове, поверхностных водоисточниках в зоне влияния полигона. Доказано отсутствие патогенной и условно-патогенной микрофлоры за исключением споровых форм (Cl. perfringens) в свалочных грунтах, сформировавшихся в течение 25 лет после закрытия полигона.

Определен качественный и количественный состав микроорганизмов, деструктирующих органические вещества, содержащиеся в массиве отходов на разных этапах его жизненного цикла. На аэробной стадии и стадии гидролиза деструкцию осуществляют бактерии родов Pseudomonas, Bacterium, грибы родов Mortierella, Mycogone и актиномицеты рода Actinomyces. На стадиях ацетогенеза и активного метаногенеза в структуре микробиоценоза преобладают бактерии родов Clostridium, Pseudomonas, Bacillus, Methanobacterium. На стадии стабильного метаногенеза микробиоценоз формируют бактерии родов Bacillus, Desulfovibrio, Methanobacterium, Methanococcus. На этапе рекультивации микробиоценоз представлен актиномицетами рода Actinomyces, грибами родов Penicillium, Mycogone, род Cytophaga и азотфиксирующими микроорганизмами рода Azotobacter.

На основе разработанной биохимической модели деструкции отходов и имитационного анализа водного баланса полигона ТБО построены математические модели формирования эмиссий (биогаза и фильтрационных вод), позволяющие прогнозировать санитарное состояние полигонов ТБО на этапах жизненного цикла и разработать в разделе диагностического санитарно-гигиенического мониторинга параметрический прогнозный блок.

Разработаны методологические подходы к обоснованию и внедрению оптимального комплекса мероприятий по обеспечению санитарно-гигиенической безопасности полигонов ТБО, основанные на принципе многобарьерной защиты, включающем управление качеством и количеством отходов, поступающих на захоронение, и потоками эмиссий (дегазация тела полигона; отведение и очистка ФВ)

В соответствии с положениями о проведении социально-гигиенического мониторинга впервые разработаны система санитарно-гигиенического мониторинга полигонов захоронения ТБО, программы наблюдений и контроля объектов окружающей среды в зоне влияния полигонов ТБО с учетом этапов жизненного цикла и мощности объекта.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается применением современных методов анализа и обработки результатов лабораторных и опытно-промышленных исследований; использованием общепринятых методик химического и микро-биологического анализа эмиссий, свалочного грунта, поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха; положительным опытом реализации предложенных решений на полигонах ТБО Пермского края.

Практическая значимость и внедрение результатов исследования.

Практическая значимость проведенных исследований заключается в разработке системы санитарно-гигиенического мониторинга полигонов ТБО и рекомендаций по его проведению.

Представлены программы проведения санитарно-гигиенического мониторинга атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, растительного покрова, почв на различных этапах эксплуатации полигона ТБО, обоснованы приоритетные показатели для контроля санитарной ситуации на полигоне с учетом этапов жизненного цикла.

Разработаны методики использования математических моделей формирования водного баланса полигона и эмиссий загрязняющих веществ для расчета объема образующихся фильтрационных вод на различных этапах эксплуатации, объема и скорости выделений биогаза, прогноза химического состава фильтрационных вод с целью проведения диагностического мониторинга полигонов ТБО.

По материалам исследований разработаны следующие нормативно-методические документы:

Санитарно-гигиеническая оценка депонированных отходов, эмиссий полигона (фильтрационных вод, биогаза) и техногенных грунтов, образующихся при разложении ТБО на различных этапах жизненного цикла, 2003
Рекомендации по сбору, очистке и отведению сточных вод полигонов захоронения твердых бытовых отходов, 2003.
Рекомендации по расчету образования биогаза и выбору систем дегазации на полигонах захоронения твердых бытовых отходов, 2003
Рекомендации по выбору систем дегазации и разработке технологий очистки фильтрационных вод полигонов захоронения твердых бытовых отходов, 2004
Рекомендации по организации экологического мониторинга и производственного экологического контроля полигонов захоронения твердых бытовых и промышленных отходов, 2005.

Результаты исследований внедрены в практику при разработке проектов санитарной очистки и норм образования ТБО в г. Перми; выбора и обоснования мест размещения и проектирования, разработке программ проведения санитарно-гигиенического мониторинга полигонов ТБО г.Чусовой, г. Звездный, г. Кунгур.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

На основании комплексных исследований влияния полигонов ТБО на объекты окружающей среды (на примере полигонов ТБО Пермского края) представлена санитарно-гигиеническая оценка состояния полигонов ТБО с учетом этапов жизненного цикла.
Математические модели процессов формирования эмиссий загрязняющих веществ, позволяющие прогнозировать санитарно-гигиеническую ситуацию на полигоне ТБО и обосновать выбор показателей контроля при проведении санитарно-гигиенического мониторинга полигонов ТБО на различных этапах жизненного цикла.
Методические подходы по выбору комплекса инженерных и технических мероприятий по обеспечению гигиенических нормативов в зоне воздействия полигонов ТБО с учетом этапов жизненного цикла полигона ТБО.
Научно-методические принципы и методологические основы организации системы санитарно-гигиенического мониторинга полигонов захоронения ТБО с учетом этапа жизненного цикла.
Информационно-аналитическая система санитарно-гигиенического мониторинга полигонов ТБО.

Работа выполнена в ГОУ ВПО Пермский государственный технический университет на кафедре охраны окружающей среды.

ичный вклад автора. Автор сформулировал идею выполнения комплексных научных исследований по актуальной гигиенической и социальной проблеме - созданию системы санитарно-гигиенического мониторинга полигонов ТБО; разработана программа, обоснованы направления, методические подходы, объекты, объёмы исследований. Доля личного участия автора в получении и накоплении научной информации составляет 85%. Обобщение, анализ, интерпретация материалов полностью проведены автором.

Апробация работы.

Результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на II международном конгрессе по управлению отходами "Вейстэк - 2001", (Москва, 2001 г.), "Вейстэк - 2007",(Москва, 2007 г.), международном конгрессе Вода: экология и технология Экватэк - 2002 (Москва, 2002 г.), Экватэк - 2006 (Москва), ХХХ научно-технической Всероссийской конференции АДФ ПермГТУ (Пермь, 2003), международной конференции Экологическая безопасность урбанизированных территорий (Москва, 2005), 3 Межрегиональной практической конференции Социально-гигиенические и эпидемиологические проблемы сохранения и восстановления здоровья военнослужащих и населения (Н.Новгород, 2006).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 39 научных трудов, в том числе 3 монографии, 9 статей в изданиях, рекомендованных ВАК (Пермский медицинский журнал, 2005,2006, 2008, Наука - производству, 2006, Дезинфекционное дело, 2009, Гигиена и санитария, 2010, Здоровье населения и среда обитания, 2007, Официальный бюллетень Изобретения. Полезные модели, 2005).

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка литературы из 279 ист., в том числе 108 публикаций иностранных авторов, изложена на 310 стр. машинописного текста. Работа содержит 81 таблицу, 44 рис. и приложения.

Содержание работы

Объекты, объем и методы исследования. Для оценки санитарно-гигиенического состояния полигонов ТБО и разработки системы санитарно-гигиенического мониторинга исследовались полигоны г. Перми и Пермского края, находящиеся на разных этапах жизненного цикла. При проведении исследований использовали комплексные методы, включающие анализ фондовых и отчетных материалов, проектно-технической документации, натурные санитарноЦтопографические и санитарно-гигиенические обследования, методы математического моделирования и др. Определение норм накопления и морфологического состава отходов проводилось в соответствии с нормативными требованиями.

Отбор проб атмосферного воздуха, биогаза, фильтрационных вод, подземных и поверхностных вод в зоне влияния полигона, свалочного грунта и подготовку их к анализу проводили согласно требованиям Гост и стандартных общепринятых в химической и микробиологической практике методов проведения исследований. Пробы анализировались в аккредитованных испытательных лабораторных центрах (ИЛЦ) при ПГТУ и ФГУЗ Центр гигиены и эпидемиологии в Пермском крае.

Исследования физико-химического состава фильтрационных вод, поверхностных вод и снегового покрова в зоне влияния полигона ТБО проводились по следующим основным показателям: ХПК, БПК, рН, цветность, жесткость, содержание ионов Cl-, NO2-, NO3-, NH4+, ионов тяжелых металлов: Pb2+, Cu2+, Zn2+, Mn2+, Ni2+ и др .

Пробы биогаза и атмосферного воздуха на границе санитарно-защитной зоны полигона ТБО анализировались по следующим параметрам: СН4, СО2, СО, NH3, H2S, ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол и др.) Микробиологические исследования ФВ, свалочных образований, почв проводились по стандартным методикам. Присутствие микроорганизмов, относящихся к различным физиологическим группам, определяли по характерному росту на элективных средах, учитывали морфологические и тинкториальные свойства. Конечной целью качественного исследования микрофлоры являлось определение их видовой принадлежности по определителям (Н.А. Красильникова, Берги, А. А. Мильна, J. R. Rostate и др.). Санитарно-гигиеническое исследование отобранных проб проводилось в соответствии с требованиями гигиенических нормативных документов (МУ 2.1.7.730-99, МУ № 1446-76, МУ № 2293-81, МУ № 1739-77, МУ № 4146-86, МУ 4.2.671-97, МУК 4.2.1884-04, МУК 4.2.1018-01, ИМП 1100/1670). Основные направления, объекты, методы и объемы исследований представлены в табл.1.

