Гигиеническая оценка методов обезвреживания осадков сточных вод тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 14.02.01, кандидат наук Магомедов Хамзат Курбанович

• Магомедов Хамзат Курбанович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Магомедов Хамзат Курбанович

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Образование осадков сточных вод и их характеристика

1.2 Механизм образования, объемы, состав и свойства осадков сточных вод

1.3 Способы утилизации осадков сточных вод

1.4 Метод складирования осадков сточных вод на полигоне

Глава 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Санитарно-химические исследования сырых осадков из илонакопителя и осадка после геотубирования

2.2 Токсикологические исследования сырых осадков из илонакопителя и осадка после геотубирования

2.3 Санитарно-эпидемиологические исследования сырых осадков из илонакопителя и осадка после геотубирования

2.4 Исследование выбросов загрязняющих веществ из тела полигона складирования осадков сточных вод в атмосферный воздух

2.5 Статистическая обработка результатов

2.6 Оценка риска

Глава 3 ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЗДЕЙСТВИЯ

ПОЛИГОНОВ СКЛАДИРОВАНИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

3.1 Санитарно-химические исследования сырого осадка

3.2 Санитарно-эпидемиологические исследования сырого осадка

3.3 Токсикологические исследования сырого осадка

Глава 4 ОЦЕНКА РИСКА ЗДОРОВЬЮ НАСЕЛЕНИЯ, ПРОЖИВАЮЩЕГО В

ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ПОЛИГОНА, В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

4.1 Идентификация опасности

4.2 Оценка зависимости «доза - ответ»

4.3 Оценка экспозиции

4.4 Характеристика риска

4.5 Оценка риска острого действия в связи с обращениями граждан на неприятный запах

Глава 5 КОМПЛЕКСНАЯ ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕТОДА

ГЕОТУБИРОВАНИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

5.1 Технико-гигиеническая характеристика метода

5.2 Оценка эффективности технологии геотубирования

5.3 Результаты санитарно-химических исследований осадков сточных вод после геотубирования

5.4 Результаты санитарно-эпидемиологических исследований осадка сточных вод после геотубирования

5.5 Результаты токсикологических исследований осадков сточных вод после геотубирования

5.6 Сравнительная характеристика методов сжигания и геотубирования осадков сточных вод

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕЙ РАЗРАБОТКИ ТЕМЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А Результаты санитарно-химических исследований складированных

осадков сточных вод и прошедших геотубирование

Приложение Б Результаты микробиологических исследований сырого осадка и

осадка после геотубирования (КОЕ/г)

Приложение В Результаты токсикологических исследований сырого осадка и

осадка после геотубирования

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гигиеническая оценка методов обезвреживания осадков сточных вод»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В Указе президента Российской Федерации № 176 от 19 апреля 2017 г. «О стратегии экологической безопасности Российской Федерации на период до 2025 года» приведены данные о том, что состояние окружающей среды на территории Российской Федерации, где сосредоточены большая часть населения страны, производственных мощностей и наиболее продуктивные сельскохозяйственные угодья (около 15% территории страны), оценивается как неблагополучное по экологическим параметрам. Окружающая среда в городах и на прилегающих к ним территориях, где проживает 75% населения страны, подвергается существенному негативному воздействию со стороны объектов промышленности, энергетики, транспорта, а так же объектов размещения отходов. Ежегодно в России образуется примерно 4 млрд. тонн отходов производства и потребления, из которых 55-60 млн. тонн составляют твердые коммунальные отходы. К таким отходам относятся осадки сточных вод (ОСВ), которые образуются при очистке сточных вод на станциях аэрации.

Необходимость обезвреживания больших объемов является не единственной проблемой, связанной с осадками сточных вод. Высокая влажность, неоднородность химического состава, наличие органического компонента, выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух, микробиологическая обсеменен-ность создают дополнительные проблемы при обращении с осадками сточных вод [2, 15, 43, 93, 148]. Кроме этого, при общесплавной системе канализации, хозяйственно-бытовые и производственные сточные воды отводятся совместно, и вместе с ними в общий сток попадают тяжелые металлы и радиоактивные элементы, переходящие в осадки сточных вод при их очистке [7, 10, 117, 121, 153]. Наличие тяжелых металлов и их солей в осадках сточных вод затрудняет их использование в качестве сельскохозяйственных удобрений, несмотря на наличие в них полезных для почвы органических компонентов [6, 37, 48, 155, 196].

В странах Западной Европы, США, Японии и других развитых странах, осадки сточных вод используют вторично в сельском хозяйстве, при изготовлении стройматериалов, либо сжигают с получением биотоплива [151, 154, 156, 164, 166, 182].

В России осадки сточных вод практически не вовлекаются во вторичный хозяйственный оборот, а размещаются на полигонах. Около 15 тыс. санкционированных объектов размещения отходов, в том числе полигоны ОСВ, занимают территорию общей площадью 4 млн. гектаров, и эта территория ежегодно увеличивается на 300-400 тыс. гектаров. Полигоны ОСВ являются источником загрязнения окружающей среды и создают негативное воздействие на здоровье населения, проживающего в непосредственной близости [5, 7, 44, 61, 90, 131].

Опасность для окружающей среды и отчуждение больших площадей пригородных территорий делает нецелесообразным дальнейшее использование метода складирования осадков сточных вод на полигонах, а так же создает предпосылки для поиска и внедрения современных технологий, направленных на снижение степени опасности сырого осадка и возможность его вторичного использования, приводя к рекультивации отчужденных территорий [16, 18, 32, 41, 59, 66, 130, 141, 169]. Этим и обусловлена актуальность данного исследования.

Степень разработанности темы исследования. В отечественной и зарубежной научной литературе имеются публикации, в которых представлены результаты исследований осадков сточных вод, оценена степень их воздействия на окружающую среду, в том числе, после применения разных технологий по обезвреживанию, отличающихся как принципом, так и механизмом действия [2, 60, 92, 93, 131, 146, 182, 183]. В своих публикациях авторы уделяют внимание гигиенической и эпидемиологической оценке технологий термической обработки осадков и способам внесения в почву, в том числе в качестве удобрений [11, 12, 18, 37, 44, 48, 189].

Диссертационная работа Л.А. Аликбаевой [2] посвящена научному обоснованию технологии сжигания осадков сточных вод в «кипящем» слое, применяемой в Санкт-Петербурге.

Таким образом, литературные данные свидетельствуют о том, что в последние годы основное внимание ученых было направлено на изучение современных технологий обезвреживания осадков сточных вод, тогда как в России, в абсолютном большинстве регионов, используется устаревший и опасный для окружающей среды метод складирования осадков на полигонах, последствиям применения которого посвящены научные работы, подчеркивающие особую актуальность данного исследовательского направления [43, 59, 69, 95, 131, 146, 169, 183]. Однако, в доступной литературе не удалось обнаружить значимую информацию о методах обезвреживания уже накопленных сырых осадков сточных вод и возможности рекультивации таких территорий.

Цель исследования: гигиеническое обоснование комплекса мероприятий по улучшению системы обезвреживания осадков сточных вод, направленных на обеспечение безопасности для окружающей среды и здоровья населения. Задачи исследования:

1. Выполнить комплексную гигиеническую оценку сырых осадков сточных вод, складированных на полигоне, обосновать приоритетные показатели их негативного воздействия на окружающую среду.

2. Установить состав и уровень химического загрязнения атмосферного воздуха из тела полигона и выполнить оценку канцерогенного и неканцерогенного риска для здоровья населения, проживающего в зоне его воздействия.

3. Изучить эффективность и выполнить гигиеническую оценку применения метода геотубирования для обезвреживания сырого осадка сточных вод по выделенным приоритетным показателям.

4. Разработать комплекс эффективных мероприятий по снижению степени токсичности складированных сырых осадков, включающих возможность рекультивации и оздоровления отчужденных территорий.

Научная новизна. Впервые научно обоснована эффективность применения технологии геотубирования для снижения степени токсичности осадка и его последующего вторичного использования.

Впервые, в результате выполненных исследований воздействия полигона на атмосферный воздух и оценки риска на здоровье населения, проживающего в зоне жизнедеятельности полигона, доказано отсутствие риска острого воздействия сероводорода, установлена приоритетность формальдегида в формировании суммарного и индивидуального канцерогенного риска, определена значимая роль формальдегида и сероводорода, формирующих неканцерогенный риск в отношении воздействия на органы дыхания, иммунную систему и органы зрения, а также впервые проведено гигиеническое обоснование целесообразности применения технологии геотубирования в комплексе организационных, технологических и медико-профилактических мероприятий для оздоровления отчужденных территорий и снижения степени токсичности постоянно образующихся сырых осадков сточных вод.

