The assessment of the level of environmental pollution at the solid waste landfill of KazEcoProm LLP (Pavlodar, Republic of Kazakhstan)

Full Text

Введение

В настоящее время в связи с ростом населения Земли накапливается большое количество твёрдых бытовых отходов, приводящее к загрязнению атмосферы, гидросферы и литосферы вредными веществами [1, с. 8–9; 2, с. 9]. В свою очередь, это приводит к нарушению функционирования различных экосистем, деградации почвенного покрова, сокращению биоразнообразия растительного и животного мира и многим другим отрицательным последствиям [3, с. 7]. Ранее роль полигонов захоронения ТБО играли так называемые усовершенствованные свалки – специально отведенные территории, на которые вывозили, разравнивали и уплотняли отходы. Геологические барьеры на территории усовершенствованных свалок не предусматривались. Для уменьшения опасности воздействия токсических веществ на окружающую среду и здоровье населения к организации, эксплуатации полигона, а также к консервации после окончания эксплуатации предъявляются определенные санитарные требования [4; 5].

Полигоны могут принимать все виды отходов, не нарушая при этом санитарных правил [6–8] и гарантируя санитарно-эпидемиологическую безопасность населения. Каждая организация, эксплуатирующая полигон, разрабатывает свой регламент работы полигона и инструкцию по приему ТБО, обеспечивающую выполнение всех требований, предъявляемых к безопасности жизнедеятельности предприятия в чрезвычайных ситуациях. Однако не все санитарные правила и нормы соблюдаются при сборе и накоплении отходов на полигонах ТБО. По состоянию полигонов Республики Казахстан за 2020 год было выявлено, что лишь 18,2% от 3292 полигонов соответствовали санитарным требованиям. Среди них наименьшее количество соответствующих экологическим нормам полигонов приходится на Павлодарскую область (1,49% от 336 полигонов) [9]. Проведение наблюдений за состоянием окружающей среды на территории полигона ТБО необходимо для снижения или полного исключения вредного воздействия отходов на подземные воды, почву и атмосферный воздух.

Таким образом, вопрос безопасного размещения отходов на полигонах ТБО для окружающей среды является актуальным, с чем и связано настоящее исследование.

Цель данной работы – оценка загрязнения компонентов окружающей среды полигоном ТБО в г. Павлодар на примере ТОО «KazEcoProm» (Павлодарская область).

Материалы и методы исследований

Площадка, на которой размещен полигон ТБО ТОО «KazEcoProm», находится в Центральном промышленном районе г. Павлодара на расстоянии 10 км от сельскохозяйственных угодий, 100 м – от объездной автодороги, 14,5 км – от южного водозабора, 10 км – от р. Иртыш. С юга проходит автодорога, за ней пустырь, с севера расположен пустырь, далее на расстоянии 0,8 км – кладбище, с запада пустырь, с востока автодорога Павлодар–Успенка и на расстоянии 1 км – дачный массив «Березка». Ближайший жилой массив расположен с южной стороны полигона твёрдых бытовых отходов на расстоянии 3,2 км [10].

На полигон ТБО ТОО «KazEcoProm» принимаются твёрдые бытовые отходы (коммунальные), строительные отходы и золошлаки [11; 12, с. 12–24; 13, с. 18]. Все виды отходов по физико-химической характеристике имеют разные свойства, а также источники образования (табл. 1).

Для оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха и почвы полигоном ТБО ТОО «KazEcoProm» один раз в квартал отбирали пробы с территории полигона в четырех точках (№ 1–4) на границе санитарно-защитной зоны промплощадки полигона. Пробы отбирались для определения содержания следующих веществ:

– по состоянию атмосферного воздуха: пыль, аммиак, углеводороды, метан, ксилол, толуол, диоксид азота, оксид углерода, диоксид серы, формальдегид, сероводород (табл. 2, рис. 1);

– по состоянию почв: барий, висмут, кадмий, кобальт, литий, марганец, медь, мышьяк, никель, свинец, стронций, таллий, титан, хром, цинк, нитраты, нитриты (табл. 3, рис. 1).