Таблица 1. Направления, объекты, методы и объемы исследований

Направления исследований	Объекты и материалы	Методы анализа	Объем исследований
Анализ эмиссий загрязняющих веществ; свалочных грунтов на полигонах ТБО по общесанитарным и химическим показателям	Биогаз, ФВ, отобранные из скважин и наземных скоплений, донные отложения наземных скоплений ФВ, формирующиеся техногенные свалочные грунты	Химико-аналитические исследования. Отбор проб биогаза проводился с помощью шахтного интерферометра ШИ-10 и эксплозиметра ЭТХ-1-2	Анализ проб биогаза оценивался по 10 показателям (160 ед.). Анализ ФВ проводился на 5 полигонах ТБО Пермского края в течение 2001-2008 г.г. по 26 показателям (780 ед. информации); анализ свалочных грунтов - по 12 показателям (180 ед.)
Оценка санитарно -гигиенического и санитарно - бактериологического состояния полигонов ТБО	Атмосферный воздух, пробы снежного покрова, ФВ, донных отложений наземных скоплений ФВ, поверхностных и подземных вод в зоне влияния полигона; пробы почвенного покрова	Санитарно-эпидемиологические: общее микробное число (ОМЧ), бактерии группы кишечных палочек (БГКП), ЛКМ-индекс, коли-титр, коли -индекс, условно-патогенная, патогенная микрофлора	Анализ атмосферного воздуха на границе санитарноЦзащитной зоны и в приземном слое проводился по 14 показателям (260 ед.). Анализ снеговых проб на полигоне ТБО г. Перми и прилегающих территориях проведен по 14 показателям (280 ед.). Анализ поверхностных вод осуществлялся из 14 гидростворов по 32 показателям (820 ед.). Пробы почв оценивались по 35 показателям (350 ед.)
Исследование микробиоценозов на этапах жизненного цикла полигона ТБО	Микробиоценозы ТБО, ФВ, формирующихся свалочных грунтов	Микробиологические: методы посева на элективные плотные и жидкие питательные среды	Образцы ТБО, пробы ФВ, донных отложений в наземных скоплениях ФВ, свалочных техногенных грунтов (не менее 20 проб каждого наименования) - более 600 ед. информации
Системный анализ и моделирование процессов формирования эмиссий на полигоне ТБО с целью разработки диагностического и текущего мониторингов	Условия формирования водного баланса и эмиссий загрязняющих веществ полигонов ТБО на различных этапах эксплуатации	Имитационный анализ, разработка биохимической модели деструкции ТБО, математическое моделирование	Анализ экспериментальных данных об объемах, химическом составе ФВ и биогаза полигона ТБО на различных этапах жизненного цикла (полигоны ТБО Пермского края). Разработанные модели водного баланса полигона, расчета объема ФВ, биогаза, модель изменения химического состава ФВ

Продолжение таблицы 1

Разработка системы организационных, инженерно-технических мероприятий, направленных на обеспечение гигиенических нормативов в зоне влияния полигона ТБО

Технологии противофильтрационной защиты, дегазации полигона, очистки и отведения ФВ

Принципы безопасного захоронения отходов, принципы многобарьерной защиты, управление эмиссиями

Анализ существующих систем безопасного захоронения отходов (отечественный и зарубежный опыт). Разработка принципов и комплекса инженерных мероприятий безопасного захоронения отходов с учетом этапов жизненного цикла

Система санитарно-гигиенического мониторинга полигонов ТБО на различных этапах жизненного цикла.

Анализ результатов исследований санитарно-гигиенического состояния полигонов ТБО, анализ существующих систем мониторинга, информационных систем и баз.

Системный анализ

Разработка системы санитарно-гигиенического мониторинга; программ проведения мониторинга атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, растительного покрова, почв на этапах жизненного цикла полигона, разработка информационно-аналитической системы ИАС, реализация системы мониторинга на полигонах ТБО Пермского края (г.Чусовой,

п. Звездный, г.Березники, г.Кунгур)

Процессы трансформации органической составляющей ТБО и формирования эмиссий загрязняющих веществ при аэробной и анаэробной биодеструкции исследовались с использованием методов физического и математического моделирования. При решении поставленных в работе задач были выполнены более 3 тыс. определений. Результаты всех экспериментальных исследований обработаны стандартными статистическими методами с использованием программного продукта SP SS V 10.0.5 for Windows и Stastistica.

Результаты исследования и их обсуждение

Санитарно-гигиеническая характеристика полигонов ТБО на этапах жизненного цикла.

Полигоны захоронения ТБО представляют собой длительный потенциальный источник санитарно-гигиенической опасности вследствие образующихся при разложении отходов эмиссий биогаза и фильтрационных вод; субстрат полигона является благоприятной средой для развития патогенной микрофлоры, насекомых и грызунов - переносчиков и возбудителей инфекционных заболеваний.

Состав эмиссий зависит от стадии биодеструкции отходов. На ранних этапах эксплуатации объекта биодеградируемые фракции ТБО подвергаются аэробной деструкции. По мере уплотнения и увеличения количества отходов в теле полигона начинаются анаэробные процессы, длящиеся десятки лет, и обусловливающие основные эмиссии загрязняющих веществ. Можно выделить следующие основные фазы анаэробной биодеструкции отходов: гидролиз, ацетогенез, активный метаногенез, стабильную фазу метаногенеза, полную ассимиляцию, которые совпадают с основными этапами жизненного цикла полигона: активной эксплуатации (0Ц25 лет), рекультивации, пострекультивационный этап (активный, пассивный и стабилизационный).

Для санитарно-гигиенической характеристики полигонов ТБО с учетом этапов жизненного цикла в качестве основного объекта исследований был выбран типичный для России действующий полигон депонирования отходов г. Перми Софроны. Выбор объекта обусловлен наличием на нем действующих карт захоронения и рекультивированных территорий, что позволяет изучить закономерности формирования эмиссий, смены микробиоценозов на различных этапах жизненного цикла. Полигон ТБО Софроны расположен в 22 км от города вблизи жилой застройки и функционирует с 1978 г. Территория, непосредственно используемая для захоронения ТБО, занимает площадь 33 га, высота складированных отходов составляет 16-18 м. Общий объем накопленных отходов к концу 2008 г. - 29250 тыс. м3. Площадь санитарно-защитной зоны - 6 га. Исследован химический и морфологический состав отходов, он типичен для полигонов ТБО крупных промышленных городов (табл.2). По полученным результатам была установлена брутто-формула биодеградируемой фракции ТБО (С365Н520O18N6,28S). Основными источниками воздействия полигона на объекты окружающей среды являются фильтрационные воды, образующиеся в результате инфильтрации атмосферных осадков через массив отходов, отжимных вод, биохимических и химических процессов разложения ТБО, и биогаз.

Анализ условий образования и состав ФВ полигонов ТБО и его влияние на объекты гидросферы. В ходе проведения исследований по формированию состава ФВ на этапах жизненного цикла на протяжении ряда лет изучались полигоны ТБО г. Перми Софроны и Голый мыс (закрытый для эксплуатации и используемый как снеговая свалка), а также полигоны Пермского края Чусовой, г. Полазна, д.Страшная гора), значительно отличающиеся стадиями эксплуатации. Полигон ТБО Софроны не имеет достаточного естественного водоупорного основания под рабочим телом. ФВ выходят на поверхность и скапливаются в углублениях рельефа местности между массивом отходов и дамбой. На основании анализа материальных потоков ТБО, составления и расчета водного баланса полигона рассчитан объем ФВ на территории полигона, который составляет 80 000Ц100 000 м3/год.

Таблица 2. Морфологический состав отходов полигона захоронения ТБО

г. Перми (данные 2000 -2009 г.г.)

Фракционный состав	Брутто-формула фракции	Доля фракции, %
Пищевые отходы	С320,3Н570, 9О188,4N 14,9 S	10,6 - 13,8
Макулатура	С580,6Н952,3О440,8N3,49 S	19,3 Ц 22,6
Дерево	С1321Н1904O855,6N4,6S	1,9 Ц 2,3
Садово-парковые отходы	С424,8Н635,9О253,8N 6,41 S	15,0 - 17,1
Ткань, текстиль	С978,8Н1396O416,8N 70,2S	4,2 - 4,8
Кожа, резина	С404.4Н634,9O58.1N57.2S С454, 9Н69,4N1	1,2 - 1,5
Пластик	С3,5Н5,0O1	5,6 - 7,2
Черные и цветные металлы	Fe, Cu, Ni, Cr, Pb и др.	4,7 - 3,8
Стекло	Na2O SiO2	17,3 - 15,2
Строительный мусор	-	7,1 - 8,2
Кости	Ca3PO4	0,1 - 0,15
Прочие	-	9,3 Ц 9,6

Исследования химического состава ФВ полигонов ТБО Пермского края, результаты которого представлены в табл. 3, позволили установить индикаторные показатели состава ФВ, характеризующие этап жизненного цикла полигона: рН, ХПК, БПК, ХПК/БПК, содержание ионов цинка и железа. В ацетогенной фазе ФВ характеризуются высокими значениями ХПК (5000Ц90000 мгО/дм3) и БПК5 (2000 - 40000 мгО2/дм3), отношение БПК5/ХПК - 0,5-0,6, концентрация ионов тяжелых металлов - 25-50 мг/л, рН = 4,5Ц6,5. Органические примеси в основном представлены летучими органическими кислотами жирного ряда. В ФВ, образующихся на стадиях метаногенеза (рН = 6,7 - 8,8), значительно снижаются величины ХПК (1000Ц2000 мгО2/дм3) и БПК5 (100Ц400 мг О2/дм3), однако увеличивается доля биорезистентных соединений, о чем свидетельствует снижение отношения БПК5/ХПК до величины 0,2-0,3, увеличивается концентрация фенолов, хлорсодержащих ароматических соединений, образующихся при дальнейшем разложении отходов.

Таблица 3. Характеристика химического состава ФВ полигонов ТБО Пермского края

Наименование показателя	г.Пермь Софроны (2003-2008 г.г.)	г.Чусовой (2003-2006 г.г.)	д.Страшная гора (2001 г.)	п. Полазна, (2000 г.)	г. Пермь Голый мыс (2002-2006 г.г)	ПДКвр
рН	7,9 - 8,2	7,3 - 7,6	4,5 Ц 4,8	6,5 Ц- 6,9	7,9 Ц 8,3	6,5 - 8,5
Солесодержание, мг/дм3	5400 - 5800	1700 - 3500	98035-101250	31700 Ц 32800	2940Ц 3210	1000
ХПК, мг О/дм3	1300 - 2500	680 - 920	38900 Ц 43500	5040 Ц 6500	456 Ц 550	15
БПК5, мг О2/дм3	250 - 310	120 - 180	22800 - 24500	3000 Ц 4500	55 Ц 90	3
БПК5,/ХПК	0,18 - 0,12	0,18 - 0,20	0,56 - 0,59	0,59 Ц 0,69	0,12 - 0,16	отс.
Жесткость, мг-экв/дм3	19,0 - 24,0	5,2 - 5,8	25,3 - 36,5	24,0 Ц 30,1-	31,5 Ц 35,8	10
Хлорид- ион, мг/дм3	1700 - 2200	280 - 320	9017 - 1125	1152 Ц 1350	1200 Ц 1400	350
Фосфат-ион, мг/дм3	25,0 - 32,0	8,0 - 10,2	0 - 1,2	35,1Ц 44,5	5,2 - 6,8	0,05
Ион аммония, мг/дм3	110,0 Ц 150,0	18,2 Ц 21,6	145 Ц 176	14,2 Ц 18,5	27,2 Ц 53,8	0,5
Нитрит-ион, мг/дм3	0,33 Ц 0,75	0,3 Ц 0,5	5,2 Ц 6,7	1,7 Ц 2,3	2,2 Ц 2,7	0,08
Нитрат-ион, мг/дм3	10,1 Ц 12,2	1,8 Ц 2,4	95 - 165	11,1 - 24,2	12,5 Ц 19,7	40,0
Железо (общее), мг/дм3	10,1Ц 15,2	5,5 - 6,7	15,3 - 17,8	24,2 - 28,4	3,6 - 4,2	0,1
Марганец (II), мг/дм3	2,77 - 3,4	1,7 - 2,2	3,26 Ц 5,1	6,1 - 7,2	0,03 - 0,05	0,01
Свинец (II), мг/дм3	0,16 - 0,21	не опр.	0,41 - 0,62	0,15 - 0,22	0,06 - 0,08	0,01
Медь(II), мг/дм3	0,3 - 0,4	не опр.	не опр.	не опр.	0,41-0,45	0,001
Цинк (II), мг/дм3	1,3 Ц 1,6	0,8 Ц 1,2	не опр.	5,2 Ц 6,1	0,23 - 0,50	0,1
Фенол и его производные, мг/дм3	10,5 - 12,8	4,5 - 5,2	не опр.	не опр.	9,8 - 14,5	0,001