Теоретическая и практическая значимость работы. Научно обоснованы основные методические подходы к оценке технологий обезвреживания осадков сточных вод, применения методологии оценки риска здоровью населения, проживающего в зоне воздействия полигона складирования осадков. Практическая значимость работы заключается в разработке предложений по изменению существующей системы обезвреживания осадков сточных вод в зависимости от уровня химического загрязнения, снижению их воздействия на здоровье населения, предложены оптимальные решения вторичного использования накопленного осадка, а также обоснован комплекс профилактических мероприятий для внедрения в практическую деятельность структур различного уровня: Управление Федеральной службы Роспотребнадзора по Архангельской области, Федеральное бюджетное учреждение науки «Северо-Западный научный центр гигиены и общественного здоровья», ГУП «Водоканал-Санкт-Петербург; в образовательную деятельность трех университетов - ФГБОУ ВО СЗГМУ им. И.И. Мечникова Минздрава России, ФГБОУ ВО Тюменский ГМУ Минздрава России, ФГБОУ ВО СГМУ Минздрава России.

Методология и методы исследования. Данное исследование основано на классической методологической основе комплексной оценки безопасности среды

обитания для человека и применении метода прогнозирования воздействия негативных факторов на здоровье отдельных групп населения. На основе специально разработанной программы исследования выполнена санитарно-гигиеническая и эколого-эпидемиологическая оценка процесса обезвреживания осадков сточных вод. С этой целью применялись санитарно-химические, бактериологические, па-разитологические, токсикологические и статистические методы исследования, рекомендованные соответствующими нормативно-методическими документами (СанПиН, СП, МУ, МР), также была использована методология оценки риска здоровью населения, подвергавшегося острому и хроническому воздействию атмосферного воздуха в зоне размещения полигона. Все результаты исследования обрабатывались с использованием современных статистических методов.

Положения, выносимые на защиту:

1 . Метод складирования осадков сточных вод оказывает неблагоприятное влияние на окружающую среду за счет воздействия накопленных объемов биологического и химического загрязнения, причем приоритетным следует считать необходимость снижения степени токсичности накопленных объемов отходов за счет коррекции содержания в них подвижных форм тяжелых металлов.

2. Применение метода складирования осадков сточных вод приводит к загрязнению атмосферного воздуха за счет выделения 30 приоритетных компонентов, из которых максимальное воздействие приходится на долю формальдегида, участвующего в формировании суммарного и индивидуального канцерогенного риска, и сероводорода, обуславливающего неканцерогенный риск и максимальное значение в расчетных точках индекса опасности в отношении воздействия на органы дыхания, иммунную систему и органы зрения.

3. Использование комплекса организационных и технологических мероприятий, основанных на применении технологии обезвоживания осадка с последующим геотубированием осадков сточных вод, позволяет добиться эффекта обезвреживания накопленных на полигоне сырых осадков сточных вод по химическим показателям, как в подвижной, так и в валовой форме, снижения степени

токсичности, объема накопленных отходов, а также приводит к обеззараживанию осадка.

Степень достоверности и апробации результатов

Степень достоверности определяется базой данных, включенных в статистический анализ измерений санитарно-химических, бактериологических, пара-зитологических и токсикологических показателей осадка сточных вод и продукта геотубирования; химических исследований проб атмосферного воздуха прилегающей к полигону территории и составила 1632 обработанных единиц информации. Прогнозирование уровня ожидаемого увеличения заболеваемости населения, подверженного воздействию факторов вредности от полигона складирования осадков сточных вод «Северный» ГУП «Водоканал-СПб», выполнено с использованием Руководства по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду (Р 2.1.10.1920-04). Исследования проводились в аккредитованных лабораториях. Статистическая обработка полученных данных выполнялась на персональном компьютере с использованием пакета прикладных программ Microsoft Office (2013 г.) и пакета программ для статистического анализа STATISTICA. Все исследования выполнены с использованием официально утвержденных методик.

Основные положения диссертации представлены на следующих научных и общественных мероприятиях: заседание постоянной действующей комиссии по экологии и природопользованию Законодательного собрания СПб, Профильной комиссии по экологической защите населения Санкт-Петербурга, посвященной теме «Загрязнение земель Санкт-Петербурга и их влияние на экологическую безопасность населения», 3 марта 2015г., СПб; на круглом столе «Устойчивая обработка канализационного осадка» в рамках XVI Международного экологического форума «День Балтийского моря», 19.03.2015г., СПб; на Всероссийской научно-практической конференции «История и перспективы отечественной и гигиенической науки и практики» посвященной 150-летию кафедры общей и военной гигиены с курсом военно-морской и радиационной гигиены ВМА им. С.М. Кирова, 23-23 апреля 2015г., СПб; на IV ежегодной конференции с международным

участием, посвященная памяти д.м.н., профессора, академика МАНЭБ, з.д.н. РФ Полякова И.В., 15-16 сентября 2017г., СПбГУ; на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Профилактическая медицина-2018», 29-30 ноября 2018г.; СПб; на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Мечниковские чтения-2019», СЗГМУ им. И.И. Мечникова, 24-25 апреля 2019г., СПб.

Информация о внедрении результатов исследования

1. Региональный уровень: в деятельность ГУП «Водоканал-Санкт-Петербург» - акт внедрения результатов работы (от 18.11.2019г.), в деятельность Управления Роспотребнадзора по Архангельской области - акт внедрения результатов работы № 29-00-01/01-1508-2019 (от 11.02.2019г.), в деятельность ФБУН «Северо-Западный научный центр гигиены и общественного здоровья» -акт внедрения результатов работы (от 21.01.2019г.).

2. В образовательную деятельность трех университетов: на кафедре коммунальной гигиены медико-профилактического факультета ФГБОУ ВО СЗГМУ им. И.И. Мечникова Минздрава России (от 10.04.2019г.), на кафедре профилактической медицины и охраны здоровья медико-профилактического факультета ФГБОУ ВО СЗГМУ им. И.И. Мечникова Минздрава России (от 22.04.2019г.), на кафедре гигиены, экологии и эпидемиологии ФГБОУ ВО Тюменский ГМУ Минздрава России (от 12.02.2019г.), на кафедре гигиены и медицинской экологии факультета медико-профилактического дела ФГБОУ ВО СГМУ Минздрава России (от 13.03.2019г.).

Личный вклад автора. Автором сформулированы цель, задачи исследования, положения, выносимые на защиту, разработана программа научного исследования. Автор принимал участие в отборе проб, обобщении, анализе и статистической обработке полученных результатов исследования. Доля автора в сборе и обработке первичного материала, обобщении и анализе материалов - более 90%.

Публикации. Основные результаты исследования отражены в 7 публикациях в научных рецензируемых изданиях, в том числе 3 в изданиях, рекомендо-

ванных ВАК Минобрнауки России и 1 в издании, рекомендованном ВАК Мино-брнауки России и включенном в международную базу данных Scopus.

Структура и объем работы: работа изложена на 157 листах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, перспектив дальнейшей разработки темы, списка сокращений, списка литературы, 3 приложений, иллюстрирована 11 рисунками, 28 таблицами. Список литературы включает в себя 196 источников, из них 147 отечественных и 49 иностранных.

Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В последние десятилетия остро встает вопрос утилизации накопленных отходов различных производств и жизнедеятельности человечества, который достигает масштаба глобальной экологической проблемы. Основными видами таких отходов являются сточные воды, проходящие очистку на канализационных очистных сооружениях, которые в свою очередь служат главным барьерным щитом природных водных объектов от загрязнений сточными водами хозяйственно-бытового, промышленного и смешанного происхождения [9].

В результате работы станций биологической очистки во всем мире, в крупных городах с централизованными системами водоснабжения и канализации, образуются миллионы кубометров отходов, влажностью более 90%, с неоднородными свойствами, разнообразным химическим составом. Эти отходы образуются в процессе очистки сточных вод и повторяют их состав и свойства. Они насыщены токсичными компонентами, такими как тяжелые металлы, токсичные органические соединения, высоко обсеменены микроорганизмами, среди которых и патогенные агенты, способны к радиологической активности и излучают зловонный запах. Такие отходы называют осадками сточных вод - один из основных факторов антропогенного загрязнения окружающей среды, проблема обезвреживания и утилизации которого является актуальной повсеместно [147].

1.1 Образование осадков сточных вод и их характеристика

Вся производственная деятельность человека связана с образованием различного рода отходов, которые тем или иным способом поступают в окружающую среду. Как следствие, глобальная урбанизация территорий и их бла-

гоустройство, а также стремительное быстрое развитие промышленности, приводит к росту объема сточных вод [57].

Сточными водами принято считать принимаемые от абонентов в централизованные системы отведения воды, а также дождевые, талые, инфильтрационные, поливомоечные, дренажные воды, если централизованная система водоотведения предназначена для приема таких вод [75].

