Введение к работе
Актуальность исследования. Согласно статье 42 Конституции Российской Федерации: «Каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию о ее состоянии...». Правительство Российской Федерации уполномочено проводить единую государственную политику по обеспечению реализации прав граждан на благоприятную окружающую среду. Достоверная информация о состоянии окружающей природной среды, влиянии на нее и популяцию человека антропогенных факторов может быть получена исключительно на основе систематических наблюдений, аналитической оценки и прогнозирования происходящих изменений.
Научно-техническое развитие общества, с одной стороны, способствовало росту материального благополучия, разработке и внедрению новых технологий, изменению уровня потребления продукции, с другой - привело к возрастанию объемов образования твердых бытовых отходов, которых в России ежегодно образуется 35-40 млн. тонн. Из них перерабатывается только 3-4%, остальные отходы, а именно их органическая часть, подвергаются естественным процессам биологического разложения с образованием и поступлением в атмосферный воздух биогаза. Исследования в области изучения влияния полигонов твердых бытовых и промышленных отходов на окружающую природную среду и здоровье человека велись и ведутся отечественными и зарубежными специалистами. Однако, несмотря на богатый фонд имеющихся разработок, в популяционной и факториальной экологии до сих пор остается открытым вопрос моделирования изменений популяции человека в результате длительного воздействия биогаза с полигонов твердых бытовых отходов.
Объекты исследования - физико-химические условия и биохимические процессы образования биогаза в свалочной толще полигонов твердых бытовых отходов, токсические свойства компонентов биогаза, современное состояние и динамика популяции человека. Предмет исследования - изменение популяции человека в результате воздействия биогаза с полигонов твердых бытовых отходов «Самосырово» (Высокогорский муниципальный район Республики Татарстан) и «Каргашино» (Мытищинский район Московской области).
Цель работы - моделирование изменений популяции человека в условиях воздействия биогаза с полигонов твердых бытовых отходов «Самосырово» и «Каргашино». Достижение цели потребовало решения следующих задач:
1. Определить современные представления специалистов об условиях
и процессах образования биогаза в свалочных телах полигонов твердых быто
вых отходов; обобщить сведения о токсико-экологических свойствах биогаза.
-
Оценить состояние свалочных тел полигонов твердых бытовых отходов «Самосырово» и «Каргашино» как источников образования биогаза.
-
Построить трехмерные модели рассеяния биогаза в свалочных телах и потоков его эмиссии из свалочных тел в атмосферный воздух; определить объемы выхода, период эмиссии и ореол рассеяния биогаза с полигонов «Самосырово» и «Каргашино».
-
Определить современное состояние, динамику и перспективу изменений популяции человека, проживающего в пределах ореола рассеяния биогаза с полигонов «Самосырово» и «Каргашино», по показателям численности, плотности, рождаемости, смертности и заболеваемости.
5. Разработать рекомендации по снижению воздействия биогаза на популяцию человека.
Для решения поставленных задач использовался комплекс взаимодополняющих методов исследования: анализ литературных первоисточников, обобщение и сравнительно-сопоставительный анализ; при проведении полевых исследований: метод формирования оптимальной выборки отбора проб, отбор образцов твердых бытовых отходов, проб биогаза и свалочного грунта шпуровым методом, газохимическая съемка; при проведении лабораторных исследований: газовая хроматография образцов биогаза, химико-аналитические методы определения влажности и органической составляющей в образцах свалочного грунта; при анализе эмпирических данных применялись: методика определения количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ, методика определения потенциального количества биогаза, вырабатываемого телом полигона, методика определения общего объема и массы свалочного газа, методика определения полей приземных концентраций, трехмерное математическое моделирование эмиссии биогаза, алгоритм вычисления индекса демографической напряженности территории, метод средних величин, проверка статистических гипотез о достоверности различий средних величин по Х-критерию Ван дер Вар-дена, корреляционный, факторный и регрессионный анализ.
Теоретической основой исследования стали труды Л.В. Рудаковой, 2000; B.C. Орловой, 2001; В.П. Саловаровой, Ю.П. Козлова, 2001; Т.Г. Середы, 2006; О.А. Тагиловой, 2006; Г.Г. Гелетухи, Ю.Б. Матвеева, М.Н. Уланова, 2010; О.В. Мосийа, 2010; R. Stegmann, Н.Н. Spendlin, 1986; В. Weber, F. Holz, 1989; Н. Belevi, P. Baccini, 1992; К. Hasselgren, 1992 и др., в которых обстоятельно рассмотрены физико-химические и биохимические процессы разложения органической части отходов и образования биогаза в свалочных толщах полигонов твердых бытовых отходов; работы Е.С. Панцхавы, Е.В. Давиденко, 1990; С.Н. Костарева, 2003; СВ. Максимовой, И.С. Глушанковой, О.Я. Вайсмана, 2003; Н.Ф. Абрамова и др., 2004; Е.В. Перфилова, 2006; J. Monod, 1942; О. Tabasaran, 1981; A. Gendebien, 1992 и др., подробно раскрывающие принципы и способы математического и лабораторного моделирования процессов образования биогаза; исследования М.П. Ландеховской, С.Н. Сидоренко, 2009; Ю.О. Олейник, А.А. Рассказова, 2009; Л.Т. Крупской, Н.К. Растаниной, 2007 и др., посвященные детальному рассмотрению вопросов и проблем влияния продуктов разложения отходов на окружающую природную среду. В своем исследовании мы также опирались на работы Н.В. Лазаревой, Э.Н. Левиной, 1976, 1977; А.Я. Чижова, 1981, 2003; И.И. Турина, 2010; J. Grandjean, 1970; V.E. Could, Е.А. Smuckler, 1971 и др., в которых приведены медико-биологические аспекты токсического влияния газов на живые организмы и человека. Существенное значение для нашей работы имели труды В.Д. Федорова, Т.Г. Гильманова, 1980; Ю. Одума, 1986; А.А. Никольского, 1992 и др., в которых изложены концептуальные идеи, теоретические и методологические положения факториальной и популяционной экологии.