По индикаторным показателям ФВ полигонов ТБО (2000-2009) г. Перми Софроны и г. Чусового можно отнести к ФВ, образующимся в конце активной фазы метаногенеза, состав ФВ полигона ТБО Голый мыс характерен для ФВ стадии стабильного метаногенеза, полигоны ТБО д. Страшная гора и п. Полазна - для ацетогенного фильтрата.

Для определения влияния ФВ на подземные и поверхностные воды проводились исследования проб подземных и поверхностных вод в зоне влияния полигона ТБО г. Перми Софроны. Оценка влияния ФВ на состояние подземных вод проводилась на основе исследований химического состава проб, отобранных из двух гидрогеологических скважин выше и ниже по потоку грунтовых вод. Установлено техногенное загрязнение подземных вод по следующим показателям: ХПК - 34,8 ПДК и БПК5 - 90,66 ПДК, N-NH4+ - 7,5 ПДК, Cl- и по сухому остатку - до 6 ПДК, фенолам - 5 ПДК, ионам Mn+2 - 66 ПДК.

С целью определения влияния полигона на качество поверхностных водоисточников отбор проб совместно со специалистами НИИ Пермгидроводхоз производился из 14 гидростворов, выделенных по рекам Бродовая, Соломинка и их притокам. Выявлено, что загрязнение водных объектов происходит неравномерно и зависит от сезонов года. Загрязнение вод малых рек зафиксировано в секторе, расположенном в направлении поверхностного стока с территории полигона и

в пробах, отобранных из гидроствора, расположенного на ручье, стекающем с территории поли-

гона. Установлено превышение нормативных концентраций по сухому остатку - 2000 ПДК, ХПК - 14 ПДК, БПК5 - 40 ПДК, Fеобщ - 90 ПДК, Мп2+ - 48 ПДК. Незначительное превышение выявлено по ионам Cl-, ионам Ni+2 и Cr+3 - до 2 ПДК, ионам N-NH4+ - до 3 ПДК. Отмечены превышения во

всех гидростворах по содержанию взвешенных веществ (до 10 ПДК), фенолов (2-20 ПДК), нефтепродуктов (3-20 ПДК).

Проведенные исследования указывают на выраженное влияние полигона захоронения ТБО Софроны на поверхностные и грунтовые воды. Наибольший риск для здоровья населения прилегающих к полигону территорий составляет повышенное содержание в гидростворах ксенобиотиков (нефтепродукты, фенол).

Анализ условий образования и состав биогаза, его влияние на атмосферный воздух. Процессы биохимического разложения ТБО сопровождаются газовыми эмиссиями. Для оценки влияния биогаза на атмосферный воздух на полигоне ТБО г. Перми проводилась газовая съемка с помощью шахтного интерферометра ШИ-10 и эксплозиметра ЭТХ-1-2. Отбор проб атмосферного воздуха в приземном слое на высоте 1,5 м и 0,4 м от поверхности проводился на эксплуатируемых площадках захоронения, рекультивированных участках полигона, на границе санитарной зоны и в условно чистом районе на расстоянии 2,5 км от свалки.

Результаты анализа химического состава, выделяющегося с поверхности полигона ТБО биогаза, показали, что он содержит ароматические соединения - бензол, толуол, этилбензол, фенолы. В зоне горения отходов наблюдается превышение ПДК по содержанию углеводородов от 4,8 до 8 раз, этилбензола Ц в 6 и 30 раз, СО - в 14,8 раза, ксилола - в 0,65 раза и H2S - в 2,1 раза. Наиболее интенсивные потоки метана обнаружены в рекультивированной зоне свалки. На границе санитарно-защитной зоны и прилегающих территориях влияния биогаза на качество атмосферного воздуха не выявлено.

Анализ химического состава свалочного грунта. Для анализа условий формирования свалочного грунта в ходе исследований были отобраны пробы грунта с карт захоронения и с рекультивированных участков основного объекта исследования - полигона ТБО Софроны. Проведен химический и спектральный анализ проб грунта, отобранного на глубине 0-10 м, что позволило изучить подвижность металлов в процессе деструкции отходов.

Результаты проведенного спектрального анализа проб, представленные на рис.1, показывают, что содержание меди, хрома, никеля, свинца, олова значительно превышают значения ПДК для нейтральных суглинистых почв, и изменяется по глубине залегания грунта.

Наибольшее содержание металлов наблюдается в пробах свалочного грунта, отобранных с глубины 1 м и 8Ц9 м. В поверхностном слое (до 1 м ) протекают процессы аэробного разложения легкоразлагаемых фракций ТБО (пищевые отходы), окисление металлов. При этом возможно образование трудно растворимых карбонатов, фосфатов металлов и накопление их в свалочном грунте. В ацетогенной фазе разложения ТБО в кислой среде возможно образование растворимых гидро- и дигидрофосфатов, гидрокарбонатов металлов (цинка, меди, хрома) и переход их в фильтрат, что приводит к снижению содержания металлов в свалочном грунте. В фазе метаногенеза в щелочной среде в толще отходов протекает медленная стабилизация металлов за счет образования сульфидов, фосфатов, карбонатов и др. (глубина 8Ц9 м). Обнаруженное высокое содержание ионов токсичных металлов, их подвижность требует разработки системы контроля химического состава свалочных грунтов, как в период активной эксплуатации полигона, так и в период рекультивации.

Рис.1. Содержание металлов в свалочном грунте, отобранном на различной глубине

(полигон Софроны, 2003 г.)

Оценка санитарно-гигиенического состояния полигона ТБО Софроны, как основного объекта изучения, по микробиологическим показателям проведена на основании результатов многолетних исследований депонированных отходов, ФВ, снегового покрова, подземных вод (в зоне влияния полигона), поверхностных источников (в пределах санитарно-защитной зоны полигона), а также свалочных грунтов, сформировавшихся в результате длительной биодеградации ТБО (25 лет). Определение видового состава микробиоценозов, формирующихся на этапах жизненного цикла полигонов ТБО, проводились совместно с Зайцевой Т.А.

В снеговом покрове патогенной микрофлоры, как в санитарно-защитной зоне, так и за ее пределами, не выявлено. Представители условной патогенной микрофлоры, обнаруженные в снеговом покрове, представлены бактериями Е.coli и Klebsiella spp. С увеличением расстояния от полигона до 3000 м отмечено снижение содержания сапрофитной микрофлоры в 2,2 раза, лактоположительных кишечных бактерий (ЛКП) - в 3,2 раза, бактерий E.coli - в 26 раз.

В поверхностном слое депонированных отходов (0 - 0,5 м), размещенных на эксплуатируемых картах, обнаружено наибольшее количество микроорганизмов: количество сапрофитных бактерий в 1 г составило 1,5106 - 1,7107, общее количество бактерий - 3,5 108 - 4,3108 в 1 г. Установлено присутствие в отходах бактерий группы кишечной палочки (БГКП): количество БГКП составляло 1,0106 - 1,0107 кл. в 1 г, количество термофильных бактерий - 1,0104 - 1,0105 кл/г. В поверхностном слое отходов обнаружена условно-патогенная и патогенная микрофлора различных физиологических групп: бактерии, актиномицеты, микрококки (E.coli, Klebsiella, Bact. pyaceaneum, Micr. citzinus, Micr. Сandidus, Cl. perfringens). Присутствие патогенной и условно-патогенной микрофлоры на полигоне ухудшает санитарные условия труда обслуживающего персонала.

В случаях нарушения технологии сбора, очистки и обезвреживания ФВ на полигонах захоронения ТБО возможно поступление патогенной микрофлоры с недостаточно очищенными и обеззараженными ФВ в водные объекты - источники водоснабжения, что может привести к возникновению рисков поражения населения, проживающего в зоне потенциально возможного влияния полигонов. В ФВ полигона ТБО количество лактоположительных бактерий соответствовало нормативным показателям, бляшкообразующих колифагов - ниже установленных нормативов, коли-титр составил 0,06-0,01кл./мл; коли-индекс - от 16,0 до 100 тыс. кл./дм3. В ФВ обнаружена условно-патогенная и патогенная микрофлора. Среди условно-патогенной микрофлоры преобладали представители рода Micrococcus.

В донных отложениях наземных скоплений фильтрата также присутствовали представители условно-патогенной микрофлоры Micrococcus candidus, M. epidermis и Bac. serositidis, которые обнаруживались и в депонированных отходах полигона ТБО. Бактерия E.Coli в донных отложениях не выделена.

Бактерии E.coli и патогенная микрофлора не обнаружена в подземных водах. В природных водах (р. Бродовая) количество лактоположительных кишечных бактерий в 2 раза превышало нормативные показатели, патогенная микрофлора отсутствовала. На основании полученных данных можно заключить, что полигон ТБО не оказывает влияние на подземные водоисточники, но влияет на поверхностные, что подтверждается превышением содержания ЛКП.

Микробиологические исследования свалочных грунтов на рекультивированных картах полигона ТБО позволили установить, что содержание бактерий группы кишечной палочки, обнаруженные в пробах, отобранных с глубины 3 м, не превышало допустимых значений и соответствовало малозагрязненным почвам. Содержание термофильных бактерий изменялось от 1,5 107 кл/г (глубина 2 м) до 1,5 102 кл/г (глубина 8 м). Представителями микрофлоры являлись Cl. perfringens, Bact.pyocyaneum, причем содержание Cl. perfringens увеличивалось с глубиной от 4 до 11 м. Присутствие Cl. perfringens в глубоких слоях свалочных грунтов объясняется способностью бацилл сохраняться длительное время в виде покоящихся форм (споры).