Классификация сточных вод, принятая в России [52], приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Классификация сточных вод

Вид сточных вод Происхождение

Хозяйственно-бытовые сточные воды В результате хозяйственно-бытовой деятельности в жилом секторе, объектах социально-культурной сферы, на всех предприятиях (от санузлов, кухонь, мест приема пищи и т. п.)

Производственные сточные воды В процессе производства товаров и услуг

Поверхностные сточные воды (дождевые, талые, инфильтрационные, поливомоечные, дренажные воды, принимаемые в централизованную систему водоотведения) В результате выпадения дождей, таяния снега, мойки дорожных покрытий, при искусственном водопонижении, а также инфильтрации в коллекторе

Первая категория стоков образуется, в большей степени, в результате жизнедеятельности человека или в бытовых нуждах. Население не может обойтись без питьевой воды и использует ее ежедневно для нужд личной гигиены, при уборке помещений, приготовлении пищи и мытье посуды. В результате этого, качество воды претерпевает существенные изменения и она загрязняется. Как правило, состав и свойства бытовых стоков отличаются постоянством, т.к. население ежедневно проделывает одинаковый алгоритм действий с использованием одних и тех же средств. Преимущественно, хозяйственно-бытовые сточные воды загрязнены органикой (моющие средства) и микроорганизмами (физиологические выделения человека) [7].

Второй вид канализационных стоков образуется на объектах промышленности и других видах деятельности. В таких случаях воду используют либо в технологическом процессе, либо в системах охлаждения различных систем и т.д. Состав и качество таких вод может быть самым разнообразным и зависит, в первую очередь, от характера технологии на объекте, а так же от наличия локальной очистки на объекте и качества проводимой локальной очистки при ее применении. Зачастую, промышленные сточные воды несут в себе экотоксикан-ты в виде тяжелых металлов, часть из которых находится в ионном состоянии, способном к миграции при попадании в объекты окружающей среды. Кроме того, производственные стоки могут характеризоваться радиоактивностью. Весь качественный и количественный состав сточных вод, в том числе и промышленных, оседает на этапах очистки сточных вод в образующихся осадках. Именно этот фактор является основным в проблеме рационального подбора метода утилизации ОСВ [117].

Следующая разновидность канализационных стоков формируется при выпадении атмосферных осадков в виде дождя и снега, в ходе таяния льда и снега, а так же во время поливочных и уборочных работ на территории. Объем данных стоков, как правило, напрямую зависит от количества выпадающих атмосферных осадков. Состав и свойства ливневых сточных вод не отличаются постоянством и зависят, главным образом, от места образования и характера загрязнения данной территории. Во время выпадения на поверхность (это может быть поверхность почвы, асфальта, брусчатки и т.д.) дождевые воды вымывают содержимое данной поверхности и вбирают в себя, формируя сточные воды. Главным образом, ливневые стоки несут в себе большой объем взвешенных минеральных веществ в виде песка, мелких камней и битого стекла, а так же элементы твердого бытового мусора, смываемого в канализационный сток во время дождя [3, 10].

В зависимости от способа отведения сточных вод выделяют общесплавную, раздельную, неполную раздельную или полураздельную системы водоот-ведения [55].

Общесплавная система представляет собой одну сеть трубопроводов, по которой на очистные сооружения транспортируются все категории сточных вод: бытовые, производственные и поверхностные (дождевые, талые и поливомоеч-ные). Полная раздельная подразумевает применение двух сетей городской канализации, принимающие хозяйственно-бытовые и допущенные к приему производственные сточные воды (их смесь именуется городскими сточными водами), и дождевой канализации. Неполная раздельная имеет лишь одну полноценную во-доотводящую сеть — городскую канализацию, где поверхностные сточные воды отводятся по лоткам, кюветам и др. А также полураздельная система водоотведе-ния, где используются две водоотводящие сети: производственно-бытовая (городская) и дождевая. В местах их пересечения устраиваются разделительные камеры, которые (в зависимости от расхода) перепускают в городскую сеть поверхностные сточные воды. В большинстве крупных городов Российской Федерации канализация построена по принципу полной раздельной системы: одна из сетей предназначена для отведения городских сточных вод, другая — служит для транспортировки поверхностных сточных вод [38].

Существует классификация загрязнений городских сточных вод: минеральные, органические и биологические.

- минеральные загрязнения: песок, частицы шлака, глинистые частицы, растворы минеральных солей, кислот, щелочей и многие другие вещества;

- органические загрязнения бывают растительного и животного происхождения:

• растительного происхождения: остатки растений, плодов, овощей, бумага, растительные масла и прочее (основной химический элемент растительных загрязнений - углерод);

• загрязнения животного происхождения: физиологические выделения людей и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества и пр. (характеризуются значительным содержанием азота);

- биологические загрязнения: различные микроорганизмы, дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли, бактерии, в т. ч. болезнетворные.

Содержание минеральных веществ в городских сточных водах около 42 % (от общего количества загрязнений), органических - около 58 %; осаждающиеся взвешенные вещества составляют - 20 %, суспензии - 20 %, коллоиды - 10 %, растворимые вещества - 50 %. Кроме того, городские сточные воды несут в своем составе различные формы тяжелых металлов и радиоактивные вещества, попадающие в общий сток в составе промышленных сточных вод [39].

Таким образом, состав и свойства городских сточных вод зависят от следующих факторов: во-первых, в каком процентном соотношении пребывают сточные воды, какие из них преобладают. Во-вторых, характеристика и особенности населенного пункта - численность населения, наличие производственных объектов и характер технологии на объектах, а так же наличие и объем проводимой на объекте локальной очистки. Важно учитывать климатические особенности местности - объем выпадающих осадков и в каком санитарно-эпидемиологическом состоянии пребывает населенный пункт.

Как правило, сточные воды характеризуются сложным и разнообразным составом, который никуда не исчезает при их очистке и оседает в осадках сточных вод на этапах очистки. Состав и свойства городских стоков, как было сказано, очень разнообразны (органическая и неорганическая химия, экотоксиканты, радиоактивные элементы, микроорганизмы и простейшие), что формирует свойства осадков сточных вод, не позволяющие найти наиболее рациональный и безопасный для окружающей среды и населения способ их утилизации [135, 138].

1.2 Механизм образования, объемы, состав и свойства осадков

сточных вод

Осадки сточных вод это группа отходов, образующихся на сооружениях механической, биологической и физико-химической очистки поверхностных и подземных вод, сточных вод поселений и близких к ним по составу производственных сточных вод [30].

На сегодняшний день актуальным для всех крупных водоканалов нашей страны становится вопрос обработки и утилизации осадков городских сточных вод, которые представляют серьезную проблему, т.к. образование ОСВ составляет порядка одной трети от общего количества отходов производства и потребления, и их утилизация с территории очистных сооружений, в целях экологически безопасного использования или размещения, является обязательным условием эффективной работы сооружений [6, 8, 51].

Согласно пункту 11 Указа президента Российской Федерации «О стратегии экологической безопасности Российской Федерации на период до 2025 года» в России ежегодно образуется примерно 4 млрд тонн отходов производства и потребления, из которых 55-60 млн тонн составляют твердые коммунальные отходы. Увеличивается объем отходов, которые не вовлекаются во вторичный хозяйственный оборот, а размещаются на полигонах и свалках [78].

-5

Ежегодно в нашей стране при очистке 15 млрд м сточных вод образуется около 2 млн тонн осадков по сухому весу от общего объема отходов (а при исходной влажности 98% -масса составляет порядка 100 млн тонн). В крупных городах России, таких как Москва и Санкт-Петербург, накоплено и складировано более 100 млн. тонн вредных канализационных отходов. Большая часть таких осадков складируется на иловых площадках, очистка которых не осуществлялась последние 15-20 лет. Суммарная площадь иловых полей превысила 700 га. Похожая картина наблюдается во многих крупных городах России, где под складирование миллионов кубометров сырых осадков выделяются сотни гектаров пригородной территории. Такое отрицательное влияние на экологическую обстановку и проблемы, связанные с выделением все новых территорий под иловые карты, неизбежно ведут к поиску безопасных и экономически выгодных решений для утилизации осадков [54, 57, 65, 116].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Магомедов Хамзат Курбанович, 2021 год

- 1 - -

10 2 20,981683 2,73

7 3 2,6107170 0,34

8 4 49,024118 6,38

5 ОБУВ 695,49354 90,5

Выполненный анализ качественного состава загрязняющих веществ в выбросах полигона показал, что основной вклад (90,5 %) в валовые выбросы в атмосферный воздух вносят вещества, для которых класс опасности не установлен, а имеется только ОБУВ.