Для определения уровня загрязнения подземных вод полигоном ТБО ТОО «KazEcoProm» один раз в квартал отбирали пробы с двух скважин на границе санитарно-защитной зоны промплощадки полигона. В пробах воды определяли содержание следующих веществ: нитриты, нитраты, хлориды, сульфаты, барий, кадмий, марганец, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, стронций, хром общий (табл. 4, рис. 2).

Анализы проб проводились совместно со специализированной аккредитованной лабораторией ТОО КазПИИ «КазахстанПроект» в 2020 г.

 

Таблица 1 – Характеристика отходов, размещаемых на полигоне ТБО ТОО «KazEcoProm»

Виды отходов	Физико-химическая характеристика		Технологический процесс/ производство, где образуются отходы
	Агрегатное состояние	Содержание основных компонентов
Твёрдые бытовые отходы (ТБО)	твёрдое	Оксиды целлюлоза, Si, полимеры, органические вещества и т.д.	Жилые здания, больницы, предприятия общественного питания, рынки и т.д.
Золошлаковые отходы	твёрдое	Аморфная стеклофаза (SiO₂, Al₂O₃, Na₂O, K₂O), оксиды Si, Mg	Сжигание угля в топках котлоагрегатов
Строительные отходы	твёрдое	Аморфная стеклофаза (SiO₂, Al₂O₃, K₂O), глинистые минералы (каолинит), остатки угля, слюдистохлоритовые остатки	Проведение ремонтных и строительных работ

 

Рисунок 1 – Схема отбора проб атмосферного воздуха и почвы

 

Рисунок 2 – Схема отбора проб воды

 

Концентрацию вредных веществ в атмосферном воздухе определяли по СТ РК 2.302-2014 «Определение массовой концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, в воздухе рабочей зоны, промышленных выбросах газоанализатором» и KZ.07.00.01867-2018 «МВИ массовой концентрации сероводорода в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе населенных мест флуориметрическим методом на анализаторе жидкости «Флюорат-02».

Валовое содержание анализируемых веществ в почве определяли по KZ.07.00.03718-2018 «МВИ содержания показателей состава в объектах окружающей среды методом атомно-абсорбционной спектрометрии».

Содержание анализируемых веществ в подземных водах определяли по СТ РК 2015-2010 «Охрана природы. Гидросфера. Определение взвешенных веществ в поверхностных и сточных водах», KZ.07.00.03718-2018 «МВИ содержания показателей состава в объектах окружающей среды методом атомно-абсорбционной спектрометрии, KZ.07.00.01998-2019 «Методика измерений массовой концентрации хлорид-ионов, нитрит-ионов, сульфат-ионов, нитрат-ионов, фторид-ионов и фосфат-ионов в пробах природных, питьевых и очищенных сточных вод с применением системы капиллярного электрофореза «Капель» и KZ.07.00.01529-2017 «Методика измерений массовой концентрации катионов аммония, калия, натрия, лития, магния, стронция, бария и кальция в пробах питьевых, природных (в том числе минеральных) и сточных вод методом капиллярного электрофореза с использованием системы капиллярного электрофореза «Капель».

Полученные результаты сравнивали с гигиеническими нормативными показателями вредных веществ в составе компонентов среды: атмосферного воздуха [14], почвы [15] и подземных вод [16].

Уровень загрязнения компонентов окружающей среды вредными веществами из отходов оценивается суммарными показателями основных компонентов окружающей среды на границе санитарно-защитной зоны накопителя [17], таких как почвенный покров, водная и воздушная среда. Состояние окружающей среды в зависимости от величины ряда показателей оценивается как:

– допустимое – содержание отдельных загрязняющих веществ не превышает предельно допустимую концентрацию (далее – ПДК);

– опасное – содержание отдельных загрязняющих веществ в некоторых компонентах окружающей среды превышает ПДК;

– критическое – превышение ПДК для всей ассоциации загрязняющих веществ в некоторых компонентах окружающей среды принимает массовый характер;

– катастрофическое – содержание загрязняющих веществ превышает ПДК во всех компонентах окружающей среды [18].

