Сотни тысяч индивидуальных земельных участков в России находятся вблизи полигонов и свалок твердых коммунальных отходов (ТКО) (ранее применявшееся название - твердых бытовых отходов-ТБО). Интуитивно понятно, что близость полигона ТКО ничего хорошего не сулит. Одновременно предплагаем, что "среднестатистический" россиянин крайне мало знает о влиянии полигона на здоровье человека, не в состоянии самостоятельно установить безопасные расстояния до него.

При оценке рисков приобретения недвижимости, связанных с полигонами ТБО, ранее мы руководствовались собственными экспертными оценками на основе установленных санитарно-защитных зон (СЗЗ), окончательно принимая требуемое удаление с учетом: объема захороненных отходов, стадии жизненого цикла полигона, проведенной или планируемой рекультивации и ее вида, розы ветров, т.е. не полагаясь полностью на размер установленной для каждого полигона СЗЗ. Нам казалось, что для практических целей этого достаточно, ведь считается, что уже на границе СЗЗ предельные допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ от полигона не превышают нормы.

Но наступил момент, когда такие оценки перестали удовлетворять. Захотелось "покопаться в мусоре" более тщательно и создать приближенную экспертно-аналитическую модель оценки влияния полигона на находящийся вблизи него участок, которая, как не покажется странным, более объективно учитывает риски.

Приведенная ниже модель не является научной. Наоборот, сделана "для себя", для риэлторских целей таким образом, чтобы все загрубления производились в безопасную для здоровья сторону, оценка могла производиться быстро, без специальных знаний, не пользуясь известными программными комплексами для инженеров-экологов.

Общие сведения

По данным Минприроды на 2019 год, ежегодно в России образуется около 70 млн тонн смешанных твёрдых коммунальных отходов (ТКО) IV и V класса опасности. На среднестатистического россиянина приходится в год около двух кубометров мусора или примерно 400 кг. Перерабатывается всего 5-7% мусора, остальное захоранивается. На май 2019 года для захоронения ТКО имелось 1099 лицензированных полигонов. Ещё более 8300 свалок к 2018 году выработали свой ресурс и ожидали рекультивации.

Большинство даже легальных мусорных полигонов не соответствуют нормам безопасности и являются источником загрязнения почв, подземных вод и атмосферного воздуха. Тление и пожары на полигонах приводят к выбросам в атмосферу диоксинов, токсичных соединений и тяжёлых металлов. Свалочный газ ответственен за приблизительно 5% всех выбросов парниковых газов России. Захоронение на полигонах экономичных ламп приводит к загрязнению прилегающей местности ртутью.

Плотность (насыпная масса) отходов составляет 0,2-0,3 т/куб. м, влажность колеблется от 40% до 55%, содержание органического вещества (в процентах на сухую массу) может достигать 70%.

В толще твердых коммунальных и промышленных отходов, захороненных на полигонах, под воздействием микрофлоры происходит биотермический анаэробный процесс распада органической составляющей отходов. Конечным продуктом этого процесса является биогаз, основную объемную массу которого составляют метан и диоксид углерода. Наряду с названными компонентами биогаз содержит пары воды, оксид углерода, оксиды азота, аммиак, углеводороды, сероводород, фенол и в незначительных количествах другие примеси, обладающие вредным для здоровья человека и окружающей среды воздействием.

На большей части полигонов РФ складируются как коммунальные, так и промышленные отходы, разрешенные в установленном порядке для захоронения совместно с коммунальными. В некоторых случаях промышленые отходы захораниваются на отдельных площадках ("картах") и могут не учитываться в расчетах выбросов вредных веществ полигона.

По общепринятой технологии захоронения отходов предусматривается планировка и уплотнение завозимых отходов, а также регулярная изоляция грунтом рабочих слоев отходов. По мере естественного и механического уплотнения отходов и изолирования их грунтом усиливаются анаэробные процессы с образованием биогаза, являющегося конечным продуктом биотермического анаэробного распада органической составляющей отходов под воздействием микрофлоры. Биогаз через толщу отходов и изолирующих слоев грунта выделяется в атмосферу, загрязняя ее. Если условия складирования не изменяются, процесс анаэробного разложения стабилизируется с постоянным по удельному объему выделением биогаза практически одного газового состава (при стабильности морфологического состава отходов).

Различают пять фаз процесса распада органической составляющей твердых отходов на полигонах:

1-я фаза- аэробное разложение;

2-я фаза-анаэробное разложение без выделения метана (кислое брожение);

3-я фаза -анаэробное разложение с непостоянным выделением метана (смешанное брожение);

4 я фаза -анаэробное разложение с постоянным выделением метана;

5-я фаза -затухание анаэробных процессов.