В составе выбросов полигона присутствуют 12 загрязняющих веществ, которые по данным СанПиН 1.2.2353-08 «Канцерогенные факторы и основные требования к профилактике канцерогенной опасности», Руководства по оценке риска 2.1.10.1920-04 и Международного агентства по изучению рака (МАИР) обладают канцерогенным действием при ингаляционном пути поступления в организм: бензол, (1-метилэтил)бензол (изопропилбензол, кумол), метилбензол (толуол), этилбен-зол, нафталин, 1,2-дихлорэтан, трихлорметан, трихлорэтилен, тетрахлорметан, изо-пропиловый спирт, гидроксибензол (фенол), формальдегид [98, 108, 122].

По данным МАИР два вещества (бензол, формальдегид) являются безусловно доказанными канцерогенами для человека; одно из веществ (трихлор-этилен) является веществом канцерогенность которого для человека является вероятной; 5 веществ (этилбензол, нафталин, 1,2-дихлорэтан, трихлорметан, тетрахлорметан) относятся к возможным канцерогенам для человека (группа 2В) [148]. Только для 8-и канцерогенов (бензол, этилбензол, нафталин, 1,2-дихлорэтан, трихлорметан, трихлорэтилен, тетрахлорметан, формальдегид) разработан фактор канцерогенного потенциала (SFi), что позволяет выполнить дальнейшую оценку уровней канцерогенного риска для этих веществ [57, 70, 82, 137, 148].

Наибольший вклад в суммарный индекс канцерогенной опасности вносят формальдегид - 50,3% и 1,2-Дихлорэтан - 34,8%, но учитывая высокую опасность канцерогенов для здоровья человека целесообразно в дальнейшей оценке риска учесть все канцерогены, имеющие факторы канцерогенного потенциала [80, 122].

Результаты ранжирования выбросов химических веществ в атмосферный воздух по уровню сравнительной канцерогенной опасности представлены в таблице 10.

Таблица 10 - Ранжирование выбросов химических веществ в атмосферный воздух по уровню сравнительной канцерогенной опасности

Название вещества Канцерогенная опасность SFi* Выброс, т/г HRIc* Вклад в HRIc % Ранг по HRIc

по МАИР* по EPA*

Формальдегид 1 В1 0,046 7,673544 767,4 50,3 1

1,2-Дихлорэтан 2В В2 0,091 0,529722 529,7 34,8 2

Бензол 1 А 0,027 0,985548 98,6 6,5 3

Тетрахлорметан 2В В2 0,053 0,072967 73,0 4,8 4

Трихлорэтилен 2А В2 0,0063 0,281010 28,1 1,8 5

Трихлорметан 2В В2 0,008 0,177725 17,8 1,2 6

Нафталин 2B NC 0,119 0,059559 5,96 0,4 7

Этилбензол 2В D 0,00385 0,380065 3,80 0,2 8

Примечание: * МАИР - классификация Международного агентства по изучению рака; EPA -классификация степени доказанности канцерогенности для человека U.S. EPA; SFI-фактор канцерогенного потенциала; HRIc - индекс сравнительной канцерогенной опасности, ZHRIc -суммарный индекс сравнительной канцерогенной опасности.

Референтные концентрации хронического ингаляционного воздействия для 20 веществ (аммиака, дигидросульфида (сероводорода, метана, бензола, (1-метилэтил)бензола (изопропилбензола, кумола), триметилбензола, этилбензола, 1,2-диметилбензола (о-ксилола), 1,4-диметилбензола (п-ксилола), метилнафтали-на, нафталина, 1,2-дихлорэтана, трихлорметана, трихлорэтилена, тетрахлормета-на, изопропилового спирта, гидроксибензола (фенола), формальдегида, метил-этилкетона, углеводородов предельных C12-C19) приняты в соответствии с Руководством Р.2.1.10.1920-04 «Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ».

Результаты ранжирования выбросов загрязняющих веществ по величине индекса сравнительной неканцерогенной опасности приведены в таблице 11.

Таблица 11 - Ранжирование выбросов химических веществ в атмосферный воздух по степени опасности неканцерогенных эффектов

Код Наименование вещества ПДКмр*, мг/м ПДКсс*, мг/м3 ОБУВ* мг/м3 ЯБС* Выброс вещества, т/год Ш1* г& Вклад г&, % *анг гЙ НШ* гн Вклад гн, % Ранг гн

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

333 Дигидросульфид (Сероводород) 0,008 - - 0,002 10,251463 10251 42,19 1 10251,46 25,48 2

1325 Формальдегид 0,05 0,01 - 0,003 7,673544 7674 31,58 2 7673,54 19,07 3

303 Аммиак 0,2 0,04 - 0,1 34,625256 3463 14,25 3 3462,53 8,61 5

626 Триметилбензол 0,04 0,015 - 0,006 0,934314 934 3,85 4 934,31 2,32 6

410 Метан - - 50 50 694,752774 695 2,86 5 694,75 1,73 7

1716 Смесь природных меркаптанов 0,00005 - - 0,001 0,045729 457 1,88 6 4572,90 11,37 4

622 Тетраметилбензол 0,025 0,01 - 0,01 0,255658 256 1,05 7 255,66 0,64 8

612 (1 -Метилэтил)бензол (Изопропилбензол, Кумол) 0,014 - - 0,4 12,002712 120 4,9Е-01 8 12002,71 29,83 1

602 Бензол 0,3 0,1 - 0,03 0,985548 98,6 4,1Е-01 9 98,55 2,4Е-01 9

640 1,4-Диметилбензол (п-Ксилол) 0,3 - - 0,1 0,804300 80,4 3,3Е-01 10 8,04 2,0Е-02 16

1071 Гидроксибензол (Фенол) 0,01 0,006 - 0,006 0,074701 74,7 3,1Е-01 11 74,70 1,9Е-01 10

708 Нафталин 0,007 - - 0,003 0,059559 59,6 2,5Е-01 12 59,56 1,5Е-01 11

639 1,2-Диметилбензол (о-Ксилол) 0,3 - - 0,1 0,281010 28,1 1,2Е-01 13 2,81 7,0Е-03 21

902 Трихлорэтилен 4 1 - 0,04 0,281010 28,1 1,2Е-01 14 2,81 7,0Е-03 22

898 Трихлорметан 0,1 0,03 - 0,098 0,177725 17,8 7,3Е-02 15 17,77 4,4Е-02 14

403 Гексан 60 - - 0,7 1,365240 13,7 5,6Е-02 16 1,37 3,4Е-03 27

707 Метилнафталин - - 0,02 0,071 0,080451 8,05 3,3Е-02 17 8,05 2,0Е-02 15

906 Тетрахлорметан 4 0,7 - 0,04 0,072967 7,30 3,0Е-02 18 0,73 1,8Е-03 29

2754 Углеводороды предельные С12-С19 1 - - 1 0,617499 6,17 2,5Е-02 19 6,17 1,5Е-02 17

■л 00

Продолжение таблицы 11

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

631 Метилизопро-пилбензол - - 0,03 0,03 0,060327 6,03 2^-02 20 6,03 1^-02 18

856 1,2-Дихлорэтан 3 1 - 0,4 0,529722 5,30 2^-02 21 5,30 1^-02 20

627 Этилбензол 0,02 - - 1 0,380065 3,80 1^-02 22 38,01 9^-02 12

1305 Октаналь 0,02 - - 0,02 0,026041 2,60 1,Ш-02 23 2,60 6^-03 23

614 Метилпропилбензол - - 0,2 0,2 0,238693 2,39 9^-03 24 2,39 5^-03 24

2212 2,6,6- Триметилбицик- ло[3,1,1]гепт-2-ен (2-Пинен) - - 0,2 0,2 0,227473 2,27 9^-03 25 2,27 5,7Б-03 26

2213 3,7,7- Триметилбицик- ло[4,1,0]гепт-3-ен (3-Карен) - - 0,2 0,2 0,084521 0,85 3^-03 26 0,85 2,Ш-03 28

1051 Изопропиловый спирт 0,6 - - 7 0,579910 0,58 2^-03 27 5,80 1^-02 19

1706 Диметилдисульфид 0,7 - - 0,7 0,041858 0,42 1^-03 28 0,42 1^-03 30

1409 Метилэтилкетон - - 0,1 5 0,361295 0,36 1^-03 29 36,13 9^-02 13

621 Метилбензол (Толуол) 0,6 - - 5 0,238693 0,24 9^-04 30 2,39 5^-03 25

■м

9

Изучение степени выраженности токсических свойств загрязняющих веществ по величине индекса сравнительной неканцерогенной опасности показало, что 99,9% вклада в суммарный индекс неканцерогенной опасности вносят 18 веществ: дигидросульфид (сероводород), формальдегид, аммиак, триметилбензол, метан, смесь природных меркаптанов, тетраметилбензол, (1 -метилэтил)бензол (изопро-пилбензол, кумол), бензол, 1,4-диметилбензол (п-ксилол), гидроксибензол (фенол), нафталин, 1,2-диметилбензол (о-ксилол), трихлорэтилен, трихлорметан, гексан, ме-тилнафталин, тетрахлорметан.