Для определения оценки уровня загрязнения окружающей среды проводились расчеты по следующим формулам:

1. d_ів, dᵢₐ, d_іп – уровень загрязнения загрязняющими веществами соответствующего компонента среды определили по формуле:

${\text{d}}_{\text{ів}}\text{= }\frac{{\text{С}}_{\text{iв}}}{{\text{ПДК}}_{\text{iв}}}{\text{; d}}_{\text{iп}}\text{=}\frac{{\text{С}}_{\text{in}}}{{\text{ПДК}}_{\text{iп}}}{\text{; d}}_{\text{ia}}\text{= }\frac{{\text{С}}_{\text{iа}}}{{\text{ПДК}}_{\text{iа}}}$,

где С_ів, С_іп, Сᵢₐ, – усредненное значение концентраций i-го вещества, соответственно в воде (мг/дм³), почве (мг/кг), атмосферном воздухе (мг/м³); ПДК_iв, ПДК_iп, ПДК_iа, – предельно допустимая концентрация i-го вещества, соответственно в воде (мг/дм³), почве (мг/кг), атмосферном воздухе (мг/м³) [19].

2. ∆d_ів, ∆dᵢₐ, ∆d_іп – превышение уровня загрязнения загрязняющими веществами всех классов соответственно в подземных водах, в атмосфере и в почвах:

∆d_ів = d_ів – 1; ∆dᵢₐ = dᵢₐ – 1; ∆d_iп = d_iп – 1.

3. Z_c – суммарный показатель загрязнения равен сумме коэффициентов концентрации химических элементов загрязнителей и выражается следующей формулой:

$Z_c=\sum _{i=1}^n{\frac{C_{ia}}{ПДК}}_{ia}-\left(n-1\right); Z_c=\sum _{i=1}^n\frac{C_{in}}{ПД{К}_{in}}-\left(n-1\right); Z_c=\sum _{i=1}^n\frac{C_{ів}}{ПД{К}_{ів}}-\left(n-1\right)$,

где n – число определяемых загрязняющих веществ.

4. d_в, dₐ, d_п – суммарный уровень загрязнения компонентов окружающей среды с учетом коэффициентов изоэффективности по формулам:

${\text{d}}_{\text{в}}\text{=1+}\sum _{i=1}^n{\text{aiх∆d}}_{\text{iв}}{\text{; d}}_{\text{а}}\text{=1+}\sum _{i=1}^n{\text{aiх∆d}}_{\text{іа}}{\text{; d}}_{\text{n}}\text{=1+}\sum _{i=1}^n{\text{aiх∆d}}_{\text{in}}$,

где аi – коэффициент изоэффективности для i-го вещества (для первого класса опасности 1,0; для второго класса опасности 0,5; для третьего класса опасности 0,3; для четвертого класса опасности 0,25).

Понижающие коэффициенты, учитывающие миграцию загрязняющих веществ из заскладированных отходов производства в подземные воды (К_В), степень переноса загрязняющего вещества из заскладированных в накопителях отходов производства на почвы прилегающих территорий (К_П) и степень эолового рассеивания загрязняющего вещества в атмосфере путем выноса дисперсий из накопителя в виде пыли (К_А), рассчитываются с учетом экспоненциального характера зависимости «доза–эффект» по формулам [19]:

${\text{K}}_{\text{В}}\text{=}\frac{\text{1}}{\sqrt{{\text{d}}_{\text{в}}}}{\text{; K}}_{\text{П}}\text{=}\frac{\text{1}}{\sqrt{{\text{d}}_{\text{n}}}}{\text{; K}}_{\text{A}}\text{=}\frac{\text{1}}{\sqrt{{\text{d}}_{\text{а}}}}$.

Результаты исследования

Анализ содержания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе показывает, что загрязнение в районе накопителя не превышает предельно допустимых значений. Результаты химического анализа проб воздуха приведены в табл. 2.

Анализ результатов наблюдения показывает, что загрязнение почв в районе накопителя отходов не превышает максимальных значений. Результаты химического анализа проб почв приведены в табл. 3.

Анализ результатов наблюдения показывает, что загрязнение подземных вод в районе накопителя отходов не превышает максимальных значений. Результаты химического анализа проб подземных вод приведены в табл. 4.

