профессор Зайцева Нина Владимировна
Доктор медицинских наук, академик РАМН,
профессор Русаков Николай Васильевич
Доктор медицинских наук, член-корр. РАН,
профессор Демаков Виталий Алексеевич
Защита состоится « __» ________ 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 «__» ________ 2010 года.
доктор медицинских наук, профессор Сандакова Е.А.
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 2001−2009 г.г.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
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.
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.
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).
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 санитарно–защитной 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 |
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.
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 (0–25 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.
Таблица 2. Морфологический состав отходов полигона захоронения ТБО
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 – 22,6 |
Дерево |
С1321Н1904O855,6N4,6S |
1,9 – 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 – 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 (5000–90000 мгО/дм3) и БПК5 (2000 – 40000 мгО2/дм3), отношение БПК5/ХПК – 0,5-0,6, концентрация ионов тяжелых металлов – 25-50 мг/л, рН = 4,5–6,5. 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 (1000–2000 мгО2/дм3) и БПК5 (100–400 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
Наименованиепоказателя |
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 – 4,8 |
6,5 –- 6,9 |
7,9 – 8,3 | 6,5 – 8,5 |
Солесодержание, мг/дм3 | 5400 – 5800 | 1700 – 3500 |
98035-101250 |
31700 – 32800 |
2940– 3210 | 1000 |
ХПК, мг О/дм3 | 1300 – 2500 | 680 – 920 |
38900 – 43500 |
5040 – 6500 |
456 – 550 | 15 |
БПК5, мг О2/дм3 | 250 – 310 | 120 - 180 | 22800 – 24500 |
3000 – 4500 |
55 – 90 | 3 |
БПК5,/ХПК | 0,18 – 0,12 | 0,18 – 0,20 | 0,56 – 0,59 |
0,59 – 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 – 30,1- |
31,5 – 35,8 | 10 |
Хлорид- ион, мг/дм3 | 1700 – 2200 | 280 – 320 | 9017 – 1125 |
1152 – 1350 |
1200 – 1400 | 350 |
Фосфат-ион, мг/дм3 | 25,0 – 32,0 | 8,0 – 10,2 | 0 – 1,2 | 35,1– 44,5 | 5,2 – 6,8 | 0,05 |
Ион аммония, мг/дм3 |
110,0 – 150,0 |
18,2 – 21,6 |
145 – 176 |
14,2 – 18,5 |
27,2 – 53,8 |
0,5 |
Нитрит-ион, мг/дм3 |
0,33 – 0,75 |
0,3 – 0,5 |
5,2 – 6,7 |
1,7 – 2,3 |
2,2 – 2,7 |
0,08 |
Нитрат-ион, мг/дм3 |
10,1 – 12,2 |
1,8 – 2,4 |
95 - 165 |
11,1 – 24,2 |
12,5 – 19,7 |
40,0 |
Железо (общее), мг/дм3 |
10,1– 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 – 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 – 1,6 |
0,8 – 1,2 |
не опр. |
5,2 – 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
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).
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 – 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.
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 8–9 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 8–9 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 1,5∙106 – 1,7∙107, общее количество бактерий – 3,5 ∙ 108 – 4,3∙108 в 1 г. Установлено присутствие в отходах бактерий группы кишечной палочки (БГКП): количество БГКП составляло 1,0∙106 – 1,0∙107 кл. в 1 г, количество термофильных бактерий – 1,0·104 – 1,0·105 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.
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=6,7–8,2 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
Ацетогенная фаза |
Метаногенная фаза |
Индикаторные показатели: БПК, мгО2/ дм3, ХПК, мг О2/ дм3 , рН, железо общее, мг/дм3, цинк, 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
азот аммонийный, хлориды, нитраты, нитриты, ароматические углеводороды
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, ЛОС (бензол, толуол, ксилол, этилбензол), хлорбензол |
Закрытые полигоны | |
Территория полигона Рекультивированный полигон |
Метан, сероводород, ЛОС (бензол, толуол, ксилол, этилбензол) |
25 12 2014
3 стр.
28 09 2014
1 стр.
06 10 2014
2 стр.
26 09 2014
1 стр.
28 09 2014
1 стр.
29 09 2014
1 стр.
09 10 2014
1 стр.
28 09 2014
1 стр.