Проведенный анализ выбросов химических веществ от полигона складирования осадков, позволяет включить в дальнейшее исследование вещества, представленные в таблице 12.

4.2 Оценка зависимости «доза - ответ»

Данный этап ставит целью определение пороговых доз, способных вызывать в организме эффект и установление зависимости нарастания эффекта при повышении дозы. Для этого используют фактор канцерогенного потенциала (SFi); референтную концентрацию (RFC); предельно допустимые среднесуточные концентрации (ПДКсс); показатели зависимости «доза-ответ» [58, 77, 108].

При выполнении работы были изучены зарубежные данные о степени доказанности канцерогенного действия по классификациям международного аген-ства по изучению рака (МАИР и ЕРА), информация о факторах канцерогенного потенциала при ингаляционном поступлении, рассчитывались уровни единичного риска с использованием величины SFi, стандартных значений массы тела

-5

человека (70 кг) и суточного потребления воздуха (20 м /сутки). Данные о параметрах опасности развития канцерогенных эффектов приведены в таблице 13.

Таблица 12 - Перечень химических веществ, включенных в дальнейшее исследование оценки риска для здоровья населения

№ Код Наименование вещества Обоснование включения в список

Канцерогены Неканцерогены Валовый выброс, т/г Основные загрязняющие вещества в атмосферном воздухе городов РФ

1 1325 Формальдегид 1 7,674 +

2 856 1,2-Дихлорэтан 2 0,529

3 602 Бензол 3 0,986 +

4 906 Тетрахлорметан 4 0,073

5 902 Трихлорэтилен 5 0,281

6 898 Трихлорметан 6 0,177

7 708 Нафталин 7 0,059

8 627 Этилбензол 8 0,380

9 333 Дигидросульфид (Сероводород) 1 10,251 +

10 303 Аммиак 2 34,625 +

11 626 Триметилбензол 3 0,934

12 410 Метан 4 694,752

13 1716 Смесь природных меркаптанов 5 0,045

14 622 Тетраметилбензол 6 0,255

15 612 (1-Метилэтил)бензол (Изопро-пилбензол, Кумол) 7 12,002

16 640 1,4-Диметилбензол (п-Ксилол) 8 0,804

17 1071 Гидроксибензол (Фенол) 9 0,075 +

18 639 1,2-Диметилбензол (о-Ксилол) 10 0,281

19 403 Гексан 11 1,365

20 707 Метилнафталин 12 0,080

21 1301 3,7,7- Триметилбицикло[4,1,0] гепт-3 -ен (3-Карен) 13 0,084

22 2917 Изопропиловый спирт 14 0,580

23 2902 Диметилдисульфид 15 0,041

24 2915 Метилэтилкетон 16 0,361

25 0621 Метилбензол (Толуол) 17 0,239

Таблица 13 - Сведения о параметрах опасности развития канцерогенных эффектов

Код САБ Вещество Ингаляционное воздействие №1 Органы-мишени Тип опухоли Источник информации

МАИР ЕРА

602 71-43-2 Бензол 1 А 0,027 0,0077 Кроветворная система, ротовая и носовая полости, печень, желудок, средостение, половые железы, легкие, яичники, молочная железа Лейкоз, лимфома ЬйрУ/топо §гарЬ8лагс. йУтёех.рЬ Р

627 100-41-4 Этилбензол 2В Б 0,00385 0,0011

708 91-20-3 Нафталин 2В КС 0,119 0,034

856 1300-21-6 1,2- Дихлорэтан 2В В2 0,091 0,026

898 67-66-3 Трихлорметан 2В В2 0,008 0,0023

902 79-01-6 Трихлорэти-лен 2А В2 0,0063 0,002 Почки, кроветворная система Карцинома, лейкемия, лимфома Ьйр://топо §гарЬ8лагс. й/ЕШ/аа 8в1йса1;юп/ ТаЬ1е4.рёГ

906 56-23-5 Тетрахлорме-тан 2В В2 0,053 0,015

1325 50-00-0 Формальдегид 1 В1 0,046 0,013 носоглотка, полость носа, придаточные пазухи, кроветворная система Карцинома, лейкемия, лимфома Ьйр://топо

йгарЬвлагс.

й/ЕШ/аа

881йса1;юп/ ТаЬ1е4.рёГ

Сведения о параметрах опасности развития неканцерогенных эффектов при хроническом воздействии представлены в таблице 14. Критические органы и системы организма, поражаемые приоритетными загрязнителями, приведены в соответствии с Руководством 2.1.10.1920-04.

Таблица 14 - Сведения о параметрах опасности развития неканцерогенных эффектов при хроническом воздействии

№ п/п Код Вещество ЯБС (мг/м3) Критические органы/системы

1 303 Аммиак 0,1 Органы дыхания

2 333 Дигидросульфид (Сероводород) 0,002 Органы дыхания

3 403 Гексан 0,7 ЦНС, органы дыхания, нервная система

4 410 Метан 50 -

5 602 Бензол 0,03 Процессы развития, кроветворная система, красный костный мозг, ЦНС, иммунная система, ССС, репродуктивная система

6 612 (1-Метилэтил)бензол (Изопро-пилбензол, Кумол) 0,4 Почки, эндокринная система, ЦНС

7 621 Метилбензол (Толуол) 5 ЦНС, процессы развития, органы дыхания

8 622 Тетраметилбензол 0,01 -

9 626 Триметилбензол 0,006 Почки, изменение биохимических показателей крови, ЦНС, кроветворная система, органы дыхания

10 627 Этилбензол 1 Процессы развития, печень, почки, эндокринная система

11 639 1,2-Диметилбензол (о-Ксилол) 0,1 ЦНС, органы дыхания, почки, печень

12 640 1,4-Диметилбензол (п-Ксилол) 0,1 ЦНС, органы дыхания, почки, печень

13 707 Метилнафталин 0,071 -

14 708 Нафталин 0,003 Органы дыхания

15 856 1,2-Дихлорэтан 0,4 Процессы развития, печень, почки, ЦНС

16 898 Трихлорметан 0,098 Печень, процессы развития, почки, ЦНС

17 902 Трихлорэтилен 0,04 ЦНС, печень, эндокринная система, процессы развития, глаза, почки

18 906 Тетрахлорметан 0,04 Печень, процессы развития, ЦНС, почки

19 1051 Изопропиловый спирт 7 Печень, почки, процессы развития

20 1071 Гидроксибензол (Фенол) 0,006 ССС, почки, ЦНС, печень, органы дыхания

21 1325 Формальдегид 0,003 Органы дыхания, глаза, иммунная система

22 1409 Метилэтилкетон 5 Процессы развития

23 1706 Диметилдисульфид 0,7 -

24 1716 Смесь природных меркаптано 0,001 Органы дыхания

25 2213 3,7,7-Триметилби-цикло[4,1,0]гепт-3-ен (3-Карен) 0,2 -

Таблица 15 - Данные о направленности действия приоритетных химических веществ в выбросах полигона на критические органы и системы организма

Количество

Критический орган/система Химическое вещество веществ с однонаправленным действием

бензол, этилбензол, нафталин, 1,2-

Канцерогены дихлорэтан, трихлорметан, трихлорэтилен, тетрахлорметан, формальдегид 8

Центральная нервная система Гексан, Бензол, (1-Метилэтил)бензол (Изо-пропилбензол, Кумол), Метилбензол (Толуол), Триметилбензол, 1,2-Диметилбензол (о-Ксилол), 1,4-Диметилбензол (п-Ксилол), 1,2-Дихлорэтан, Трихлорметан, Трихлорэтилен, Тетрахлорметан, Гидроксибензол (Фенол) 12

Органы дыхания Аммиак, Дигидросульфид (Сероводород), Гексан, Метилбензол (Толуол), Триметилбен-зол, 1,2-Диметилбензол (о-Ксилол), 1,4-Диметилбензол (п-Ксилол), Нафталин, Гид-роксибензол (Фенол), Формальдегид, Смесь природных меркаптанов 11

Почки (1-Метилэтил)бензол (Изопропилбензол, Кумол), Триметилбензол, Этилбензол, 1,2-Диметилбензол (о-Ксилол), 1,4-Диметилбензол (п-Ксилол), 1,2-Дихлорэтан, Трихлорметан, Трихлорэтилен, Тетрахлорме-тан, Изопропиловый спирт, Гидроксибензол (Фенол) 11

Бензол, Метилбензол (Толуол), Этилбензол,

Процессы развития 1,2-Дихлорэтан, Трихлорметан, Трихлорэти-лен, Тетрахлорметан, Изопропиловый спирт, Метилэтилкетон 9

Печень Этилбензол, 1,2-Диметилбензол (о-Ксилол), 1,4-Диметилбензол (п-Ксилол), 1,2-Дихлорэтан, Трихлорметан, Трихлорэтилен, Тетрахлорметан, Изопропиловый спирт, Гид-роксибензол (Фенол) 9

Эндокринная система (1-Метилэтил)бензол (Изопропилбензол, Кумол), Этилбензол, Трихлорэтилен 3

Кроветворная система Бензол, Триметилбензол 2

Иммунная система Бензол, Формальдегид 2

Сердечнососудистая система Бензол, Гидроксибензол (Фенол) 2

Глаза Трихлорэтилен, Формальдегид 2

Нервная система Гексан 1

Красный костный мозг Бензол 1

Репродуктивная система Бензол 1

При совместном воздействии группы химических веществ на одни и те же органы и системы более вероятным эффектом является их суммация [50, 70, 144, 150, 172, 192].