Первая и вторая фазы имеют место в первые 20-40 дней с момента укладки отходов, продолжительность протекания третьей фазы - до 700 дней. Длительность четвертой фазы - определяется местными климатическими условиями и для различных регионов РФ колеблется в интервале от 10 (на юге) до 50 лет (на севере), если условия складирования не изменяются.

Методика расчета выбросов загрязняющих веществ от полигонов

В РФ действует "Методика расчета количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов" ( далее - "Методика") /1/. "Методика" позволяет рассчитывать максимальный мгновенный и годовой выброс свалочных газов и других загрязнений, срок выбросов после закрытия полигона с учетом места его расположения. В "Методике" использованы статистические данные по морфологическому составу отходов на многих полигонах ТКО Московской области, а также лабораторные исследования. Это позволяет считать, что приведенные в "Методике" величины по составу коммунальных отходов применимы для всех полигонов РФ. В целом для экологического прогнозирования , а тем более для нашей цели, возможные отклонения в составе отходов и соответственно - выбросов - на конкретных полигонах от принятых в "Методике" не явяются существенными.

Морфологический состав твердых коммунальных отходов, складируемых на полигонах, по усредненным данным "Методики" по Москве и Московской области в процентах по массе следующий: бумага, картон 38,0; пищевые отходы 30,0; дерево 1,5; текстиль 5,5; кожа, резина 1,3; полимерные материалы 5,5; кости 0,7; черный металл 2,5; цветной металл 0,5; стекло 4,3; камни; керамика 1,4; отсев менее 16 мм 8,8.

Морфологический состав твердых коммунальных отходов Московской области в соответствии со Схемой обращения с твердыми коммунальными отходами, утвержденной Постановлением Правительства Московской области от 09.07.2019 № 411/22 «О внесении изменений в приложение к постановлению Правительства Московской области от 22.12.2016 № 984/47 «Об утверждении территориальной схемы обращения с отходами, в том числе твердыми коммунальными отходами, Московской области» следующий, %: бумага, картон - 19, пищевые отходы - 34, полимерные материалы - 14 стекло- 12 древесина - 6, текстиль - 3 металл - 4, смет с территории (земля, песок, камни) - 6, почее - 2.

Как можно заметить, морфологический состав ТКО по "Схеме обращения с ТКО ..." в Подмосковье 2016-2019 г.г. и по "Методике" 2004 г. в органической части отходов отличается не существенно. С учетом того, что с 2020 г. как в Московской области, так и в целом по РФ все больше и больше будет практиковаться раздельный сбор мусора, с отделением до 20% вторсырья, доля органических отходов, захораниваемая на полигонах, не будет снижаться. Соответствено расчетное количество биогаза по "Методике" будет близко к фактическому.

Удельный выход биогаза за период его активной стабилизированной генерации при метановом брожении для влажных отходов определяется по уравнению из /1/:

Qw= R (100-W)(0,92Ж+ 0,62У+ 0,34Б)/1000 000, (1)

где: Qw- удельный выход биогаза за период его активной генерации, кг/кг отходов;

R- содержание органической составляющей в отходах, %;

Ж - содержание жироподобных веществ в органике отходов, %;

У - содержание углеводоподобных веществ в органике отходов, %;

Б - содержание белковых веществ в органике отходов,%,

W- фактическая влажность отходов, %.

R, W, Ж, У и Б - определяются анализами отбираемых проб отходов. В примерах /1/ на основе анализа отбираемых проб эти величины такие: R=55%, Ж=2%, У=83%, Б=15%,W=47%. Тогда Qw = 0,170236 кг/кг отходов. За отсутствием иных данных, в дальнейших расчетах эта величина - постоянная. То есть около 17% захороненных отходов по массе за время активного газовыделения превратятся в биогаз. Поскольку на среднем по размерам полигоне Подмосковья захоранивается от миллиона тонн отходов, с каждого такого полигона выделяются в окружающую среду сотни тысяч тонн биогаза, содержащего метан и другие вредные вещества. (Звучит тревожная музыка).

Количественный выход биогаза за год, отнесенный к одной тонне отходов, Руд определяется по формуле из /1/:

Pуд= 1000 Qw/Tcбр, кг /т отходов в год (2)

где: Тсбр- период полного сбраживания органической части отходов, в годах, определяемый по приближенной эмпирической формуле (3):

Тсбр= 10248/ Ттепл(Тср.тепл)˄0,301966 (3)

где: Ттепл - продолжительность теплого периода года в районе полигона, в днях;

Тср.тепл- средняя из среднемесячных температура воздуха в районе полигона в теплый период года(Т ср. мес>0), градусов Цельсия. Здесь и далее знак ˄ означает показатель степени.