Исходя из полученных результатов анализа проб, рассчитали степень загрязнения компонентов окружающей среды. Показатели загрязнения атмосферного воздуха отображены в таблице 5, уровень загрязнения оценили как допустимый.

Показатели загрязнения почвенного покрова отображены в таблице 6, уровень загрязнения почвы оценили как допустимый.

 

Таблица 2 – Результаты анализов проб атмосферного воздуха, мг/дм³

Наименование определяемого показателя	ПДК [14]	Точка 1 (юг)	Точка 2 (восток)	Точка 3 (север)	Точка 4 (запад)	Средняя концентрация
Углерод оксид	5	0,18	0,21	0,26	0,19	0,21
Азота (IV) диоксид	0,2	<0,024	<0,024	<0,024	<0,024	<0,024
Сера диоксид	0,5	<0,030	<0,030	<0,030	<0,030	<0,030
Углеводороды	30	<30	<30	<30	<30	<30
Метан	50	<30	<30	<30	<30	<30
Сероводород	0,008	<0,002	<0,002	<0,002	<0,002	<0,002
Аммиак	0,2	<0,024	<0,024	<0,024	<0,024	<0,024
Бензол	0,3	<0,06	<0,06	<0,06	<0,06	<0,06
Хлорбензол	0,1	нпч	нпч	нпч	нпч	нпч
Углерод четыреххлористый	4	нпч	нпч	нпч	нпч	нпч
Фенол	0,01	<0,0018	<0,0018	<0,0018	<0,0018	<0,0018

 

Таблица 3 – Результаты анализов проб почв, мг/кг

Наименование определяемого показателя	ПДК [15]	Точка 1 (юг)	Точка 2 (восток)	Точка 3 (север)	Точка 4 (запад)	Средняя концентрация
Барий	650	367	392	442	538	435
Висмут	0,009	<10	<10	<10	<10	<10
Кадмий	0,13	<0,25	<0,25	<0,25	<0,25	<0,25
Кобальт	18	11,6	14,0	14,3	10,4	12,6
Литий	32	19,0	17,5	17,5	20,5	18,6
Марганец	1000	479	503	507	490	495
Медь	47	24,6	27,4	27,9	29,3	27,3
Мышьяк	1,7	1,2	1,2	1,1	1,4	1,2
Никель	58	26,3	32,1	32,2	31,8	30,6
Свинец	16	22,5	25,7	27,2	22,3	24,4
Стронций	340	167	151	168	149	159
Таллий	1	<0,5	<0,5	<0,5	<0,5	<0,5
Титан	4500	3140	2976	3088	3212	3104
Хром	83	49,7	62,3	62,9	56,2	57,8
Цинк	83	76,1	77,5	72,1	80,0	76,4
Нитраты		29,9	39,2	30,4	41	35,1
Нитриты		<0,037	<0,037	<0,037	<0,037	<0,037

 

Таблица 4 – Результаты анализов проб подземных вод, мг/дм³

Наименование определяемого показателя	ПДК [16]	Скважина № 1235	Скважина № 1233	Средняя концентрация
Взвешенные вещества	–	15,8	24,3	20,1
Нитриты	3,0	<0,2	<0,2	<0,2
Нитраты	45	8,7	<0,2	4,5
Хлориды	350	54,3	21	37,7
Сульфаты	500	57,8	193,9	125,9
Барий	0,1	<0,1	<0,1	<0,1
Кадмий	0,001	<0,00025	<0,00025	<0,00025
Марганец	0,1	0,026	0,028	0,027
Медь	1	<0,01	<0,01	<0,01
Мышьяк	0,05	<0,01	<0,01	<0,01
Никель	0,1	<0,025	<0,025	<0,025
Ртуть	0,0005	<0,00025	<0,00025	<0,00025
Свинец	0,03	<0,01	<0,01	<0,01
Стронций	7	<0,25	<0,25	<0,25
Хром общий	0,05	<0,002	<0,002	<0,002

 