Данные о направленности действия приоритетных химических веществ в выбросах полигона при хроническом воздействии на критические органы и системы организма представлены в таблице 15.

Проведенный анализ суммации и направленности действия изучаемых веществ свидетельствует о том, что наиболее вероятным проявлением воздействия на организм станет нейротоксическое действие, а так же неблагоприятное влияние на легочную систему, печень.

В таблице 16 представлена информация о гигиенических критериях приоритетных загрязнителей атмосферного воздуха, анализируемых в данной работе.

4.3 Оценка экспозиции

Целью оценки экспозиции являются выявление путей поступления загрязнителя от мест образования к человеку, что является их переносчиком, оценка дозы в точке воздействия, регулярности и продолжительности.

В своей работе мы рассматривали ингаляционный путь поступления выделений полигона в атмосферный воздух как основной и через дыхательную систему, в дальнейшем, в организм человека.

При оценке полученных расчетов среднегодовых концентраций было установлено, что гигиенические нормативы в обозначенных расчетных точках уровнем загрязнения не превышены.

При анализе диапазонов среднегодовых концентраций было установлено, что максимальные значения концентраций во всех расчетных точках обусловле-

-5

ны метаном -0,037 мг/м в расчетной точке № 9.

Значения среднегодовых концентраций загрязняющих веществ в расчетных точках представлены в таблице 17.

Таблица 16 - Гигиеническая характеристика приоритетных загрязняющих веществ

Код Наименование вещества Класс опасности ПДКмр мг/м3 ПДКсс мг/м3 ОБУВ Лимитирующий показатель вредности

303 Аммиак 4 0,2 0,04 - рефлекторно-резорбтивный

333 Дигидросульфид (Сероводород) 2 0,008 - - рефлекторный

403 Гексан 4 60 - - рефлекторный

410 Метан - - - 50 -

602 Бензол 2 0,3 0,1 - резорбтивный

612 (1-Метилэтил)бензол (Изопропилбензол, Кумол) 4 0,014 - - рефлекторный

621 Метилбензол (Толуол) 3 0,6 - - рефлекторный

622 Тетраметилбензол 2 0,025 0,01 - рефлекторно-резорбтивный

626 Триметилбензол 2 0,04 0,015 - рефлекторно-резорбтивный

627 Этилбензол 3 0,02 - - рефлекторный

639 1,2-Диметилбензол (о-Ксилол) 3 0,3 - - рефлекторный

640 1,4-Диметилбензол (п-Ксилол) 3 0,3 - - рефлекторный

707 Метилнафталин - - - 0,02 -

708 Нафталин 4 0,007 - - рефлекторный

856 1,2-Дихлорэтан 2 3 1 - рефлекторно-резорбтивный

898 Трихлорметан 2 0,1 0,03 - резорбтивный

902 Трихлорэтилен 3 4 1 - рефлекторно-резорбтивный

906 Тетрахлорметан 2 4 0,7 - рефлекторно-резорбтивный

1051 Изопропиловый спирт 3 0,6 - - рефлекторный

1071 Гидроксибензол (Фенол) 2 0,01 0,006 - рефлекторно-резорбтивный

1325 Формальдегид 2 0,05 0,01 - рефлекторно-резорбтивный

1409 Метилэтилкетон - - - 0,1 -

1706 Диметилдисульфид 4 0,7 - - рефлекторный

1716 Смесь природных меркаптанов 3 0,00005 - - рефлекторный

2213 3,7,7- Триметилбицикло[4,1,0]гепт-3-ен (3-Карен) 4 - - 0,2 -

Таблица 17 - Диапазоны значений концентраций загрязняющих веществ в расчетных точках

Код Наименование вещества шт шах

мг/м3

410 Метан 0,020 0,037

303 Аммиак 0,001 0,002

612 (1 -Метилэтил)бензол (Изопропилбен-зол, Кумол) 3,5Е-04 6,3Е-04

333 Дигидросульфид (Сероводород) 3,0Е-04 5,4Е-04

1325 Формальдегид 2,6Е-04 4,6Е-04

403 Гексан 4,0Е-05 7,2Е-05

602 Бензол 2,9Е-05 5,2Е-05

626 Триметилбензол 2,7Е-05 4,9Е-05

640 1,4-Диметилбензол (п-Ксилол) 2,4Е-05 4,3Е-05

1051 Изопропиловый спирт 1,7Е-05 3,1Е-05

856 1,2-Дихлорэтан 1,5Е-05 2,8Е-05

627 Этилбензол 1,1Е-05 2,0Е-05

1409 Метилэтилкетон 1,1Е-05 1,9Е-05

639 1,2-Диметилбензол (о-Ксилол) 8,2Е-06 1,5Е-05

902 Трихлорэтилен 8,2Е-06 1,5Е-05

622 Тетраметилбензол 7,5Е-06 1,4Е-05

621 Метилбензол (Толуол) 7,0Е-06 1,3Е-05

898 Трихлорметан 5,2Е-06 9,4Е-06

2213 3,7,7-Триметилбицикло[4,1,0]гепт-3-ен (3-Карен) 2,5Е-06 4,5Е-06

707 Метилнафталин 2,4Е-06 4,3Е-06

1071 Гидроксибензол (Фенол) 2,2Е-06 4,0Е-06

906 Тетрахлорметан 2,1Е-06 3,9Е-06

708 Нафталин 1,7Е-06 3,1Е-06

1716 Смесь природных меркаптанов 1,3Е-06 2,4Е-06

1706 Диметилдисульфид 1,2Е-06 2,2Е-06

На основании среднегодовых концентраций нами был выполнен расчет суточных доз, усредненных с учетом ожидаемой средней продолжительности жизни человека с последующей оценкой канцерогенных рисков.

Во всех расчетных точках, максимальные дозовые нагрузки обусловлены выбросами формальдегида - 1,3Е-04 мг/кг*день в расчётной точке № 9.

В таблице 18 представлены диапазоны дозовой нагрузки на организм человека, рассчитанные с использованием стандартных факторов экспозиции.

Таблица 18 - Диапазоны значений доз загрязняющих веществ в расчетных точках

Код Наименование вещества шт шах

мг/(кг х день)

1325 Формальдегид 7,3Е-05 1,3Е-04

602 Бензол 8,2Е-06 1,5Е-05

856 1,2-Дихлорэтан 4,4Е-06 8,0Е-06

627 Этилбензол 3,2Е-06 5,7Е-06

902 Трихлорэтилен 2,3Е-06 4,2Е-06

898 Трихлорметан 1,5Е-06 2,7Е-06

906 Тетрахлорметан 6,1Е-07 1,1Е-06

708 Нафталин 5,0Е-07 9,0Е-07

4.4 Характеристика риска

Данный этап заключается в обобщении результатов полученных при исследовании химических веществ на всех предыдущих этапах.

Для оценки канцерогенного риска от выбросов полигона был применен фактор канцерогенного потенциала (8Б1). Количественная оценка риска развития неканцерогенных эффектов при хроническом ингаляционном воздействии проводилась по величине коэффициента опасности (ИР). Для оценки одновременного поступления нескольких химических веществ по их неканцерогенным эффектам использовался индекс опасности (И1).

В данной работе характеристика канцерогенного и неканцерогенного риска

проводилась с использованием среднегодовых концентраций, полученных в результате моделирования распространения и поведения химических веществ в атмосферном воздухе.

Оценка рассчитанных уровней канцерогенного риска проводится в соответствии с критериями приемлемости риска (таблица 19).

