Продолжение. Начало см. Части 1 и2.

О некоторых исходних данных для расчета концентраций вредных веществ

В Части 1 показано, как рассчитать выбросы свалочных газов и их компонентов для полигона твердых коммунальных отходов( ТКО), в Части 2 - основные риски близости плигона в зависимсти от стадии его жизненного цикла. Сегодня рассмотрим исходные данные, которые необходимы чтобы воспользоваться Гауссовской моделью рассеивания газообразных веществ в атмосфере и моделью по отраслевому нормативному документу (ОНД-86) /1/. Упомянутые модели хотя и являются приближенными, но вот уже четвертое десятилетие применяются, в том числе для расчета загрязнений вблизии полигонов ТКО.

ПДК, группа суммации

Воздух вблизи полигона ТКО загрязнен различными веществами, содержащимися в свалочном газе. Часть этих веществ негативно и совместно воздействуют на организм человека и называются группами суммации. В соответствии с /2/ самой опасной группой суммации для веществ свалочного газа будет: аммиак, формальдегид и сероводород (дигидросульфид). Для данной группы однонаправленного вредного воздействия рассчитывается безразмерная суммарная концентрация Q или приведенная концентрация C одного из n веществ группы суммации.

Безразмерная концентрация Q определяется по формуле

Q= С1/ПДК1+ С2/ПДК2+...+Cn/ПДКn, (1)

где С1,С2,...,Сn (мг/куб м) - расчетные концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в одной и той же точке местности; ПДК1, ПДК2,..., ПДКn (мг/куб м) - соответствующие разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе /2/. Безопасное значение Q должно быть меньше или равно единице.

По /2/ максимальные разовые/среднесуточные ПДК аммиака, формальдегида и сероводорода соответственно 0,2/0,04; 0,05/0,01 и 0,008/- мг/куб м.

Максимальное разовое значение ПДК устанавливается для предотвращения рефлекторных реакций человека и острых отравлений при кратковременном действии примесей. Среднесуточное значение ПДК устанавливается для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и сенсибилизирующего действия вещества на организм человека и учитывает возможность накопления в организме и развитие хронической интоксикации. Эта концентрация не должна оказывать прямого или косвенного вредного воздействия на организм человека в условиях неопределённо долгого круглосуточного вдыхания. Формула (1) предписывает считать Q по разовым предельным ПДК. Но три - это куча или не куча? Предположим, что ветер с полигона дует на опасной скорости в направлении земельного участка в течение 3-х суток. Расчетное значение Q - около единицы. Отравление людей при таких данных наступает, предположим, за сутки или меньше. Для такого случая вряд ли можно не учитывать длительное воздействие загрязняющих веществ, поскольку, как видно из приведенных значений ПДК для рассматриваемой группы суммации, среднесуточные ПДК в пять раз меньше, чем разовые предельные. Поэтому в дальнейшем будем учитывать в формуле (1) оба вида ПДК - разовые и среднесуточные.

Приведенная к одному веществу концентрация С рассчитывается по формуле

С= С1+С2хПДК1/ПДК2+....+СnхПДК1/ПДКn, (2)

где С1 - концентрация вещества, к которому производится приведение (не имеет значения, к какому именно в группе суммациии), ПДК1 - его ПДК, С2,...Сn и ПДК2,...ПДКn - концентрации и ПДК других веществ, входящих в рассматриваемую группу суммации.

Весовые процентные соотношения веществ принятой группы суммации в биогазе можно принять по /3/. Соответственно для аммиака, формальдегида и сероводорода, вес.% будут: 0,533; 0,096 и 0,026, что при средней плотности биогаза 1,24755 кг/куб м составит, г/куб м: 6,65; 1,2 и 0,32. Тогда, приведенная, например, к аммиаку концентрация C будет: С=6,65+1,2х0,2/0,05+0,026х0,2/0,08=11,52 г/куб.м или 0,092 весовых частей биогаза. Сначала производится расчет концентрации биогаза в интересующей точке, затем приведенная концентрация для группы суммации вычисляется умножением значения для всего биогаза на 0,092. Для метана, составляющего в биогазе по /3/ 52,915 вес.%, аналогичный коэффициент пересчета концентрации будет 0,529.

Объем и масса захороненных отходов

Для расчета количества образующихся на полигоне биогазов необходимо знать массу захороненны отходов в определенный период времени (см. Часть 1). Но часто объем накопленных на полигоне отходов указывается в кубометрах. Для пересчета из кубометров в тонны будем для всех полигонов использовать среднюю удельную плотность складированных отходов, принятую по данным для полигонов Московской области "Кулаковский", "Дубна Левобережная" и "Долгопрудный" и равную 0,79 т/куб м /4/ .

Параметры, расположение и число точечных источников биогазов

Биогазы выходят в атмосферу по всей поверхности тела полигона ТКО. Исключение - полигон с активной системой сбора биогаза, но на таком полигоне загрязнения от биогаза не рассматриваются (см. Часть 2). Однако упомянутые выше модели расчета распространения вредных веществ предполагают их выход из одного или нескольких точечных источников. Причем площадной источник по /1/ в своей основе - это множество однотипных точечных источников, например, печных труб или, как в нашем случае, газосборых скважин и подобное. Чем выше место расположения выхода газов, тем квадратично меньше концентрация вредних веществ в расчетном месте. С запасом в сторону занижения загрязнения будем считать, что весь биогаз на полигоне выходит через его верхнюю плоскость. Если высота тела полигона не известна, вычисляем ее по объему накоплений и приведенной площади тела полигона (по середине откосов). Для захоронений в карьерах такой метод расчета высоты тела полигона не подходит.