Результатами микробиологических исследований установлено, что действующий полигон депонирования отходов Софроны в результате отсутствия системы сбора, очистки и обеззараживания ФР, а также неудовлетворительной организации входного контроля при поступлении отходов на захоронение, что не исключает возможности несанкционированного попадания на полигон инфицированных отходов, является объектом, неблагополучным в санитарно-эпидемиологическом отношении, что подтверждается присутствием условно-патогенной и патогенной микрофлоры в депонированных отходах в зонах краткосрочного захоронения (до 5-10 лет), ФВ, поверхностных водоисточниках и снеговом покрове в пределах санитарно-защитной зоны. Отмечено значительное улучшение санитарно-гигиенической ситуации на картах депонирования отходов, с длительным сроком биодеградации органических веществ (25 лет). При проведении микробиологических исследований проб депонированных отходов, образующегося свалочного грунта, биогаза, отобранных на участках эксплуатации и рекультивации, установлены значительные изменения в структуре микробных популяций, общего количества бактерий, сапрофитных микроорганизмов. Вопросы, связанные с изучением микробиоценозов, формирующихся на различных этапах жизненного цикла полигона, а также их влиянием на степень биодеструкции ТБО в литературе практически не освещены.

Микробиологические исследования формирующихся свалочных техногенных грунтов (СТГ) позволили проследить процессы биохимической трансформации органической части ТБО и смену микробиоценозов на этапах жизненного цикла полигона ТБО, а также определить индикаторные показатели, характеризующие интенсивность и стадию процессов биодеструкции отходов. На эксплуатируемых участках полигона ТБО пробы отбирались по разрезу 0-11 м. На глубине 0,5-2 м были обнаружены бактерии, большинство из которых были представителями родов Bacillus, Micrococcus, Mycobacterium, а также Actinomyces и Proactinomyces, являющихся гидролитиками и способные участвовать в процессах гидролиза высокомолекулярных соединения (крахмал, целлюлоза). Они доминируют на ранних стадиях биодеструкции органических фракций отходов. Постепенное накопление аминокислот, простых сахаров и т.п. способствует активному росту микроорганизмов-копиотрофов, большинство из которых относились к родам: Bacterium, Pseudomonas, Mycobacterium. Эти микроорганизмы были обнаружены в пробах депонированных ТБО, отобранных с глубины 5 м. В пробах, отобранных с глубины более 7 м, присутствовали вторичные анаэробы: метаногенные, сульфат-редуцирующие и денитрифицирующие бактерии, способные утилизировать органические вещества на конечных стадиях анаэробных процессов. Они относились к родам Methanobacterium и Desulfovibrio. Для определения полноты протекания процессов биодеструкции ТБО, а также для анализа процессов формирования и смены микроценозов были проведены микробиологические и физико-химические исследования проб свалочного техногенного грунта (СТГ), отобранных на рекультивированных участках полигона ТБО Софроны. Установлено, что СТГ полигона характеризуются высокой пористостью (65-70 %), и соответствуют категории весьма влажные насыщенные грунты, СТГ имеют щелочную реакцию среды (рН=8,5 - 8,9, Еh - 280 - 340 мВ), rH2 - от 5,3 до 6,9. Сравнительный анализ результатов микробиологических исследований показал, что численность сапрофитных бактерий не превышала их содержания в зональных почвах (табл.4). В СТГ обнаружено большее количество бациллярных форм, численность которых составила от 252 тыс. до 1,8 млн. клеток в 1 г. В отличие от зональной почвы для СТГ полигона характерна более высокая численность микроскопических грибов и актиномицетов, большинство представителей которых являются активными деструктантами целлюлозы (табл.4).

Таблица 4. Микробиологическая характеристика депонированных отходов, техногенного свалочного грунта

25-летнего возраста и зональной почвы

Параметры	Эксплуатируемая территория полигона ТБО	Рекультивируемая территория полигона ТБО	Дерново-подзолистые суглинки
Количество сапрофитных бактерий, кл/1 г а.с.в.	1,5.106 - 1,7.106	0,89.103 - 1,97.103	1,05.103 - 2,49.103
Общее количество микроорганизмов, кл./1 г а.с.в.	3,5.108 - 4,3.108	2,1.106 - 15.106	0,6.106 - 1,1.106
рН среды	8,0 - 8,2	8,5 - 8,9	6,3 - 7,9
Индикаторы на биогенность: присутствие белка, % обнаружения	Не определялась	Обнаружены белковые пятна в 50 % образцов	Обнаружены белковые пятна в 30 % образцов
Azotobacter, КОЕ/ 1 г а.с.в. Azotobacter, % обросших комочков	н/обн.	9,0 - 11 (на среде Эшби: Az.agilis, Az.chroococcum, Az. vinelandi) 87,5-93,0	2,0 - 8,0 (на среде Эшби: Az.chroococcum) 86,2-97,0
Санитарно-гигиенические характеристики: титр Е. Coli, 0,1 г титр Cl. рerfringens, 1 г в поверхностном слое 0,5-2 м	0,01 - 0,0001 0,1 - 0,01	Не обнар. Не обнар.	Не обнар. Не обнар.
КАА МПА	0,03 - 0,04	0,006 - 0,02	0,005 - 0,008
Наличие метаногенных бактерий	M. mobilis, M. formicicum M. soehngenii	Metanosarcina, Methanococcus vannielii	Не обнар.
Количество микроскопических грибов, КОЕ/г	7,5 - 80,3	8,6 - 127,0	0,7 - 3,8
Количество актиномицетов, КАА, КОЕ/г	10,8 - 125,0	6,0 - 43,0	5,0 - 19,0

Таким образом, в процессе биодеструкции ТБО в течение 25 лет формируется микробиологическое сообщество, близкое к дерново-подзолистой почве.

Теоретический анализ процессов биодеструкции органических веществ ТБО, результаты собственных микробиологических исследований в лабораторных и натурных условиях позволили установить соответствие структуры микробиологического сообщества стадиям биодеструкции и этапам жизненного цикла.

На аэробной стадии и стадии гидролиза (рН=6,3 -7,8 и rH2=21,4 - 17,0) деструкцию осуществляют бактерии родов Pseudomonas, Bacterium, грибы родов Mortierella, Mycogone и актиномицеты рода Actinomyces. На стадиях ацетогенеза и активного метаногенеза (рН=4,8- 6,3 и rH2=14,3 - 6,15) в структуре микробиоценоза преобладают бактерии родов Clostridium, Pseudomonas, Bacillus, Methanobacterium. На стадии стабильного метаногенеза (рН=6,7Ц8,2 и rH2=5,4 - 4,3) микробиоценоз формируют бактерии родов Bacillus, Desulfovibrio, Methanobacterium, Methanococcus. На этапе рекультивации (рН=8,5 - 8,9, rH2=22,8 - 23,9) микробиоценоз представлен актиномицетами рода Actinomyces, грибами родов Penicillium, Mycogone, род Cytophaga и азотфиксирующими микроорганизмами рода Azotobacter. На основе результатов микробиологических исследований выявлены индикаторы санитарно-гигиенического состояния полигона, характеризующие интенсивность и стадию протекающих процессов биодеструкции отходов: количество сапрофитных бактерий; общее количество микроорганизмов; коэффициент минерализации (КАА/МПА); индикаторы на биогенность (присутствие белка, целлюлозоразрушающие микроорганизмы); дегидрогеназная активность; титр Coli, титр Cl. perfringens; индикаторы метаногенеза - метаногенные бактерии. Проведенная оценка санитарно-гигиенического состояния полигонов ТБО на различных этапах эксплуатации позволила обосновать перечень приоритетных показателей для наблюдения за состоянием атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод в зоне влияния полигона с учетом этапов жизненного цикла (см. табл. 5 и 6). Качество почвы в зоне влияния полигона должно контролироваться по следующим показателям: рН, содержание тяжелых металлов - цинка, меди, свинца, ртути, содержание нитритов, нитратов, органического углерода, мышьяка.

Микробиологическая оценка загрязнения ФВ, депонированных отходов и свалочных грунтов должна проводиться по следующим показателям: общее микробное число (ОМЧ), лактозоположительные кишечные палочки; число бляшкообразующих единиц фагов кишечных палочек; индекс стафилококков; патогенные микроорганизмы, личинки и яйца гельминтов.

Таблица 5. Приоритетные показатели антропогенного воздействия на поверхностные и

подземные воды

Ацетогенная фаза

Метаногенная фаза

Индикаторные показатели:

БПК, мгО2/ дм3, ХПК, мг О2/ дм3 , рН,

железо общее, мг/дм3, цинк, мг/дм3

Показатели, характеризующие лацетогенный фильтрат, мг/дм3:

азот аммонийный, хлориды, летучие жирные кислоты.

Дополнительные показатели:

ионы тяжелых металлов, мг/дм3:меди, кадмия, свинца, марганца, хрома.

анионы мг/дм3: сульфаты, фосфаты

Индикаторные показатели:

БПК, мг О2/ дм3, ХПК, мг О2/ дм3 , рН,

железо общее, мг/дм3,цинк, мг/дм3

Показатели, характеризующие метаногенный фильтрат мг/дм3:

азот аммонийный, хлориды, нитраты,

нитриты, ароматические углеводороды

Дополнительные показатели:

ионы тяжелых металлов, мг/дм3: свинца, хрома.

хлорорганические соединения, мг/ дм3:

хлорфенолы, хлороформ, четыреххлористый углерод

Таблица 6. Приоритетные показатели антропогенного воздействия на атмосферу

Расположение контрольных точек	Контролируемые параметры
Этап эксплуатации
Территория полигона	Метан, оксиды углерода (СО,СО2), сероводород, аммиак, меркаптаны, летучие органические соединения ЛОС (бензол, толуол, ксилол, этилбензол), хлорсодержащие углеводороды (трихлорметан, хлорбензол, четыреххлористый углерод). Микробная обсемененность.
Санитарно-защитная зона. В зоне преобладающего направления ветра	Сероводород, меркаптаны, диоксид серы, диоксид азота, ЛОС, хлорбензол,
Этап рекультивации
Территория полигона	Метан (взрывоопасные концентрации), сероводород, сумма углеводородов, ОС (бензол, толуол, ксилол, этилбензол), хлорбензол
Закрытые полигоны
Территория полигона Рекультивированный полигон	Метан, сероводород, ЛОС (бензол, толуол, ксилол, этилбензол)

Использование математического моделирования для обоснования элементов диагностического мониторинга полигонов ТБО. Для обоснованного выбора показателей контроля, решения вопросов санитарного благополучия населения в зоне влияния полигонов ТБО необходимо прогнозировать санитарную ситуацию, потоки и состав эмиссий. Длительность процессов разложения отходов не позволяет получить достоверных экспериментальных результатов по изменению состава эмиссий на различных стадиях биодеструкции. В этом случае методы моделирования процессов деструкции отходов, формирования объема и состава эмиссий являются надежным инструментом прогнозирования санитарной ситуации, а также позволяют создать базу для разработки параметрического прогнозного мониторинга полигонов ТБО. На основе исследования процессов биодеструкции отходов и формирования водного баланса полигона построены математические модели расчета объема ФВ на различных этапах эксплуатации полигона ТБО, прогнозирования эмиссий метана и изменения состава ФВ на различных этапах жизненного цикла полигона.