Таблица 19 - Критерии приемлемости риска

Первый диапазон риска (индивидуальный риск в течение всей жизни, равный или меньший 1х10-6, что соответствует одному дополнительному случаю серьезного заболевания или смерти на 1 млн экспонированных лиц) Характеризует такие уровни риска, которые воспринимаются всеми людьми как пренебрежимо малые, не отличающиеся от обычных, повседневных рисков (уровень De minimis). Подобные риски не требуют никаких дополнительных мероприятий по их снижению и их уровни подлежат только периодическому контролю;

Второй диапазон (индивидуальный риск в течение всей жизни более 1х10-6, но менее 1х10-4) соответствует предельно допустимому риску, т.е. верхней границе приемлемого риска. Именно на этом уровне установлено большинство зарубежных и рекомендуемых международными организациями гигиенических нормативов для населения в целом (например, для питьевой воды ВОЗ в качестве допустимого риска использует величину 1х10"5, для атмосферного воздуха - 1х10"4). Данные уровни подлежат постоянному контролю. В некоторых случаях при таких уровнях риска могут проводиться дополнительные мероприятия по их снижению;

Третий диапазон (индивидуальный риск в течение всей жизни более 1х 10-4, но менее 1х10-3) Приемлем для профессиональных групп и неприемлем для населения в целом. Появление такого риска требует разработки и проведения плановых оздоровительных мероприятий;

Четвертый диапазон - индивидуальный риск в течение всей жизни равный или более 1х 10- Неприемлем ни для населения, ни для профессиональных групп. При его достижении необходимо проведение экстренных оздоровительных мероприятий по снижению риска.

За приемлемый неканцерогенный риск отдельных химических веществ, принималась величина коэффициента опасности HQ < 1,0.

В качестве допустимой величины для групп веществ, воздействующих на одни и те же органы/системы организма, также принималось значение Н1=1,0.

Вероятность развития индивидуального канцерогенного риска в расчетных точках приведена в таблице 20, рисунок 4.

Максимальный вклад в значения суммарного канцерогенного риска вносит формальдегид (до 82 %), рисунок 3. Индивидуальный канцерогенный риск от

формальдегида регистрируется на уровне 10-6; от бензола и 1,2-дихлорэтана - 10 -7;

1 8

от нафталина - 10 - -10 - ; от этилбензола, трихлорметан, трихлорэтилен, тетрах-

о

лорметан - 10-.

Рисунок 3 - Вклад отдельных канцерогенов в суммарные уровни канцерогенного риска (%)

Максимальные значения канцерогенного риска от воздействия формальдегида в расчетных точках достигают значения 6,1Е-06 (рисунок 4).

Уровни индивидуального канцерогенного риска от воздействия формальдегида соответствуют второму диапазону риска.

Анализ территориального распределения величин суммарного индивидуального канцерогенного риска показал, что величина рассчитанного риска не превысит значения 7,4Е-06.

Таблица 20 точках

- Диапазоны значений индивидуального канцерогенного риска в расчетных

Код Наименование вещества Мт Мах

1325 Формальдегид 3,4Е-06 6,1Е-06

856 1,2-Дихлорэтан 4,0Е-07 7,3Е-07

602 Бензол 2,2Е-07 4,0Е-07

708 Нафталин 5,9Е-08 1,1Е-07

906 Тетрахлорметан 3,2Е-08 5,8Е-08

902 Трихлорэтилен 1,5Е-08 2,7Е-08

627 Этилбензол 1,2Е-08 2,2Е-08

898 Трихлорметан 1,2Е-08 2,1Е-08

Суммарный индивидуальный канцерогеный риск 4,1Е-06 7,4Е-06

Канцерогенный риск

0,0Е+00 1,0Е-06 2,0Е-06 3,0Е-06 4,0Е-06 5,0Е-06 6,0Е-06

Формальдегид

1,2-Дихлорэтан Бензол 7,3Е -07

14,0Е-07

Нафталин 1 11,1Е-07

Тетрахлорметан 1 5,8Е-08

Трихлорэтилен 1 2,7Е-08

Этилбензол 1 л 2,2Е-08

Рисунок 4 - Максимальные значений индивидуального канцерогенного риска

в расчетных точках

Значения хронического неканцерогенного риска в расчетных точках для приоритетных загрязняющих веществ и суммарные индексы опасности при воздействии на основные критические органы и системы представлены в таблицах 21, 22 и рисунке 5.

Оценка хронического неканцерогенного риска показала, что уровни риска от воздействия всех приоритетных загрязняющих веществ на рассматриваемой территории не превышают допустимых значений риска (1). Максимальные значения коэффициентов опасности в расчетных точках при хроническом воздействии загрязняющих веществ обусловлены воздействием дигидросульфида -0,27.

Таблица 21 - Диапазоны значений коэффициентов опасности приоритетных загрязнителей в расчетных точках

Код Наименование вещества Мт Мах

333 Дигидросульфид (Сероводород) 0,15 0,27

1325 Формальдегид 8,5Е-02 1,5Е-01

303 Аммиак 1,0Е-02 2,0Е-02

626 Триметилбензол 4,6Е-03 8,2Е-03

1716 Смесь природных меркаптанов 1,3Е-03 2,4Е-03

602 Бензол 9,6Е-04 1,7Е-03

612 (1-Метилэтил)бензол (Изопропилбензол, Кумол) 8,8Е-04 1,6Е-03

622 Тетраметилбензол 7,5Е-04 1,4Е-03

708 Нафталин 5,8Е-04 1,0Е-03

410 Метан 4,0Е-04 7,4Е-04

1071 Гидроксибензол (Фенол) 3,6Е-04 6,6Е-04

640 1,4-Диметилбензол (п-Ксилол) 2,4Е-04 4,3Е-04

902 Трихлорэтилен 2,1Е-04 3,7Е-04

639 1,2-Диметилбензол (о-Ксилол) 8,2Е-05 1,5Е-04

403 Гексан 5,7Е-05 1,0Е-04

906 Тетрахлорметан 5,3Е-05 9,6Е-05

898 Трихлорметан 5,3Е-05 9,6Е-05

856 1,2-Дихлорэтан 3,9Е-05 7,0Е-05

707 Метилнафталин 3,3Е-05 6,0Е-05

2213 3,7,7-Триметилбицикло[4,1,0]гепт-3 -ен (3 -Карен) 1,2Е-05 2,2Е-05

627 Этилбензол 1,1Е-05 2,0Е-05

1051 Изопропиловый спирт 2,4Е-06 4,4Е-06

1409 Метилэтилкетон 2,1Е-06 3,8Е-06

1706 Диметилдисульфид 1,7Е-06 3,2Е-06

621 Метилбензол (Толуол) 1,4Е-06 2,5Е-06

Величины суммарных индексов опасности на все приоритетные органы и системы не превышают допустимых значений (1). Максимальное значение индекса опасности воздействия в расчетных точках составляют для органов дыхания - 0,46; для иммунной системы - 0,16; для глаз - 0,15; для остальных органов и систем значения риска не превысят 0,01.

Данные уровни риска были оценены как минимальные, что свидетельствует о малой вероятности проявления неблагоприятных эффектов при комбинированном воздействии приоритетных загрязнителей.

Таблица 22 - Диапазоны суммарных индексов опасностей при одновременном поступлении приоритетных загрязнителей по влиянию на критические органы и системы

Критические органы и системы на границе СЗЗ

ШШ шах

Органы дыхания 0,25 0,46

Иммунная система 0,09 0,16

Глаза 0,09 0,15

Центральная нервная система 7,5Е-03 1,4Е-02

Почки 6,5Е-03 1,2Е-02

Кроветворная система 5,5Е-03 1,0Е-02

Процессы развития 1,5Е-03 2,6Е-03

Сердечно-сосудистая система 1,5Е-03 2,6Е-03

Эндокринная система 1,1Е-03 2,0Е-03

Печень 1,0Е-03 1,9Е-03

Красный костный мозг 9,6Е-04 1,7Е-03

Репродуктивная система 9,6Е-04 1,7Е-03

Нервная система 5,7Е-05 1,0Е-04

Суммарный индекс опасности

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

Органы дыхания

Иммунная система 0,1 6

Глаза й ^ 1 0 15

ЦНС 1,4Е-02

Почки 1,2Е-02

Кроветворная система - 1,0Е-02

Процессы развития \ 2,6Е-03

ССС \ 2,6Е-03

Эндокринная система 1 2,0Е-03

Печень 1 1,9Е-03

Красный костный мозг 1 1,7Е-03

ё _____

Рисунок 5 - Максимальные значения суммарных индексов опасностей при одновременном поступлении приоритетных загрязнителей по влиянию на критические органы и системы

4.5 Оценка риска острого действия в связи с обращениями граждан на

неприятный запах

Полигон складирования осадков сточных вод «Северный», находится на севере Санкт-Петербурга на незначительном расстоянии от жилых районов. Жилые дома Приморского района находятся на расстоянии 4-5 км южнее полигона. Тогда как поселок Левашово Выборгского района в непосредственной близости - в 1,5 км севернее. В Комитет по природопользованию регулярно поступают обращения жителей на неприятный запах в атмосферном воздухе жилой застройки.