Чем меньше диаметр условного или реального устья газосборной скважины (расчетного места выхода биогаза), тем ниже концентрация загрязнений в рассматриваемой точке, поскольку газовый факел за счет большей скорости потока в узком устье выбрасывает биогаз вверх. Примем диаметр условного или фактического (для случая пассивной системы дегазации) устья точечого источника выхода биогаза таким, чтобы скорость исходящего потока биогаза точечтного источника была похожа на фактическую у группы скважин (при пассивной системе дегазации) или по всему телу полигона (при отсутствии системы дегазации). По опубликованным данным, фактический диаметр устья скважин сбора биогазов может колебаться от 160 мм до 1 м. Скорее всего, оголовок скважины будет выполнен в виде гусака, горизонтальной пластины или подобно. То есть, скорость вертикального потока биогазов при выходе из скважины не будет высокой. Предварительные расчеты и приведенные соображения позволяют рекомендовать принять диаметр устья скважины точечного источника около 0,5-1 м. Тогда скорость выхода биогаза из устья точечного источника, заменяющего площадной, не превысит 1 м/c. Возвышением устья над телом полигона пренебрегаем.

Известно, что представление площадного источника загрязнений точечным дает завышенный результат концентрации вредных веществ в рассматриваемом месте. В то же время, даже самый крупный полигон ТКО можно представить с точки зрения распространения биогаза как небольшое число точечных источников. В соответствии с п. 5.15 /1/ площадной источник представляется совокупностью N равномерно рассредоточенных точечных источников

N= 25 х Sn х u/Ln^2, (3)

где Sn - площадь рассматриваемого площадного источника (полигона), кв. м, Ln- расстояние от центра площадного источника до расчетной точки, м, u - расчетная скорость ветра, м/с. Нетрудно заметить, что для средней (расчетной) скорости ветра и интересующих расчетных точках за пределами санитарно-защитной зоны плигона ТКО площадью 5-7 Га достаточно представить в виде 3-4 точечных источников. Естественно, что расчеты производятся при неизменном направлении ветра для всех точечных источников, в отношении тех "карт" полигона, на которых срок захоронения отходов не превышает периода их полного разложения, с распределением образующегося суммарного количества биогаза между всеми точечными источниками.

Перепад температур биогазов и окружающего воздуха

В упомянутые модели расчета распространения загрязнений входит разность температуры газа источника и наружного воздуха. Чем выше эта разность, тем меньше загрязнение в рассматриваемой точке. В соответствии с /5/ температура биогазов в теле полигона может достигать 40-50 градусов. При выходе биогазов не через газосборные скважины можно ожидать, что на поверхности тела полигона температура биогазов будет близка к температуре окружающей среды. Тем не менее, с запасом в сторону снижения расчетной концентрации загрязнений, а также для случаев пассивной дегазации полигонов после их рекультивации, будем считать температуру выходящих биогазов равной 40 градусам.

ПДК метана

В настоящее время для метана существует лишь ориентировочный безопасный уровень воздействия (ОБУВ), то есть временный (введенный на время, 2-3 года) ориентировочный гигиенический норматив содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны, атмосферном воздухе населенных мест, в водоемах, продуктах питания и других объектах и равняется 50 мг/куб м. В работе /6/ методами научного анализа по результатам опытов над живыми организмами, дополненными токсикометрическими методами, получены значения ПДК метана: среднесуточные - 7,07 мг/куб м, максимальные разовые - 27,23 мг/куб м. С учетом высокой доли метана в свалочном газе и его реальных ПДК, не станет ли этот компонент основным при назначении безопасных удалений от полигонов ТКО? И не с этим ли связано то, что уже десятилетия как ПДК метана официально не установлен?

Продолжение следует.

Источники

1. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий, ОНД-86, Госкомгидромет, 1987.(Прим.: в настоящее время данный документ заменен на " Методы расчетов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе", утв. Приказом Минприроды от 06.06.2017 № 273, но в нужной нам части они не отличаются друг от друга).

2. ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ (ПДК) ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ ГОРОДСКИХ И СЕЛЬСКИХ ПОСЕЛЕНИЙ. Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.3492-17.

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

4.Рекультивация полигонов ТКО//Правительство Московской области http://www.vniiecology.ru/images/documents/othody/сlean_country/Presentation/8 Moskovskaya oblast.pdf.

5. Нетрадиционые и возобновляемые источники энергии для получения теплоты в системах теплоснабжения (свалочный биогаз). Методическая разработка для студентов очной и заочной форм обучения специальностей 140104.65 "Промышленная энергетика" и 270109.65 "Теплоснабжение и вентиляция", Нижний Новгород, ННГАСУ, 2012.

6. Сауц А.В. Определении ПДК метана в воздухе населенных мест методом эколого-токсикологической оценки на живые организмы// Вестник СВФУ, №3(65), 2018, с.17-23.