Твердые бытовые отходы (ТБО) в большей степени подлежат депонированию на мусорных свалках, специальных полигонах, что является более простым и менее затратным способом утилизации. Значительная часть этих объектов перегружены и не отвечает требованиям безопасности. Полигоны выступают мощным источником образования химических веществ, которые загрязняют окружающую среду в штатном режиме работы, а также в результате возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС). ЧС связаны с горением отходов и (или) свалочного газа, при этом выделяется большое количество тепла и вредных токсических продуктов горения. Атмосферный воздух – среда накопления газообразных, жидких, твердых экологически-опасных веществ. Результаты качественного контроля (мониторинга) состояния изменения атмосферы над территориею полигонов ТБО дают информацию для надежного обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения, устранения или минимизации вероятности пожаров (взрывов).

 Вопросы обеспечения техногенно-экологической безопасности полигонов ТБО рассмотрены многими учеными, среди которых М. Е. Краснянский, А. Бельгасем, Т. А. Осипова, А. В. Комаров, В. В. Лопатин, Г. М. Батракова, М. Г. Бояршинов (оценка образования свалочного газа), О. А. Шаимова, Т. А. Орцханов, Е. В. Левин, Р. Ф. Сагитов, Т. В. Ашихмина, Т. В. Овчинникова, Е. М. Меркулова (разработка организационно-технических средств и мероприятий), В. В. Вамболь, Ю. М. Зинюков, Е. И. Ковалева, И. М. Янников, М. Б. Корбут, А. М. Шарова, А. Н. Бармин (организация мониторинга), А. Г. Власов (определение показателей пожарной и экологической опасности), П. Фосс-Смит (возникновения и ликвидации пожаров), Т. А. Алешина (причины возгораний отходов, их последствия), В. В. Попович (в контексте фитомелиоративных мероприятий рассмотрен состав продуктов горения), Т.Г. Середа (использования гидроботанического метода прекращения протекания окислительных процессов), Н. Кудечка-Пуриня, В. Кудечкис (оценка риска воспламенения на разных стадиях утилизации), Ю. А. Олениченко, А. Н. Соболь (оптимизация средств мониторинга тепловых полей), А. Рим-Рукех (оценка вклада очагов возгорания на загрязнение атмосферного воздуха), А. Музилли (применение дистанционных методов для обнаружения пожаров на ранних стадиях), Т. Талхамер, Т. Сперлинг (оценка тления внутри тела полигонов) и другие.

 Однако, вопросы загрязнения опасными химическими веществами, как индикаторов ЧС во времени и пространстве на территории депонирования отходов, в полной мере не раскрыты. Статистические данные о чрезвычайных ситуациях [1] свидетельствуют про низкий уровень обеспечения техногенно-экологической безопасности. Существует необходимость рассмотреть факторы формирования проявления загрязнения. Методика мониторинга источников образования опасности заключает в себе сложный и многообразный процесс исследования, который в итоге для получения правдивых результатов должна учитывать все стадии жизненного цикла полигона ТБО.

 Цель исследования – повышение уровня техногенно-экологической безопасности полигонов депонирования ТБО. Объект исследования – химические вещества над территорией полигонов ТБО. Предмет исследований – анализ факторов, которые сопутствуют формированию уровня опасности возникновения и развития химического загрязнения атмосферного воздуха.

 Согласно ряду нормативных документов атмосферный воздух в зоне влияния полигонов ТБО подлежит контролю. С помощью контактных методов исследования (фотометрия, газовая хроматография, гравиметрия, фотокалориметрия) ежеквартально над поверхностью объекта и на границе санитарно-защитной зоны проводятся заборы проб для замеров содержания загрязняющих веществ. При этом на каждом этапе существуют систематические погрешности, которые могут быть приближены к 25 %, а определение веществ продолжатся несколько дней. Таким образом, вырисовывается общая статистическая картина загрязнения воздуха.

 Перспективными современными методами диагностики состояния атмосферы (состава химических веществ, климатических показателей) выступают дистанционные на основе ГИС-технологий, законов оптики (лазерные комплексы). Преимущество заключается в высокой информативности, оперативности, чувствительности, надежности, безопасности [2]. Интерпретации полученных результатов при диагностике зоны загрязнения для воспроизведения параметров атмосферы (дешифровка с помощью программных разработок) расширяет возможности по получению правдивых своевременных данных для разработки и внедрения мероприятий по повышению безопасности экосистемы в целом.

 ТБО в течение своего жизненного цикла на территории полигонов, начиная с первых дней захоронения, подвергаются физико-химическому, биологическому разложению с образованием свалочного газа. Начальная стадия разложение происходит при наличии кислорода с выделением большого количества тепла с переходом к анаэробному процессу. Эмиссия свалочного газа несет опасность: токсического воздействия для работающего персонала на полигоне, близлежащего населения, растительного покрова; образование пустот в следствии просадка грунта; появление очагов возгорания с дальнейшим развитием пожара; создание взрывоопасной ситуации; в глобальном масштабе – повышение парникового эффекта.

 На степень образования продуктов разложения отходов влияет ряд факторов: состав отходов (морфологический, фракционный и химический), условия образования метана (влажность, плотность, кислотность, температура, наличие окислителя, время), условия депонирования (площадь, высота, степень уплотнение, изоляция слоев), климатические и геологические условий, реализация организационно-технический мероприятий по обеспечению безопасности (наличие защитных покрытий, систем улавливания).