Согласно заключению НИИ охраны атмосферного воздуха, усиление неприятного запаха от полигона «Северный» было вызвано строительством в Каменке промзоны, в которой разместились автозаводы Nissan и Hyundai. Для размещения промзоны был вырублен лес, служивший естественной преградой на пути загрязненного, выбросами с полигона, воздуха.

Сегодня в Российской Федерации отсутствует гигиеническое нормирование запахов в атмосферном воздухе, методики их определения.

Согласно экспертным заключениям ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Санкт-Петербурге» по результатам мониторинга за весь период наблюдений, с 4 квартала 2012 года по первое полугодие 2016 года концентрации исследуемых веществ, обладающих неприятным запахом, в воздухе жилых районов, расположенных рядом с полигоном «Северный», не превышают гигиенических нормативов в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.6.1032-01 «Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест».

В рамках нашего исследования был рассчитан риск острого действия от сероводорода, так как из всего перечня веществ с выраженным запахом и выделяемым осадками, складированными на полигоне, валовый выброс сероводорода выше.

Дигидросульфид (сероводород). Бесцветный, термически неустойчивый, ядовитый газ тяжелее воздуха с неприятным запахом тухлых яиц. Встречается в

природе в составе нефти, природного газа, вулканического газа и в горячих источниках.

Сероводород является газотрансмиттером, в микромолярных концентрациях имеет цитопротекторные свойства (антинекротические и антиапоптические). В малых концентрациях активирует антиоксидантные системы, имеет противовоспалительное действие. Сероводород очень токсичен - при высокой концентрации однократное вдыхание может вызвать мгновенную смерть. При небольших концентрациях довольно быстро возникает адаптация к неприятному запаху "тухлых яиц", и он перестаёт ощущаться. Во рту возникает сладковатый металлический привкус. При большой концентрации не имеет запаха. Гигиенический норматив в

Л

атмосферном воздухе: ПДКм.р. - 0,008 мг/м . Класс опасности - 2. Обладает рефлекторным действием.

Риск острого действия рассчитывался как отношение максимальной разовой концентрации к референтной острого действия (АРГС). Если отношение превышает единицу, то риск есть, если отношение меньше единицы, значит риска нет.

Референтная концентрация острого действия (АРГС) сероводорода равна

-5

0,1 мг/м . Расчеты свидетельствуют о том, что отношение максимальной разовой концентрации сероводорода к референтной острого действия в расчетных точках составляет от 0,11 до 0,14, что свидетельствует об отсутствии риска острого действия от сероводорода в расчетных точках.

В ходе анализа исследования воздействия складированных осадков сточных вод на состояние воздушного бассейна прилегающей территории выявлено, что данный объект является мощным источником образования и выделения в воздушную среду вредных химических веществ, в том числе обладающих канце-рогенностью.

В результате деятельности полигона в атмосферный воздух поступает 30 загрязняющих веществ, суммарный валовый выброс которых составляет 768,110058 т/год, основной объем которого составляет метан.

Максимальный вклад в значения суммарного канцерогенного риска вносит формальдегид (до 82 %) - максимальное значение в расчетных точках 6,1Е-06.

Уровни индивидуального канцерогенного риска от воздействия формальдегида соответствуют второму диапазону риска.

Анализ территориального распределения величин суммарного индивидуального канцерогенного риска показал, что величина рассчитанного риска не превысит значения 7,4Е-06.

Уровни хронического неканцерогенного риска от приоритетных загрязняющих веществ на рассматриваемой территории не превышают допустимых значений риска (1). Максимальные значения коэффициентов опасности в расчетных точках при хроническом воздействии загрязняющих веществ обусловлены воздействием дигидросульфида (сероводорода) - 0,27.

Величины суммарных индексов опасности на все приоритетные органы и системы не превышают допустимых значений (1).

Данные уровни риска были оценены как минимальные, что свидетельствует о малой вероятности проявления неблагоприятных эффектов при комбинированном воздействии приоритетных загрязнителей.

Оценка риска острого действия показала, что отношение максимальной разовой концентрации сероводорода к референтной острого действия в расчетных точках не превышает 1, что свидетельствует об отсутствии риска острого действия от сероводорода на рассматриваемой территории.

Глава 5 КОМПЛЕКСНАЯ ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕТОДА ГЕОТУБИРОВАНИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

5.1 Технико-гигиеническая характеристика метода

Для решения экологических проблем обезвреживания и утилизации осадка, образующегося при очистке сточных вод, необходимы новые современные технологии. Таким решением в Санкт-Петербурге стало внедрение на станциях аэрации технологии сжигания осадков сточных вод. Однако, накопленные на полигонах за предыдущие годы осадки, продолжают оказывать негативное влияние на окружающую среду. Для ликвидации этого воздействия было принято решение о переработке складированного на полигонах осадка. Водоканал приступил к поиску технологии, которая позволила бы максимально эффективно решить проблему негативного воздействия объектов складирования на окружающую среду с сохранением полезных свойств складированных осадков и вовлечением их во вторичный оборот.

В мировой практике применяется значительное количество технологических подходов и обработка осадков в соответствии с приведенными критериями, однако, далеко не все из них приобретают широкое распространение по ряду причин (таблица 23).

Данное исследование посвящено передовой технологии - геотубированию, не только обеспечивающей достижение поставленных администрацией Водоканала целей, но и позволяющей получить из отходов, в ходе обработки, продукт, готовый к реализации.

Таблица 23 -Сравнительная характеристика технологий обработки осадка очистных сооружений

Наименование технологии Основные положительные характеристики Основные отрицательные характеристики

Технология сжигания Быстрое и значительное сокращение объемов осадков, освобождение территории от складированного осадка Ликвидация ценного для биосферы органического вещества. Загрязнение атмосферы выбросами. Не решена проблема утилизации золы

Технология пиролиза Получение продуктов, готовых к реализации Ограниченная производительность, значительные энергозатраты, сохранение токсичности, потеря органики

Технология эко-бетонирования Полная детоксикация и обезвреживание Ограниченная производительность, несопоставимая с требуемыми объемами очистки, ликвидация органики

Технология компостирования с инертными материалами Снижение токсичности за счет снижения дозы экотоксиканта, сохранение органических веществ. Снижение влажности Сохранение (снижение) выбросов в атмосферу, особенно при перемешивании и транспортировке. Увеличение объемов отходов необходимых к утилизации в соответствии с объемом внесения наполнителей

Технология складирования Отсутствие больших финансовых затрат, относительная простота, возможность переработки значительного объема осадков, сохранение органических веществ Необходимость отвода больших территорий. Данный способ применим при условии близкого залегания водоупора, что делает его ограниченным в применении. Возможна миграция опасных веществ (тяжелых металлов, хлоридов) из осадка сточных вод в почву. Сохранение выбросов в атмосферу

Технология сбраживания в метантенках Получение продуктов, готовых к реализации Высокие эксплуатационные затраты на техническое обслуживание, сложный алгоритм управления технологическим процессом, требующий участия большого количества эксплуатационного персонала. Сохранение токсичности, потеря органики

Использование в сельском хозяйстве Содержание в осадках полезных для почвы и растений элементов, повышение продуктивности сельхозугодий Ограниченная производительность, несопоставимая с требуемыми объемами очистки, наличие в осадках сточных вод токсичных веществ

Технология вер- микомпостирова- ния Получение органического удобрения Низкая производительность

Технология гео-тубирования Ликвидация подвижных форм экотоксикантов, детоксикация, обеззараживание, дегельминтизация, дезодорация, сохранение органики в полном объеме, значительное обезвоживание, полная ликвидация выбросов в атмосферу Длительность «созревания» (более 1 года)

Сущность метода заключается в статическом обезвоживании, то есть фильтрации жидкой фазы осадка через стенки геотуб, которые представляют собой цилиндрические объемные системы, изготовленные из высокопрочного и долговечного геотекстиля, стойкого к химическому воздействию кислот и щелочей, биологическому воздействию, а так же воздействию ультрафиолетового излучения. Конструкции, в которых применяются геотубы, хорошо выдерживают высокие статические и динамические нагрузки. Помимо этого, геотубы являются идеальным решением для обезвоживания и складирования различных материалов, поскольку геотекстиль, из которого они изготавливаются, обладает высоким коэффициентом фильтрации.

Описанные характеристики геотуб позволяют находить им широкое применение, не ограничивающееся обезвреживанием осадков сточных вод.

Геотубы применяют:

• в строительстве ядер дамб;

• в строительстве пирсов;

• в строительстве плотин;

• в строительстве мелиорационных зон;

• при контроле эрозии и стабилизации береговых склонов и откосов;

• при очистке водоемов и донных отложений;