Закономерности формирования водного баланса полигона ТБО и математическая модель расчета объема фильтрационных вод.

Анализ всех составляющих водного баланса полигона и характер их изменения на этапах жизненного цикла полигона, позволил нам совместно с М.А. Тагиловым разработать модель расчета объема образующихся ФВ:

Qф= S ((Ао + h WТБО) - ПС - И )

(1)

где Qф - расход фильтрата, м3/год; S - площадь полигона, м2; Ао - количество атмосферных осадков м3/год; WТБО - количество первичного фильтрата (отжимной влаги), м3/м3 ТБО год; h - средне-

годовая высота слоя складированных ТБО, м; И Ц испарение с поверхности, м3/год; ПСЦ поверхностный сток, м3/год.

По разработанной модели был проведен предварительный расчет фильтрационных вод полигона ТБО г. Перми в период эксплуатации и рекультивации. Расчет объема ФВ, образующийся на рекультивируемой территории полигона (I этап) проведен для четырех вариантов: 1.1 - исходное состояние свалки; 1.2 - подготовительный этап (система сбора и отвода фильтрата); 1.3 - этап эксплуатации (рекультивация существующих откосов свалки); 1.4 - рекультивированный полигон. После рекультивации существующего полигона, объединения рекультивированной части и карт перспективного развития в один объект выделено несколько этапов, на каждом из которых будет значительно изменяться объем и состав стоков: II - этап эксплуатации карт перспективного захоронения отходов; III - этап устройства объединенного полигона; IV - рекультивированный объединенный полигон. Ввиду того, что рекультивируемая свалка располагается на водораздельном пространстве предлагается отвод стоков производить по двум направлениям - северному и южному. Результаты расчета представлены в табл. 7.

	Расход воды основных потоков водного баланса полигона по расчетным этапам: всего (север/юг), тыс. м3 /год
	I				II	III	IV
	1.1	1.2	1.3	1.4	II	III	IV
Фильтрация в подземные горизонты	65.1	57.3	37.2	15.2	15.2	5.3	5.3
Поверхностный сток	62.1 (26.1/ 36.0)	62.1 (26.1/ 36.0)	95.0 (37.4/ 57.6)	131.1 (50.0/ 81.1)	95.2 (50.0/ 45.2)	90.6 (50.0/ 40.6)	131.1 (50.0/ 81.1)
Дренаж сточных вод	65.1 (27.6/ 37.5)	57.3 (19.8/ 37.5)	37.1 (12.9/ 24.2)	15.3 (5.3/ 10.0)	80.3 (5.3/ 69.7)	90.5 (5.3/ 85.2)	41.2 (5.3/ 35.9)

Таблица 7. Среднегодовые водные потоки рекультивируемого полигона

Разработка модели биодеструкции отходов и прогноза химического состава фильтрационных вод на различных этапах жизненного цикла полигона ТБО. Проанализированы существующие модели деструкции отходов и прогноза состава ФВ и эмиссий биогаза (физические, химические, биохимические), базирующиеся на фундаментальных исследованиях H. Belevi, P. Baccini, M. Barlaz, Н. Mgyen, A. Batler, T. Christensen. Следует отметить, что в настоящее время не существует единого подхода к прогнозным оценкам состава фильтрата, расчета эмиссий биогаза, многие модели находятся в стадии разработки.

Анализ процессов деструкции отходов позволил разработать биохимическую модель разложения отходов на стадиях аэробной деструкции, активного и стабильного метаногенеза, представленную в табл. 8. Принималось, что в аэробной фазе биодеструкции подвергаются легкоразлагаемые пищевые отходы (брутто-формула С10Н17,8О5,9N0,46S0,03), в анаэробных условиях - целлюлозосодержащие фракции ТБО, на стадии стабильного метаногенеза - лигнин, а также неразложившаяся часть целлюлозы.

Таблица 8. Основные биохимические реакции, протекающие при деструкции отходов

	Стадия биодеструкции	Основные биохимические уравнения
1	Стадия аэробной деструкции	1. Биодеструкция пищевых отходов: С10Н17,8О5,9N0,46S0,03 + 11 O2 → 9,9CO2 + 0,03 SO2 + 0,46NH3+ 0,05 C2H4O2 + 8,1H2О
2	Стадия гидролиза и ацетогенеза	2. Гидролиз целлюлозы: n(C6H5O10)m + nmH2O n m C6H12O6 3. Биодеструкция с образованием уксусной кислоты: nC6H12O6+0.4nNH3(г)+nH2O→2nCH1.8O0.5N0.2+2nCO2+2,8nH2(г)+ nC2H4O2(ж) 4.Биодеструкция с образованием пропионовой кислоты: nC6H12O6+0.26n NH3(г)→2.63nCH1.8O0.5N0.2+0.74nCO2(г)+1.445nH2O(ж)+0.875nC3H6O2(ж) + 0,133 nH2 5. Биодеструкция с образованием масляной кислоты: nC6H12O6+0.31nNH3(г)→ 1.58nCH1.8O0.5N0.2(тв)+0,78nH2(г)+ 0.79nC4H8O2(ж)+1.26nCO2(г)+1.1nH2O(ж)
3	Стадия активного метаногенеза	6. Пропионовая кислота →уксусная кислота: nC3H6O2 + 2nH2(г) → nC2H4O2 + nCH4 7. Масляная кислота→уксусная кислота: nC4H8O2 + 2nH2→ nC2H4O2 + 2nCH4 8. Углекислый газ →метан: nСО2 + 4nН2 → nСН4 + 2nH2O 9. Уксусная кислота→метан: n C2H4O2 → nCO2 + nCH4 10. Общее уравнение биодеструкции целлюлозосодержащих фракций ТБО на стадии активного метаногенеза: nC6H12O6 + 0,32nNH3(г)→ 0,64nCH1.8O0.5N0.2+n0,96CH1.2O0.5N0.2+ 2,15nCO2(г)+ 2,24 nCH4 + 0,84nH2O
4	Стадия стабильного метаногенеза	11. Биодеструкция лигнина: С10Н11,3О3,5+0,32nNH3(г) → 0,64nCH1.8O0.5N0.2+n0,96CH1.2O0.5N0.2 + 2,15nCO2(г)+ 2,24 nCH4 + 0,84nH2O 12. Биодеструкция неразложившейся части целлюлозы: nC6H12O6 + 0,32nNH3(г)→0,64nCH1.8O0.5N0.2+n0,96CH1.2O0.5N0.2 + 2,15nCO2(г)+ 2,24 nCH4 + 0,84nH2O

Целлюлозосодержащие отходы (С6Н10О5)п в расчетах представлены в виде глюкозы С6Н12О6. В процессе биохимического разложения целлюлозы образуются летучие кислоты жирного ряда, биогаз, биомасса (CH1.8O0.5N0.2) и свалочный грунт - продукт гумификации отходов, представляющий собой органические соединения прогумусовой природы.

Сопоставление химического состава органической составляющей свалочных грунтов и гуминовых веществ позволило смоделировать основной фрагмент ТСГ, установить его структурную и химическую формулу - C1H1,2O0,5N0,2. Анаэробная стадия разложения отходов является наиболее длительной и формирующей основные эмиссии загрязняющих веществ. Для этой стадии на основании представленных биохимических реакций разработана упрощенная биохимическая модель формирования эмиссий, позволяющая с достаточной для практического использования точностью прогнозировать изменение состава фильтрационных вод по содержанию в них основных органических веществ и рассчитывать эмиссии биогаза:

nC6H12O6 (т) n C6H12O6 (ж) nC2H4O2(ж) +n БСГ(т) nCO2(г)+ n CH4(г) (2)

гидролиз ацетогенез метаногенез

где БСГ - биомасса и свалочный грунт.

На основе биохимической модели биодеструкции отходов разработана кинетическая модель, позволяющая без длительных экспериментальных исследований прогнозировать изменение состава фильтрата и объема биогаза во времени.

Формирование потоков загрязняющих веществ при разложении отходов может быть описано двумя последовательно протекающими реакциями и, следовательно, изменение состава фильтрата во времени и объем выделяющегося биогаза могут быть определены на основе кинетического уравнения последовательной реакции первого порядка:

(3)

n C6H12O6 (т) n C2H4O2(ж) n CO2(г)+ n CH4(г)

где k1 - константа скорости реакции в фазе ацетогенеза, k2 - константа скорости реакции в фазе метаногенеза.

Установлено, что для климатических условий Западного Урала величину константы скорости в стадии ацетогенеза k1 можно принять равной 0,3 - 0,4, а в стадии метаногенеза k2 Ц 0,07Ц 0,09.

Изменение числа молей компонента В во времени (n) и, следовательно, изменение состава фильтрата определяется как

(4)

где по, кмоль - количество целлюлозосодержащей фракции в 1т ТБО, определенное на основе известного морфологического состава отходов. Учитывая объем образующихся ФВ (м3/год), массу складированных отходов (Q, т/год) и их влажность W (массовая доля) формулу (4) можно преобразовать к виду

(5)

где ХПКЦ г О2/м3 , М - молярная масса уксусной кислоты (кг/кмоль), 1,07 - теоретическое значение ХПК уксусной кислоты (кг О2/кг)

На основе полученной модели была разработана программа для прогноза уровня состава фильтрата. Модель была верифицирована при исследовании анализа химического состава ФВ полигона ТБО г. Перми, г.Чусового. По расчетам на 2005 год (после 27 лет депонирования отходов) величина ХПК ФВ полигона ТБО Софроны составила 4500 мгО2 /дм3, что коррелирует с экспериментальными данными по анализу ФВ, отобранных из тела полигона (рис.2.).