Таблица 5 – Показатели загрязнения атмосферного воздуха

Показатели состояния компонентов среды	Класс опасности	Уровень загрязнения, diа	Превышение уровня загрязнения, ∆diа	Коэффицент изоэффективности, ai	Суммарный показатель загрязнения загрязняющих веществ 1–2 кл. оп.	Суммарный показатель загрязнения загрязняющих веществ 3–4 кл. оп.	Суммарный уровень загрязнения, dа
Сера диоксид	3	0,06	−0,94	0,25	−2,25	−2,178	−2,335
Оксид углерода	4	0,042	−0,958	0,25
Диоксид азота	2	0,12	−0,88	0,5
Сероводород	2	0,25	−0,75	0,5
Аммиак	4	0,12	−0,88	0,25
Углеводороды	4	1	0	0,25
Метан	–	0,6	−0,4	0,25
Бензол	2	0,2	−0,8	0,5
Фенол	2	0,18	−0,82	0,25

 

Таблица 6 – Показатели загрязнения почвы

Показатели состояния компонентов среды	Класс опасности	Уровень загрязнения, din	Превышение уровня загрязнения, ∆din	Коэффициент изоэффективности, ai	Суммарный показатель загрязнения загрязняющих веществ 1–2 кл. оп.	Суммарный показатель загрязнения загрязняющих веществ 3–4 кл. оп.	Суммарный показатель загрязнения, dn
Барий	3	0,669	−0,331	0,3	−0,09	−1,091	−2,478
Кадмий	1	1,92	0,92	1
Кобальт	2	0,7	−0,3	0,5
Литий	–	0,58	−0,42	–
Марганец	3	0,5	−0,5	0,3
Медь	2	0,58	−0,42	0,5
Мышьяк	1	0,71	−0,29	1
Никель	2	0,53	−0,47	0,5
Свинец	1	1,53	0,53	1
Стронций	3	0,47	−0,53	0,3
Таллий	1	0,5	−0,5	1
Титан	–	0,69	−0,31	–
Хром	2	0,7	−0,3	0,5
Цинк	1	0,92	−0,08	1

 

Показатели загрязнения подземных вод отображены в таблице 7, уровень загрязнения подземных вод оценили как допустимый.

Выявление уровня загрязнения изучаемых компонентов природной среды позволило определить значения понижающих коэффициентов:

– уровень содержания загрязняющих веществ в пробах атмосферного воздуха в районе расположения накопителя отходов не превышает значений ПДК (табл. 7), поэтому значение К_А = 1,0;

– уровень содержания загрязняющих веществ в пробах почв в районе расположения накопителя отходов не превышает значений ПДК (табл. 8), поэтому значение К_П = 1,0;

– понижающий коэффициент, учитывающий степень переноса загрязняющих веществ из заскладированных в накопителях отходов производства в подземные воды, составляет К_В = 1,0.

 

Таблица 7 – Показатели загрязнения подземных вод

Показатели состояния компонентов среды	Класс опасности	Уровень загрязнения, dів	Превышение уровня загрязнения, ∆dів	Коэффициент изоэффективности, ai	Суммарный показатель загрязнения загрязняющих веществ 1–2 кл. оп.	Суммарный показатель загрязнения загрязняющих веществ 3–4 кл. оп.	Суммарный уровень загрязнения, dn
Нитрит	2	0,07	−0,93	0,2	−3,644	−4,0	−3,005
Нитрат	3	0,1	−0,9	0,3
Хлорид	4	0,1	−0,9	0,25
Сульфат	4	0,25	−0,75	0,25
Барий	2	1	0	0,5
Кадмий	2	0,25	−0,75	0,5
Марганец	3	0,27	−0,73	0,3
Медь	3	0,01	−0,99	0,3
Мышьяк	2	0,2	−0,8	0,5
Никель	3	0,25	−0,75	0,3
Ртуть	1	0,5	−0,5	1
Свинец	2	0,3	−0,7	0,5
Стронций	2	0,036	−0,964	0,5
Хром	3	0,04	−0,96	0,3

 

