Мобильные измерения приземной концентрации метана вблизи полигонов захоронения твердых бытовых отходов

В России захоронение на полигонах является основным способом утилизации твердых бытовых отходов (ТБО), что в отсутствие системы раздельного сбора мусора и его предварительной механической обработки несет угрозу окружающей среде и здоровью населения. Поскольку для полного разложения органического вещества, содержащегося в бытовых отходах, требуются десятилетия, такие полигоны в течение длительного времени остаются источниками эмиссии т.н. свалочного газа, более чем на половину состоящего из метана. Объективный мониторинг эмиссии метана осложняется ее высокой пространственной неоднородностью по поверхности полигонов, что может приводить к существенным ошибкам в оценках суммарного потока метана, получаемых на основе прямых измерений камерным методом.

В апреле 2001 и 2024 гг. авторами осуществлялись специализированные измерительные кампании по исследованию потоков парниковых газов (CO₂ и CH₄) с территории Санкт-Петербурга, основанные на данных прямых измерений приземных концентраций, выполняемых с борта движущегося автомобиля. Измерения проводились по замкнутому маршруту кольцевой автодороги (КАД), огибающему большую часть городских источников антропогенной эмиссии. Эти объезды были нацелены на оценку интегральных выбросов исследуемых газов с территории города методом баланса масс. Предварительный результат анализа данных измерений выявил устойчивый максимум приземной концентрации метана, заметно превышающий ее средний уровень на всем протяжении КАД и локализованный вблизи одного из крупнейших городских полигонов ТБО ("Новосёлки"). Данные измерений обнаруживают локальные максимумы концентрации метана на участках маршрута с подветренной стороны от полигона. Максимальные значения, регистрируемые с борта автомобиля в этом районе наблюдений, достигали ~9 ppmv, что существенно превышает фоновую приземную концентрацию метана, составляющую ~2 ppmv. Средние ночные и утренние пиковые концентрации (~5.0 ppmv) заметно выше дневных и вечерних (~2.3 ppmv). Численное моделирование воздушного распространения свалочного газа, выполненное с помощью дисперсионной модели с учетом характеристик стабильности атмосферы в период наблюдений, продемонстрировало качественное согласие расчетных приземных концентраций метана с экспериментальными данными. На основе сопоставления результатов измерений с данными моделирования шлейфа воздушного загрязнения с территории свалки, получены оценки эмиссии метана, составляющие ~640±420 кг/час в апреле 2021 года и ~200±90 кг/час в апреле 2024 года. Наблюдаемое существенное снижение эмиссии с 2021 по 2024 год согласуется с официальной информацией о закрытии мусорного полигона в 2018 году и начале работ по укрытию и рекультивации полигона, продолжающихся до настоящего времени. Эмиссия с территории одного мусорного полигона "Новосёлки" может составлять ~10% суммарной антропогенной эмиссии метана с территории Санкт-Петербурга.

Наряду с измерениями на маршруте КАД, в июне 2024 года была выполнена серия кольцевых измерений вокруг другого городского полигона ТБО, "Новый Свет". Получены предварительные оценки эмиссии метана с территории действующего в настоящее время полигона.

Исследования проведены с использованием оборудования ресурсного центра Научного парка СПбГУ "Геомодель" за счёт гранта Российского научного фонда № 24-27-00033, https://rscf.ru/project/24-27-00033/.