ХПК, мгО/л

годы

Рис.2 . Изменение ХПК ФВ во времени

Модель прогноза состава ФВ дает результаты, достаточные для принятия практических решений при проведении диагностических исследований и выборе метода и технологии очистки ФВ.

Эмиссии биогаза (кмоль/т ТБО сух.) можно определить, решая кинетическое уравнение относительно компонента С:

(6)

или в пересчете на объем биогаза, образующийся при разложении МТБОб тонн сухих биодеградируемых ТБО (м3 при н.у.):

(7)

Скорость выделения биогаза (м3/год) W может быть определена по формуле:

(8)

Представленную модель можно использовать как при расчете объема метана и скорости его выделения на стадии активной эксплуатации (открытый полигон), так и на стадии рекультивации (закрытый полигон). Модель была апробирована при расчете скорости образования метана на полигоне ТБО г. Перми Софроны (рис.3). Замеры уровня биогаза проведенные нами в 2001-2003 г., показали значения потоков метана близкие к рассчитанным по предлагаемой методике, они коррелируют с данными, полученными аналитическими и расчетными методами на других полигонах ТБО (на полигонах Яблоновская и Угольная гавань г. Санкт-Петербурга).

Рис. 3. Скорость образования метана на полигоне Софроны

Полученные в комплексных исследованиях данные о закономерностях биодеструкции ТБО, разработанные биохимическая и кинетическая модели разложения отходов, позволяющие прогнозировать изменение состава и объема эмиссий во времени, могут быть использованы для диагностики санитарного состояния полигона ТБО; при выборе технологий очистки ФВ и систем дегазации, а также для управления биохимическими процессами в теле полигона.

Принципы безопасного захоронения отходов и обоснование выбора комплекса организационных, инженерных и технических мероприятий, направленных на обеспечение гигиенических нормативов на территориях прилегающих к полигонам ТБО.

Для минимизации потенциальной санитарно-гигиенической опасности в конструкции полигона предусматриваются инженерные сооружения и защитные устройства, препятствующие проникновению загрязняющих веществ в объекты окружающей среды и прилегающие территории.

Для безопасного захоронения отходов предложен и обоснован принцип многобарьерной защиты, основанный на применении комплекса организационных и санитарно-технических мероприятий, направленных на снижение эмиссий, включающих управление качеством и количеством отходов, поступающих на захоронение и потоками эмиссий (дегазация тела полигона; отведение и очистка ФВ).

Управление объемом и качеством отходов, поступающих на захоронение. Управление объемом и качеством ТБО подразумевает внедрение раздельного сбора, сортировки, предварительной подготовки и покомпонентной утилизации ТБО. Раздельный сбор позволяет выделить поток отходов с высоким содержанием органических компонентов - пищевые и растительные отходы, поток токсичных отходов - медицинские, реактивы, батареи и аккумуляторы и т.п. Каждый поток должен проходить предварительную стадию подготовки с использованием физико-механических методов, механико-биологической переработки и компостирования (пищевые, растительные фракции ТБО).

Особое внимание при входном контроле следует уделять вопросам депонирования медицинских отходов (МО), являющихся одним из основных источников санитарно-эпидемиологической опасности полигона ТБО. В МО могут присутствовать возбудители многих инфекционных заболеваний: туберкулеза, холеры, ботулизма, столбняка, кишечных инфекций, патогенные стафилококки и стрептококки и т. д. Отходы лечебно-профилактических учреждений должны подвергаться локальной первичной дезинфекции, затем в зависимости от класса опасности при условии раздельного сбора часть отходов ЛПУ поступает на полигон без дополнительной обработки, другая - перед захоронением подвергается обезвреживанию на термических установках. Наиболее токсичные и эпидемиологически опасные МО (отходы инфекционных отделений, онкологических клиник и др.) должны подвергаться дезинфекции и термическому обезвреживанию непосредственно в местах образования. При этом на полигонах ТБО могут депонироваться вторичные отходы, при условии отнесения их к III или IV классу опасности, что зависит в основном от содержания в них ионов тяжелых металлов.

Управление эмиссиями загрязняющих веществ полигона ТБО. Под управлением эмиссиями загрязняющих веществ полигона ТБО понимается контроль и регулирование биохимических процессов в массиве отходов; разработка инженерно-технических мероприятий и технологий по отведению и очистке фильтрационных вод, по дегазации тела полигона на различных этапах его жизненного цикла. На этапе активной эксплуатации полигона управление процессами в массиве отходов возможно за счет комплекса конструкционно-технологических параметров, регулирующих факторы внешнего воздействия; элементов противофильтрационной защиты основания и изоляции поверхности полигона, влияющих на водный и кислородный баланс полигона; содержания органического углерода (Сорг) в составе ТБО.

Управление метаногенезом на полигонах ТБО. Активное управление метаногенезом подразумевает регулирование входных и выходных потоков и включает научно обоснованный выбор комплекса мероприятий, направленных на снижение эмиссий и экологического риска, разработку эффективных систем дегазации полигона. Выбор мероприятий зависит от цели управления - удаление и утилизация биогаза, снижение газообразования.

При нынешнем состоянии российских полигонов основное внимание следует уделить разработке систем дегазации и очистке газовых выбросов, позволяющих уменьшить экологический риск; предотвратить взрывы и пожары на полигоне, управлять миграцией биогаза. Выбор метода будет определяться объемами и скоростью накопления биогаза.

Анализ процесса метанообразования, основных свойств биогаза и существующих технологий дегазации позволили разработать критерии выбора систем дегазации в зависимости от этапа эксплуатации и мощности полигона: ресурсный (экономия/утилизация энергетических ресурсов); экологический (воздействие на атмосферу и на персонал полигона); экономический (капитальные и эксплуатационные затраты; предотвращенный ущерб, эффективность системы дегазации) и граничные условия применения системы (минимальная скорость эмиссии газа, давление в массиве отходов). При выборе сценария дегазации использовали методы АВС-анализа и экспертных оценок. На основе критериальных и методологических подходов к выбору способа дегазации полигонов разработаны рекомендации по управлению метаногенезом на этапах жизненного цикла полигона.

На эксплуатируемом полигоне при эмиссиях биогаза менее 30 м3/час достаточна пассивная дегазация. При этом полигон должен быть оборудован газонепроницаемым экраном и системой газовых скважин или колодцев для естественного выхода биогаза за счет возникающей разности давлений внутри полигона и на поверхности и его рассеивания в атмосфере. При значительных эмиссиях биогаза не менее 90 млн. м3/год (активная фаза метаногенеза) необходима разработка системы активной дегазации - сбора, откачивания биогаза компрессорными станциями, очистки его от токсичных примесей и утилизацией с получением энергии.

На закрытом полигоне (этап рекультивации и пострекультивационный период) осуществляется сбор и утилизация биогаза с использованием газосборных вертикальных скважин на всю глубину отходов, при пассивной дегазации - вентиляционных отверстий, траншей (система действует до 20-30 лет после закрытия). Активная дегазация целесообразна при эмиссиях биогаза более 60 м3/час. На стабильной стадии метаногенеза для уменьшения влияния биогаза на окружающую среду, необходима его очистка от токсичных веществ и одорантов, например, с использованием биосорбционных фильтров.

Отведение и очистка ФВ. ФВ полигона ТБО являются основным источником загрязнения поверхностных и подземных вод в зоне влияния полигона, могут оказывать неблагоприятное воздействие на прилегающие территории, поэтому при обустройстве современного полигона захоронения ТБО должна быть обеспечена надежная защита объектов гидросферы, которая невозможна без проведения мероприятий по отводу ФВ и разработки эффективных технологий их очистки.

Проведенный анализ процессов биодеструкции ТБО, формирования ФВ позволил установить их основные особенности: сложный химический состав, представленный как органическими, так и неорганическими примесями и изменяющийся на каждом этапе жизненного цикла полигона; значительное отличие от промышленных и муниципальных сточных вод; зависимость объема и состава ФВ от сезонных колебаний количества атмосферных осадков; высокое содержание токсичных компонентов и биорезистентных примесей; наличие патогенных микроорганизмов.

Разработаны основные эколого-экономические и санитарно-гигиенические принципы выбора технологий очистки ФВ, которые предусматривают:

применение эффективных организационных и технических решений и технологий, адекватных климатическим условиям, этапу жизненного цикла полигона, экономическим возможностям;
маневренность в управлении процессом очистки при изменении состава сточных вод в результате сезонных колебаний уровня атмосферных осадков и этапа жизненного цикла полигона;
обеспечение гигиенической безопасности очищенных ФВ;
использование низкоэнергозатратных и малотрудоемких технологий;
использование в технологии очистки доступных и дешевых материалов, преимущественно, отходов производств, обладающих коагулирующими, сорбционными, ионообменными свойствами и др.

Обоснованный выбор технического решения с учетом разработанных принципов может быть реализован при сопоставлении химического состава ФВ на каждом этапе жизненного цикла полигона и соответствующих этому составу методов очистки.

Для проектируемых полигонов наиболее перспективными являются блочно-модульные технологические схемы очистки ФВ, позволяющие управлять процессом при изменяющемся на этапах жизненного цикла объеме и составе сточных вод. На первом этапе эксплуатации полигонов технологические схемы должны содержать блоки очистки от ионов тяжелых металлов, взвешенных и коллоидных частиц, последовательной анаэробно-аэробной очистки; физико-химической доочистки и обеззараживания. На этапах метаногенеза и гумификации отходов в ФВ будут накапливаться биорезистентные примеси, гуминовые соединения, уменьшаться концентрация ионов металлов и снижаться эффективность биохимической очистки. В этом случае, используя имеющиеся сооружения, можно изменить их функциональную направленность, очередность операций: предварительная физико-химическая очистка от окрашенных и биорезистентных примесей, биохимическая аэробная очистка с доочисткой физико-химическими методами.

Использование блочно-модульных технологий очистки ФВ позволяет управлять процессом на протяжении всего жизненного цикла полигона. Для очистки ФВ полигонов ТБО, находящихся на стадии рекультивации и постэксплуатации, целесообразно использовать малотрудоемкие технологии, основанные на биосорбционных, электрохимических и биологических (биопруды) методах.

Выбор способа очистки будет зависеть от объема образующихся ФВ, их состава и концентрации, гидрогеологических особенностей площадки, требуемой степени очистки (вторичное использование, выпуск в открытый водоем), экономических возможностей.