Период Тсбр для Москвы, Санкт-Петербурга и Сочи можно получить соответственно 20 лет, 22 года и 13 лет.

Тогда по формуле (2) удельный выброс биогаза для Московской области составит: Руд= 1000х0,170236 кг/кг отходов/20 лет=8,5118 кг / т отходов в год.

При подсчете максимальных мгновенных и суммарных выбросов биогаза возможны два варианта. Первый - полигон функционирует менее периода полного сбраживания (Тсбр). В этом случае учитываются все отходы D, завезенные с начала работы полигона, за исключением отходов, завезенных в последние два года. Второй - полигон функционирует более периода полного сбраживания. В этом случае подсчитываются отходы D, завезенные за переод полного сбраживания без учета отходов, завезенных в последние два года.

Максимальные мгновенные (в "Методике" /1/ вместо "мгновенные" используется неточный термин "разовые") выбросы биогаза с полигона определяются по формуле:

Мсум= 1000Руд х D/(Ттепл х 24 х 3600)= Руд х D/(86,4 х Ттепл), г/с (4)

где D- количество активных стабильно генерирующих биогаз отходов, определенных как указано в предыдущем абзаце,т,

Ттепл- продолжительность теплого периода года в районе полигона, в днях, для Московской области можно принять 240 дней, для Санкт-Петербурга - 230 дней, для Сочи - 365 дней.

Максимальные мгновенные выбросы Mi i-го компонента биогаза определяются по формуле из /1/:

Mi= 0,01 х Cвес.i х Мсум (5)

где: Свес i - весовое процентное содержание i-го компонента в биогазе, определяется по формуле 8 или Таблице 2 из /1/ и составляет,%: метан-52,915, толуол- 0,723, аммиак - 0,533, ксилол- 0,443, углерода оксид - 0,252, азота диоксид- 0,111, формальдегид- 0,096, этилбензол- 0,095, ангидрид сернистый - 0,070, сероводород - 0,026. Около 45% по весу в свалочном газе занимает углекислый газ (диоксид углерода), но его концентрация в воздухе не нормируется.

Наибольшее количество биогаза образуется в летнее время, формула (4) для максимальных мгновенных выбросов Мсум это учитывает. Снижение выбросов в холодное время года и общее количество выбросов за год в дальнейшем не используются, поэтому рассчитываться не будут.

При изучении Методики /1/ может сложиться мнение, что после закрытия полигона ТКО образование биогазов дальше идет равномерно в течение периода сбраживания Тсбр. На самом деле это не так. При закрытии полигона существенное улучшение экологической обстановки вблизи плигона наступает гораздо быстрее, чем через Т сбр. Используя, например, /3/,/4/ можно предложить формулу оценки интенсивности снижения выбросов после закрытия полигона:

Мсум i = Мсум (1-1/Тсбр)˄ i , г/c (6)

где: Мсум i - максимальные мгновенные быбросы года i после закрытия полигона, остальные обозначения - по (2),(4). Для Московской области с Тсбр=20 лет соответственно на 5-й, 10-й и 15-й годы от закрытия полигона максимальные мгновенные выбросы биогазов уменьшатся на 23%, 40 %, 54 %.

Промежуточные выводы

1. Полигон ТБО - мощный биореактор с возможным выбросом на крупных полигонах ежесуточно десятков тонн вредных веществ. В период работы полигона выбросы стабильны.

2. После закрытия полигона в центральной части РФ выбросы снижаются менее, чем на 5% ежегодно.

В следующих Частях рассчитаем концентрации вредных веществ на любом расстояниии от полигона: метана, групп суммации, диоксинов, ртути; рассмотрим другие риски, включая бомжей и крыс, различные схемы рекультивации полигонов и их влияние на экологическую обстановку.

Источники

1.Методика расчета количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов. М., 2004.

2.Мусор в России:https://ru.wikipedia.org/wiki/Мусор_в_Росии/.

3. Масликов В.И. и др. Зональное определение эмиссии биогаза на полигоне ТБО для оценки геоэкологического состояния и обоснования управления процессами разложения отходов при рекультивации.// Научн.-техн. ведомости СПбГПУ. Наука и образование.-2012, №2-1.- С.260-265.

4. Масликов В.И. и др.Оценка геоэкологического риска загрязнения атмосферы выбросами полигонов ТБО для выбора мероприятий по рекультивации//Научн.-техн. ведомости СПбГПУ.Наука и образование.-2012, №2-1.- С. 239-243.

Продолжение следует.