Таблица 8 – Параметры экологического состояния компонентов окружающей среды

Компонент ОС	Превышение ПДК, раз		Суммарный показатель загрязнения (Zc)		Суммарный показатель уровня загрязнения
	Загрязняющие вещества 1–2 класса опасности	Загрязняющие вещества 3–4 класса опасности	Загрязняющие вещества 1–2 класса опасности	Загрязняющие вещества 3–4 класса опасности
Подземные воды	<1 (допустимое)	<1 (допустимое)	<1 (допустимое)	<1 (допустимое)	dп < 1 (допустимое)
Поверхностные воды	Ввиду отсутствия в зоне влияния производственной деятельности поверхностных вод влияния на них не происходит
Атмосферный воздух	<1 (допустимое)	<1 (допустимое)	<1 (допустимое)	<1 (допустимое)	dа < 1 (допустимое)
Почвы	<1 (допустимое)	<1 (допустимое)	<1 (допустимое)	<1 (допустимое)	dп < 1 (допустимое)

 

Исследования состояния компонентов окружающей среды, проведенные на территории полигона твёрдых бытовых отходов ТОО «KazEcoProm», позволили сделать вывод, что складирование отходов и материалов в рассмотренном накопителе возможно по ряду причин (табл. 8).

1. Конструкция полигона предотвращает загрязнение подземных вод таким образом, что влияние на них со стороны полигона не происходит.
2. В районе рассматриваемого накопителя и в пределах санитарно-защитной зоны поверхностных стоков непосредственно от полигона нет, влияние на поверхностные воды не происходит.
3. Загрязнение атмосферного воздуха в результате пыления с поверхности накопителя отходов производства незначительно, вследствие чего экологическое состояние атмосферного воздуха на границе санитарно-защитной зоны в районе расположения полигона оценивается как допустимое.
4. Для открытых накопителей и складов отходов производства перекрытость почвы абиотическими техногенными наносами практически отсутствует, в связи с чем экологическое состояние почв по этому параметру на границе санитарно-защитной зоны в районе расположения полигона оценивается как допустимое.

Выводы

1. Загрязнение воздушной среды полигона твёрдых бытовых отходов ТОО «KazEcoProm» происходит от различных источников пылеобразования в процессе складирования твёрдых бытовых отходов на полигоне, пересыпки строительного мусора и золошлаковых отходов. На территории изучаемого полигона при соблюдении правил эксплуатации уровень загрязнения атмосферного воздуха оценивается как допустимый.
2. Влияние на гидросферу происходит вследствие миграции загрязняющих веществ из отходов в подземные воды. В состав материалов, складируемых в накопителях, входит ряд химических элементов и их соединений (макрокомпонентов и микроэлементов), которые находятся в труднорастворимых формах. Котлованы полигона в основании имеют глиняные замки, что предотвращает загрязнение подземных вод. На территории полигона воздействие на подземные воды не происходит, так как гидрогеологические условия участка, обусловленные физико-географическими и геологическими факторами, не способствуют накоплению подземных вод. Экологическое состояние водного бассейна в зоне влияния накопителя отходов оценивается как допустимое.
3. Почва является самой стабильной средой в отличие от других компонентов окружающей среды, соответственно миграция загрязняющих веществ в ней происходит относительно медленно. Для открытых накопителей и складов отходов производства перекрытость почвы абиотическими техногенными наносами практически отсутствует. По результатам производственного контроля экологическое состояние почв в зоне влияния полигона оценивается как допустимое.

About the authors

Ainagul Balgauovna Kaliyeva

Toraigyrov University

Email: ainanurlina80@mail.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Biology and Ecology Department

Kazakhstan, Pavlodar

Madiana Orazbaykyzy Kabdolla

Toraigyrov University

Email: madiana.k@mail.ru

lecturer of Biology and Ecology Department

Kazakhstan, Pavlodar

Zarina Mukhtarovna Sergazinova

Toraigyrov University

Email: wwwszm@mail.ru

PhD, senior lecturer of Biology and Ecology Department

Kazakhstan, Pavlodar

Aliya Toleuzhanovna Toleuzhanova

Toraigyrov University

Email: aliya-tol@mail.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Biology and Ecology Department

Kazakhstan, Pavlodar

Almaz Kairgeldyevich Taskarin

Toraigyrov University

Author for correspondence.
Email: taskarin.info@mail.ru

master student of Biology and Ecology Department

Kazakhstan, Pavlodar

References

Supplementary files