Разработка научно-методических основ системы санитарно-гигиенического мониторинга полигонов захоронения ТБО. Санитарно-гигиенический мониторинг полигонов ТБО представляет собой систему мероприятий, направленных на организацию наблюдения за санитарно-гигиеническим состоянием полигона ТБО и территорий его влияния; оценку его воздействия на санитарное благополучие населения, прогнозирование изменений; установление, предупреждение, ликвидацию или существенное уменьшение риска для здоровья населения. Проведенные исследования по оценке санитарно-гигиенической ситуации на этапах жизненного цикла полигонов ТБО позволили разработать основные принципы санитарно-гигиенического мониторинга:

организация наблюдений за источниками загрязняющих веществ и объектами окружающей среды в зоне влияния полигона ТБО, обеспечивающая получение достоверной и объективной информации (создание инженерной инфраструктуры - сети наблюдений с учетом метеорологических, ландшафтных, гидрогеологических, технико-экономических и социальных факторов);
выбор перечня наблюдаемых параметров в соответствии с этапом жизненного цикла полигона, обеспечивающих получение полной информации о санитарно-гигиеническом состоянии объекта и прилегающих территорий;
применение расчетных методов прогнозирования санитарной ситуации на этапах жизненного цикла полигона, основанных на моделях деструкции отходов, условиях формирования эмиссий и их распространения в окружающей среде;
обработка получаемой информации на основе современных научных решений с использованием эффективных электронно-вычислительных комплексов и информационно-аналитических систем;
системный анализ и оценка получаемой информации с целью разработки мероприятий по обеспечению соблюдений санитарно-гигиенических нормативов.

В соответствии с представленными принципами разработаны алгоритмы проведения мониторинга на каждом этапе жизненного цикла полигона.

Инвестиционно-строительный этап. В системе санитарно-гигиенического мониторинга большое значение должно уделяться первоначальному инвестиционно-строительному этапу жизненного цикла полигона, на котором целесообразно проведение диагностического мониторинга, направленного на контроль выполнения гигиенических нормативов и санитарных требований, мероприятий и технических решений, представленных в проекте. Диагностический мониторинг осуществляется на стадиях отвода земельного участка, разработки проектной и рабочей документации, строительстве и приемки объекта в эксплуатацию. Диагностический мониторинг базируется на математическом моделировании процессов биодеструкции отходов и позволяющий прогнозировать потоки эмиссий загрязняющих веществ в завимости от мощности полигона, его морфологического состава. Алгоритм осуществления системы мониторинга на этапе инвестиционно-строительных работ представлен на рис. 4.

Этап эксплуатации. В период эксплуатации полигона проводится текущий мониторинг, направленный на контроль соблюдения гигиенических нормативов и показателей санитарного состояния природной среды.

Рис.4. Алгоритм процедуры ведения мониторинга на этапе инвестиционно-строительных работ.

Для контроля санитарной ситуации на полигоне и обеспечения санитарного благополучия прилегающих территорий анализ объектов окружающей среды должен осуществляться как по общесанитарным, так и по санитарно-эпидемиологическим показателям. Гигиеническими критериями оценки загрязнения воды поверхностных водоемов и подземных вод являются действующие нормативы на содержание вредных веществ в воде рыбо-хозяйственного назначения. Алгоритм проведения текущего мониторинга полигона ТБО на этапе активной эксплуатации представлен на рис.5.

Этап рекультивации. На этапе рекультивации полигона должен осуществляться диагностический и текущий мониторинг. Закрытие полигона и перепрофилирование работы отдельных сооружений обосновывается проектом рекультивации полигона.При рекультивации должны быть внесены коррективы в эксплуатацию и аппаратурное оформление процессов очистки фильтрационных вод, дегазации полигона и очистки биогаза от дурнопахнущих и токсичных веществ (площадные биосорбционные фильтры, насадочные сорбционные фильтры и др.). На этом этапе формируется свалочный грунт, поэтому в программу мониторинга необходимо включать наблюдения

за его состоянием. Полученная информация позволяет оценить санитарную ситуацию на полигоне и прилегающих территориях, осуществить обоснованный выбор использованиярекультивированной территории захоронения в народно-хозяйственных целях (застройка, ландшафтный дизайн, лесопосадка и др.). В главе представлены разработанные программы проведения мониторинга атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, растительного покрова, почв на различных этапах эксплуатации полигона. Реализация санитарно-гигиенического мониторинга по разработанной системе обеспечит сбор и анализ текущей информации о состоянии природных объектов в зоне влияния полигона и санитарно-гигиеническом благополучии прилежащих территорий на каждом этапе жизненного цикла полигона.

Важным инструментом санитарно-гигиенического мониторинга является информационно-аналитическая система (ИАС), обеспечивающая сбор, обработку, накопление и анализ результатов наблюдений.

Рис.5. Алгоритм проведения текущего мониторинга полигона ТБО на этапе активной эксплуатации

Нами разработана ИАС мониторинга полигонов ТБО, общая структура которой представлена на рис.6 . Главными структурными элементами ИАС являются геоинформационные системы (ГИС), система управления базой данных и аналитический блок. Основными функциональными модулями системы являются:

автоматизированные рабочие места пользователей и ГИС - специалистов;
подсистема сбора, ввода, преобразования (импорт, экспорт) и архивация внешних данных;
электронная база исследований;
база данных ArcView GIS;
блок аналитики;
базы данных с внутренней и внешней информацией;
формирование отчета;
принятие управленческих решений.

Отличием этой системы от других подобных является дополнение ее аналитическим блоком, включающим моделирование процессов формирования потоков загрязняющих веществ, их миграции в окружающей среде и пространственный анализ (элементы ГИС). Использованиеразработанной ИАС позволяет эффективно управлять санитарно-гигиенической ситуацией на полигонах на протяжении всех этапов жизненного цикла и прогнозировать возможные риски здоровью населения. ИАС была апробирована при формировании базы данных результатов мониторинговых исследований полигона ТБО Софроны. Разработанная система санитарно-гигиенического мониторинга полигонов ТБО применялась при разработке программ мониторинга и его проведении полигонов ТБО г. Перми (проект рекультивации), г.Чусового, п. Звездный Пермского края.

Выводы:

1. На основании теоретического анализа процессов деструкции ТБО и формирования эмиссий выявлена взаимосвязь химического состава и объема эмиссий от морфологического состава ТБО, этапа жизненного цикла, технологии складирования, водного баланса полигона ТБО.

Рис. 6. Схема информационно-аналитической системы мониторинга объектов размещения отходов

2. В результате проведенных химико-аналитических и санитарно-гигиенических исследований депонированных отходов, фильтрационных вод, донных отложений наземных скоплений фильтрата, биогаза, формирующегося свалочного грунта полигонов ТБО г. Перми и Пермского края, находящихся на различных этапах жизненного цикла, установлено влияние эмиссий загрязняющих веществ и определены приоритетные показатели их воздействия на объекты окружающей среды и санитарно-гигиеническое состояние прилегающих территорий. В зоне влияния типичного полигона ТБО Софроны в подземных водах наблюдается превышение по следующим нормативным параметрам: ХПК - 34,8 ПДК и БПК5 - 90,66 ПДК, N-NH4+ - 7,5 ПДК, Cl- и по сухому остатку - до 6 ПДК, фенолам - 5 ПДК, ионам Mn+2 - 66 ПДК; в поверхностных водах - по сухому остатку - 2000 ПДК, ХПК - 14 ПДК, БПК5 - 40 ПДК, Fеобщ - 90 ПДК, Мп2+ - 48 ПДК, по содержанию взвешенных веществ - до 10 ПДК, фенолов - до20 ПДК, нефтепродуктов - 3 - 20 ПДК.

Условно-патогенные и патогенные микроорганизмы обнаружены в депонированных отходах (бактерии группы кишечной палочки до 3,0 108 КОЕ/г, термофильные бактерии до 1,0 107 КОЕ/г) и в донных отложениях наземных скоплений ФВ. Патогенная микрофлора отсутствовала в подземных и поверхностных водах, расположенных в зоне влияния полигона. В техногенных образованиях полигона ТБО, формирующихся в процессе 25-летней биодеградации, численность бактерий группы кишечных палочек на глубине 3 м соответствует содержанию их в урбаноземах, на глубине 10 м - малозагрязненной почвы. Через 20 - 30 лет на рекультивируемой территории полигона ТБО формируется микробиологическое сообщество, близкое по структуре к дерново-подзолистой почве.

3. На основании микробиологических исследований отходов, эмиссий и формирующихся свалочных грунтов установлен качественный и количественный состав микробных популяций, формирующихся при биодеструкции отходов. Выявлены индикаторные показатели санитарно-гигиенического состояния полигона, характеризующие интенсивность и стадию протекающих процессов биодеструкции отходов: количество сапрофитных бактерий; общее количество микроорганизмов; коэффициент минерализации (КАА/МПА); индикаторы на биогенность (присутствие белка, целлюлозоразрушающие микроорганизмы); дегидрогеназная активность; титр Coli, титр Cl. perfringens; индикаторы метаногенеза - метаногенные бактерии.

4. Разработаны и методически обоснованы математические модели формирования водного баланса полигона и эмиссий, позволяющие без длительных экспериментальных исследований с достаточной для принятия практических решений точностью, рассчитывать объемы образующихся ФВ и биогаза, изменения химического состава ФВ на различных этапах жизненного цикла.

5. Разработаны методологические подходы безопасного депонирования ТБО, основанные на принципе многобарьерной защиты, включающей управление качеством и количеством отходов, поступающих на захоронение; выбор места размещения полигона; противофильтрационную защиту основания полигона; изоляцию поверхности складированных отходов; управление потоками эмиссий (дегазация тела полигона; отведение и очистка ФВ) и установлены оптимальные условиях их реализации. Разработанные принципы и методологические подходы к выбору систем дегазации полигона применялась в проектах рекультивации свалок Яблоновская и Угольная гавань г. Санкт-Петербурга. Представленные технологии очистки ФВ, разработанные с учетом этапов жизненного цикла полигона ТБО, обеспечивают соблюдение гигиенических нормативов при выпуске очищенных вод в открытые водоемы.

6. На основании установленных закономерностей формирования эмиссий загрязняющих веществ, обусловливающих санитарно-гигиеническую опасность полигонов захоронения ТБО, и проведенных исследований по влиянию загрязняющих веществ на объекты биосферы впервые разработаны система санитарно-гигиенического мониторинга полигонов ТБО с учетом этапов жизненного цикла и программы проведения мониторинга атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, растительного и почвенного покрова в зоне влияния полигона.