Научная новизна и теоретическая значимость диссертации обусловлены результатами, полученными автором в ходе исследования:
построены модели рассеяния биогаза в свалочной толще и потоков его эмиссии в атмосферный воздух, отражающие поля концентрации и интенсивность выхода газов из свалочных тел полигонов «Самосырово» и «Каргашино»;
выявлены объемы и периоды эмиссии биогаза в атмосферный воздух с полигонов «Самосырово» и «Каргашино», на основе которых определены ореол рассеяния биогаза и населенные пункты, попадающие в его зону;
определена динамика и сделан прогноз изменения популяции человека (численности, плотности и заболеваемости), проживающего в пределах ореола рассеяния биогаза с полигонов «Самосырово» и «Каргашино»;
построены экологические пирамиды, иллюстрирующие воздействие биогаза как антропогенного (экзогенного) фактора на популяцию человека;
получено математическое описание функции отклика популяции человека на постоянное продолжительное воздействие биогаза с полигонов твердых бытовых отходов.
Практическая значимость:
полученные данные о морфологическом составе и влажности твердых бытовых отходов, фазах биохимического разложения органической части отходов, составе и содержании компонентов биогаза, скорости, потоках, объемах и периоде эмиссии биогаза в атмосферный воздух, ореолах рассеяния биогаза с полигонов «Самосырово» и «Каргашино» могут быть использованы в практике производственного экологического контроля, управления отходами, реализации проектов утилизации биогаза, стать сравнительным эталоном для проведения последующих исследований в области факториальной экологии;
полученные данные о состоянии (численности, плотности, смертности, рождаемости и заболеваемости населения), динамике и перспективах изменения популяции человека, проживающего в условиях повышенного содержания компонентов биогаза в атмосферном воздухе с полигонов «Самосырово» и «Каргашино», являются исключительно информативными для последующих исследований в области популяционной экологии и обеспечения социально-оздоровительной работы с населением, могут быть применены при разработке и реализации программ экологической безопасности населения;
разработанные рекомендации по снижению воздействия биогаза на популяцию человека могут быть включены в программы управления отходами в регионах;
результаты диссертационного исследования могут быть использованы в системе подготовки, переподготовки и повышения квалификации специалистов в области экологии.
Достоверность и обоснованность полученных результатов и сформулированных на их основе выводов диссертационной работы обеспечивается комплексным рассмотрением предмета и объекта исследований, объемом исследуемого материала, применением комплекса научных методов, адекватных цели и задачам работы, стабильным характером выявленных связей и непротиворечивостью промежуточных результатов работы (достоверность не менее 95 %).
Личный вклад автора в получении научных результатов определяется разработкой общего замысла работы, программы проведения полевых и лабораторных исследований, участием в отборе образцов отходов, свалочного грунта, биогаза и их лабораторном анализе, получении и обработке эмпирических данных, обобщении, интерпретации и теоретическом обосновании результатов.
Положения, выносимые на защиту:
-
Биогаз с полигонов твердых бытовых отходов является антропогенным (экзогенным) фактором воздействия на популяцию человека; его влияние зависит от объемов, продолжительности и ореола рассеяния в атмосферном воздухе и проявляется в росте уровня заболеваемости населения.
-
Отклик популяции человека на постоянное продолжительное воздействие повышенного содержания в атмосферном воздухе биогаза с полигонов твердых бытовых отходов может быть описан с помощью квадратичной функции внда:/(х)=ах2+ Ьх + с, где/- характеристики популяции человека (численность, плотность и заболеваемость населения), а, Ъ, с - коэффициенты, х - объемы выхода биогаза в атмосферный воздух с полигонов твердых бытовых отходов.
-
Прогнозируемыми популяционными изменениями в результате воздействия экзогенного фактора - биогаза с полигонов твердых бытовых отходов -являются: 1) снижение численности и, соответственно, плотности населения, увеличение количества заболеваний органов дыхания, системы кровообращения и нервной системы; 2) восстановление популяции, вероятно, произойдет через 10 лет в связи с уменьшением объемов выхода биогаза с полигонов твердых бытовых отходов, снижением его концентрации в атмосферном воздухе и сужением границ ореола рассеяния.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на международных научно-практических конференциях «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» (Пенза, 2010) и «Промышленные и бытовые отходы: проблемы хранения, захоронения, утилизации и контроля» (Пенза, 2010), на ежегодных Всероссийских научных конференциях «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (Москва, 2008-2010), на научно-методической конференции «Шуйская сессия студентов, аспирантов и молодых ученых (Шуя, 2010), на научной сессии «Трибуна ученого: актуальные проблемы современного образования» (Шадринск, 2011), на заседаниях кафедры управления эколого-экономическими системами ГОУ ВПО «Российский университет дружбы народов» (Москва, 2007-2011).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в одиннадцати печатных работах, из них три статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений, изложена на 199 страницах, включает 30 таблиц и 37 рисунков. Список литературы насчитывает 287 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доценту Е.Н. Латушкиной и зав. кафедрой управления эколого-экономическими системами профессору С.Н. Сидоренко, профессору В.И. Чернышеву, доцентам М.Г. Макаровой и В.Ю. Березкину за внимание и ценные замечания, сделанные в процессе работы над диссертацией и разностороннюю помощь на всех ее этапах.