 В состав свалочного газа в основном входят: метан, сероводород, углекислый и угарный газы, оксид и диоксид азота, аммиак, водород, ангидрид сернистый, бензол, фенол, формальдегид, хлорорганические соединения. С газами могут выделяться аэрозоли различных металлов. Химические вещества в зависимости от молекулярного состава, концентрации, синергетического эффекта определяют уровень опасности загрязнения окружающей среды. Предельно допустимые концентрации (ПДК) основных загрязняющих веществ наведены в таблице 1.

Таблица 1.

ПДК основных загрязняющих веществ, которые выделяются в атмосферный воздух над территорией полигонов

 Состав отходов неповторим не только для разных стран, но и разных регионов. Социально-экономическое положение, привычки населения, сезонные изменения, наличие приусадебных участков (органические отходы используются в виде удобрения или подлежат сжиганию), различная методика учета (анализа) состава и классификации отходов, реализация системы раздельного сбора определяют состав ТБО.

 Морфологический, фракционный, химический состав отходов предопределяет разную способность к разложению и нагреванию – образуется сложно прогнозированный спектр химических соединений. К компонентам отходов относятся: бумага, пищевые отходы, дерево, металл, текстиль, пластик, кости, стекло, кожа, резина, камни, отсев и др. Малую долю представляют опасные отходы – аккумуляторы, остатки красок, косметические изделия, люминесцентные лампы, схемы (платы) электрических приборов. С ними в атмосферу попадают тяжелые металлы, марганец, цинк, кислоты, свинец, происходит синтез диоксинов и других ксенобиотиков, что приводит к серьезным изменениям и заболеваниям.

 Основными факторами, которые влияют на образование парникового газа метана, кроме состава отходов (некоторые химические вещества выступают ингибиторами; органические компоненты, мелкие частицы, низкая плотность способствуют газообразованию), являются влажность (имеет важное значение для жизнедеятельности метанобразующих бактерий), водородный показатель (пониженная рН замедляет процесс метаногенеза), температура воздуха, самих отходов, их теплопроводность, а также время захоронения (в среднем через 2 года стабилизация газовыделения). Полигоны ТБО максимально опасны в жаркое время года и в среднем до 20 лет после захоронения отходов. Однако необходимо не забывать, что после закрытия объекта, опасность возникновения ЧС сохраняется.

Климатические условия участвуют в накоплении, перемешивании, перемещении, вымыванию химических веществ. Ветер переносит вредные вещества, поверхность воды (влажность воздуха) адсорбирует, растворяет их. Однако необходимо помнить, что потоки ветра могут охлаждать, давать приток кислорода, разносить опасность на расстояние. На территориях полигонов находится огромные объемы отходов, частичная перегруженность и не соответствие нормам безопасности исключает самоочищение воздуха.

 Химическая активность атмосферы в результате фотохимических реакций определяет образование новых вторичных опасных веществ (например, при фотоокислении метана на выходе формальдегид).

Возможная инверсия температуры приводит к вертикальному застою (накопление) загрязняющих веществ возле поверхности тела полигона. Повышается вероятность загораний (задымлений). Высокая температура воздуха (летний период) ускоряет биологическое разложение отходов, активизируется химическое окисления с последующим повышением температуры. Зачастую отток тепла из толщи отходов недостаточен, что приводит к самовозгоранию. Горение может происходить, как открыто на поверхности, так и скрыто в толще отходов (при недостатке кислорода). Образовавшиеся продуктов горения отличаются за химическим составом и токсичностью соединений. При полном окислении метана образуется углекислый газ и вода:  ; при неполном – угарный газ и вода:   или мелкодисперсный углерод (сажа):  .

Так, в работе [3] экспериментально установлено при горении (пиролизе) полимерных материалов на основе полиакрилонитрила зависимость объем выбросов водорода, синильной кислоты, аммиака, окиси и двуокиси углерода от температуры и наличия, а также недостатка кислорода. Упомянутые вещества могут выступать как идентификаторы начальной стадии развития ЧС.

Наличие системы сбора метана с дальнейшим энергетическим использованием сокращает выбросы в воздух загрязняющих веществ, что положительно сказывается на качестве воздуха и снижает потенциальный риск для здоровья человека.

 Моделирование образования и распространения химических веществ показывает закономерности химического загрязнения атмосферного воздуха, вероятность возникновения источников ЧС. Недостаточное количество входных данных, их качество, а также упрощенное представление о процессах газообразования приводит к значительным погрешностям. Поэтому результаты математического моделирования должны рассматриваться для конкретного объекта, подкрепляться эффективными полевыми исследованиями.

 Таким образом, индикаторами загрязнение атмосферного воздуха, а также начальной стадии возникновения пожаров (взрывов) выступают химические вещества над территорией полигонов ТБО. Процесс образования опасных веществ на полигонах зависит от множества факторов, которые имеют свои сложности учета. Результаты исследований изменения качественного и количественного состава атмосферного воздуха служат основой не только для разработки управленческих решений по обеспечению техногенно-экологической безопасности, а и своевременного прогноза, выявления тенденций возникновения источников опасности ЧС.

Литература

 1. World Fire Statistics. International Association of Fire and Rescue Service [Electronic resource]. Available at: http://www.ctif.org/ctif/world-fire-statistics.

 2. Vambol, V. Rashkevich, N. Analysis of methods of identification of ecologically danger substances in atmospheric air / Техногенно-екологічна безпека: наук.-техн. журнал. Х.: НУЦЗ України, 2017. Вип. 2. С. 73-78.

 3. Рашкевич Н.В. Исследование состава продуктов горения синтетического волокна / Еast journal of security studies. 2017. № 1. С. 194-201.