7. Разработана специализированная информационно-аналитическая система мониторинга полигонов ТБО, позволяющая эффективно управлять санитарно-гигиенической ситуацией на полигонах на протяжении всех этапов жизненного цикла и прогнозировать возможные риски здоровью населения. Список работ, опубликованных по теме диссертации:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

Зомарев А.М. Обоснование параметров санитарно-гигиенического мониторинга полигонов ТБО методами математического моделирования / Зомарев А.М., Вайсман Я.И., Рудакова Л.В., Глушанкова И.С. // Пермский медицинский журнал. - 2005. - Т.22. Ц №4. - С.102-109.
Зомарев А.М. Организация санитарно-гигиенического мониторинга на полигонах твердых бытовых отходов / Зомарев А.М., Вайсман Я.И., Рудакова Л.В., Глушанкова И.С. // Наука - производству. Ц 2006. Ц №1. Ц С.67-69.
Зомарев А.М. Организация системы обращения с медицинскими отходами / Кельберг Е.В, Зомарев А.М. // Пермский медицинский журнал. Ц 2006. Ц Т. 23. - №4. - С.153-158.
Зомарев А.М. Мониторинг атмосферного воздуха в зоне влияния полигона твердых бытовых отходов // Здоровье населения и среда обитания. Ц 2007. Ц №2(167). Ц С.48-53.
Зомарев А.М. Санитарно-эпидемиологические вопросы организации обращения с отходами в лечебно-профилактических учреждениях // Здоровье населения и среда обитания. - 2007. Ц №3(168). Ц С.21-25.
Зомарев А.М. Организация информационно-аналитической системы санитарно-гигиенического мониторинга полигонов ТБО // Пермский медицинский журнал. - 2008. - Т.25. - №3. Ц С.122-125.
Зомарев А.М. Изменение микробиоценозов и санитарно-гигиеническое, эпидемиологическое состояние полигонов ТБО на этапах жизненного цикла / Зомарев А.М., Зайцева Т.А. // Дезинфекционное дело. - 2009. - №11. - С.30-35.
Зомарев А.М. Санитарно-гигиеническое состояние полигонов захоронения твердых бытовых отходов на этапах жизненного цикла / Зомарев А.М., Вайсман Я.И., Зайцева Т.А., Глушанкова И.С. // Гигиена и санитария. - 2010. - №1.Ц С.39-42.
Устройство для отбора проб снега: пат. № 2247351 Рос. Федерация / Вайсман Я.И., Батракова Г.М., Зомарев А.М. и др. эаяв.2003113146/12; заявл. 05.05.2003; опубл. 20.08.02. Бюл. №6. - 6 с.

Монографии:

Вайсман Я.И., Кельберг Е.В., Коротаев В.Н., Зомарев А.М. Обращение с отходами лечебно-профилактических учреждений. Управление отходами/ Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 2006. - 241 с.
Зомарев А.М. Санитарно-гигиенический мониторинг полигонов захоронения твёрдых бытовых отходов/ Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 2007. - 218 с.
Вайсман Я.И., Коротаев В.Н., Петров В.Ю., Зомарев А.М. Управление отходами. Полигоны захоронения твёрдых бытовых отходов/ Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 2007. - 464 с.

Публикации в других изданиях:

Зомарев А.М., Караксина И.Б., Вержбицкий Ф.Р. О методах определения цветности вод при оценке санитарного состояния водоемов / Химия, технология и промышленная экология неорганических соединений: сб. науч. тр. // Пермь. - Изд. ПГТУ. - 1999. - С.49-55.
Батракова Г.М., Зомарев А.М. Мониторинг полигонов захоронения твердых бытовых отходов // Тр. II Междунар. конгресса по управлению отходами "Вейстэк - 2001". - М. - 2001. - С.140-141.
Zomarev A. Modellierung des volumens und der geschwindigkeit von biogasemissionen // Materialien des Wissenschaftsforums Okologie. Auf dem Universtitatscampus. Okologische Sektion. Luneburg. - 2001. - s. 24-29.
Zomarev A. Die raumanalyse und die einschaetzungmodelle der einwirkung auf die umwelt // Materialien des Wissenschaftsforums Okologie. Auf dem Universtitatscampus. Okologische Sektion. Luneburg. - 2001. - s. 29-36.
Зомарев А.М., Батракова Г.М. Комплексная оценка загрязненности фильтрата с территорий захоронения отходов // Тр. II Международного конгресса "Экватэк-2002", М. - 2002. - С.416.
Зомарев А.М., Благинина Н.П., Батракова Г.М. Комплексная оценка загрязненности фильтрационных вод территорий, отведенной под захоронение отходов // Образование и наука - производству: сб. науч. тр. Ц Пермь. - Изд. ПГТУ. - 2001. - С.31-38.
Рекомендации по сбору, очистке и отведению сточных вод полигонов захоронения полигонов твердых бытовых отходов / Вайсман Я.И., Рудакова Л.В., Батракова Г.М., Зомарев А.М. М. - 2003. - 47 с.
Рекомендации по расчету образования биогаза и выбору систем дегазации на полигонах захоронения твердых бытовых отходов / Вайсман Я.И., Максимова С.В., Глушанкова И.С., Зомарев А.М. Москва. - 2003. - 26 с.
Батракова Г.М., Зомарев А.М. Аспекты санитарной и экологической безопасности полигонов захоронения бытовых отходов // Материалы ХХХ научно-технической Всероссийской конференции АДФ ПГТУ. - Пермь: Изд. Перм. гос. техн. ун-т., 2003. - С.65-68.
Рекомендации по выбору систем дегазации и разработке технологий очистки фильтрационных вод полигонов захоронения твердых бытовых отходов / Вайсман Я.И., Глушанкова И.С., Максимова С.В., Рудакова Л.В., Коротаев В.Н., Батракова Г.М., Зомарев А.М. Пермь. - 2004. - 45 с.
Зомарев А.М. Микробиологическая характеристика свалочных грунтов / Вайсман Я.И., Батракова Г.М., Зайцева Т.А., Зомарев А.М. // Экология окружающей среды стран СНГ: тез. докл. конф., Одесса. Ц 2004. - С.48-53.
Рекомендации по организации экологического мониторинга и производственного экологического контроля полигонов захоронения твердых бытовых и промышленных отходов / Вайсман Я.И., Рудакова Л.В., Батракова Г.М., Зомарев А.М. М. - 2005. - 72 с.
Зомарев А.М. Общие принципы организации санитарно-гигиенического мониторинга на полигонах ТБО // Актуальные проблемы автомобильного, трубопроводного транспорта в Уральском регионе: материалы междунар. конф.Ц Пермь: Изд. Перм. гос. техн. ун-т., 2005. - С.419-422.
Зомарев А.М., Глушанкова И.С., Рудакова Л.В. Организация санитарно-гигиенического мониторинга на полигонах захоронения твердых бытовых отходах // Материалы научно-технического конгресса по безопасности. - М. - 2005. - С.305-306.
Зомарев А.М. Санитарно-эпидемиологическая ситуация на полигонах захоронения твердых бытовых отходов / Зомарев А.М., Зайцева Т.А. // Социально-гигиенические и эпидемиологические проблемы сохранения и восстановления здоровья военнослужащих и населения: сб.тр. III Межрегиональной практ. конф., Н.Новгород. Ц 2006. Ц С.36-37.
Зомарев А.М. Санитарно-гигиеническая характеристика полигона ТБО г. Перми и его роль в загрязнении окружающей среды // Актуальные вопросы гигиены и эпидемиологии: Сб. науч. трудов, посвященных 75-летию образования медико-профилактического факультета. - Пермь: Изд. ГОУ ВПО ПГМА Росздрава, 2006. - С.88-93.
Зомарев А.М. Мониторинг водных объектов в зоне влияния полигона ТБО // Тр. Междунар. конгресса "Экватэк-2006". - М. - 2006. - С. 301.
Зомарев А.М. Общие принципы организации санитарно-гигиенического мониторинга на полигонах захоронения твёрдых бытовых отходов (ТБО) // Материалы V междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. - Пермь: Изд. Перм. гос. техн. ун-т., 2006. - С.73-78.
Зомарев А.М. Создание информационно-аналитической системы санитарно-гигиенического мониторинга полигонов захоронения твёрдых бытовых отходов (ТБО) // Материалы V междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. - Пермь: Изд. Перм. гос. техн. ун-т., 2006. - С.79-82.
Зомарев А.М., Рудакова Л.В., Глушанкова И.С. Принципы организации мониторинга поверхностных и подземных вод в зоне влияния полигона ТБО // Тр. Междунар. конгресса "Экватэк-2006". - М., 2006. - С. 296-298.
Зомарев А.М. Проект санитарной очистки лечебно-профилактических учреждений / Вайсман Я.И., Коротаев В.Н., Кельберг Е.В., Зомарев А.М. // Журнал ТБО. - 2007. Ц№7(13). - с. 29-33.
Зомарев А.М. Научно-методические основы организации санитарно-гигиенического мониторинга на полигонах твердых бытовых отходов // Актуальные проблемы дорожно-транспортного комплекса. Охрана окружающей среды: сб. науч. тр. - Пермь. - Изд. Перм. гос. техн. ун-т., 2007. - С.198-214.
Зомарев А.М. Использование математического моделирования для обоснования элементов параметрического и диагностического мониторинга полигонов ТБО на примере расчета объема образования фильтрационных вод // Актуальные проблемы дорожно-транспортного комплекса. Охрана окружающей среды: сб. науч. тр. - Пермь. - Изд. Перм. гос. техн. ун-т., 2007. - С.215-229.
Зомарев А.М. Разработка информационно-аналитической системы санитарно-гигиенического мониторинга полигонов ТБО // Сб. докл. междунар. конгресса по управлению отходами и природоохранным технологиям: "Вэйстэк - 2007". - М., 2007. - С.256.
Зомарев А.М. Санитарно-гигиеническая оценка состояния полигона твердых бытовых отходов и прилегающих территорий / Зомарев А.М., Зайцева Т.А., Глушанкова И.С. // Вестник Российской военно-медицинской академии. Ц 2008. Ц № 2(22). - С.792-793.
Зомарев А.М. Организация мониторинга и контроля санитарно-эпидемиологического состояния полигонов захоронения твердых бытовых отходов и прилегающих территорий // Вестник Российской военно-медицинской академии. - 2008. - № 2(22). - С.791-792.
Зомарев А.М. Комплексная оценка свалочных грунтов рекультивированных полигонов ТБПО / Зомарев А.М., Зайцева Т.А. // Инновации в теории и практике обращения с отходами: материалы международ. научн.- практ. конф. - Пермь. - Изд-во Перм. гос. техн. ун-т., 2009. - 376-384.

Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по медицине

Blog