3 Мероприятия по снижению воздействия на окружающую среду

3.1 Методы охраны окружающей среды

Различают две группы методов охраны среды. К первой группе относят зонально-территориальные методы, охватывающие большие поверхности суши, ко второй - локальные, ограниченные территорией застройки, предприятием и инженерными сооружениями. К ней же относятся производственно-технологические системы и агрегаты.

Зонально-территориальные методы охраны окружающей среды на плотно заселенных землях связаны с экологической реконструкцией, подразумевающей:

- доведение в перспективе численности населения до величины, не превышающей демографическую емкость территории;

- урбоэкологическое зонирование с целью создания устойчивых биоэкономических территориальных систем;

- организацию природного экологически целостного каркаса региона, района, агломерации, города;

- восстановление биосферы с целью обеспечения репродуктивной способности и устойчивости к геохимическим нагрузкам;

- рекультивацию нарушенных земель.

В зависимости от индивидуальных особенностей антропо-природных структур используют все или часть перечисленных мероприятий реконструкции. Так, на экстенсивно-используемых территориях из перечисленных составляющих многие исключаются.

Демографическая емкость территории (ДЕТ) - это порог расчетного количества населения на единицу площади, увеличение которого возможно только при одновременном выполнении ряда экологических условий [14]. К ним относятся, с одной стороны, повышение репродуктивности зеленой массы и плодородности почв. С другой - внедрение безотходных производств, локальных очистных систем новых поколений, эффективно удаляющих вредные вещества из отходов.

ДЕТ - как величина пространственная и переменная - зависит от эффективности потребления природных ресурсов и особенностей производств различного профиля. Однако она служит порогом, определяющим целесообразность интенсификации использования земель, водных и лесных ресурсов. В противном случае экология среды ухудшится. Мало того, планировочное образование, развиваясь, начнет угнетать смежные районы.

ДЕТ - эколого-экономическое понятие. Сверхпредельный рост демографической емкости возможен, однако, при этом потребуется внедрение дорогостоящих очистных устройств и значительное увеличение инвестиций в охрану окружающей среды.

Создание природного каркаса на территориях значительной площади преследует цель включения в процесс охраны природной среды экологически активных природно-планировочных элементов, таких как парки, заказники, заповедники, которые нагружаются функциями не только репродуктивности. Для обеспечения экологической устойчивости систем они должны предотвращать экологический кризис, компенсировать недостаток воспроизводства природных ресурсов на территориях городов, испытывающих большую антропогенную нагрузку и в силу этого способных потерять экологическую устойчивость.

Управление процессами охраны окружающей среды состоит в ограничении нагрузки на природные ландшафты, установлении лимитов потребления ресурсов в пределах, не нарушающих возложенных на эти ландшафты функций.

Восстановление биосферы требуется, когда природно-антропогенные ландшафты нарушены в такой степени, что они потеряли способность к репродуктивности. Такое явление наблюдают в крупных промышленных городах.

Природоохранные мероприятия на таких территориях сводятся к зеленому строительству, разбивке и восстановлению городских парков, озеленению межмагистральных территорий, улиц и переулков. Все это способно в какой-то мере смягчить, а в ряде случаев и предотвратить процессы деградации биосферы.

Некоторые регионы, районы и агломерации в процессе антропогенной эволюции и роста численности населения в значительной степени потеряли свои зеленые покровы. Интенсивная вырубка леса и расчистка полей для земледелия привели к резкому сокращению лесных массивов. Предотвратить этот процесс можно за счет расширения компенсационных зон и последовательного включения в экологический каркас новых территорий природоохранных зон, в том числе заказников и заповедников.

Рекультивацией нарушенных земель охватывают три вида природоохранных мероприятий. Прежде всего, такие, как планировочные и земляные работы, направленные на упорядочение рельефа местности, гидротехническое регулирование водотоков и водоемов. Вторая группа средозащитных мероприятий - это нейтрализация воздействия вредных примесей в поверхности литосферы и подземных водах. К третьей группе относят рекультивационные работы по восстановлению почвенного покрова и растительности.

Локальные методы охраны окружающей среды применяют на проблемных предприятиях: экологоопасной промышленности, транспортных системах, сооружениях очистки жидких отходов, складирования и переработки твердых отходов, а также на прилегающих к ним территориях.

Радикальным методом охраны среды от техногенных воздействий является сокращение выделения вредных отходов функционирования производств, полноценная очистка выбросов. Для «стерилизации» промышленности, транспортного и коммунального хозяйства применяют высокоэффективные очистные устройства: пыле- и газоуловители, механические и биологические фильтры, отстойники и Другие системы.

Все шире внедряют безотходные технологии, где ресурсы используются по замкнутому циклу. В результате получают не только основную продукцию, но и сырье для других производств (вторичное сырье), а количество отходов сокращается до минимума.

Утилизация твердых бытовых отходов (ТБО) является весьма существенной проблемой охраны окружающей среды. В населенных пунктах России ежегодно образовываются около 200 млн. т ТБО или примерно 300 кг/чел, год. Их эффективная обработка уже теперь приобрела значение одного из первостепенных мероприятий, необходимых в каждом конкретном городе, особенно крупном.

По конечным целям способы переработки делят на ликвидационные и утилизационные. Если первыми решается санитарно-гигиеническая задача, то вторыми - не только эта задача, но и получение вторичных ресурсов.

В мировой практике известно более 20 способов обработки ТБО. Однако большинство из них широко не применяют из-за высокой себестоимости и сложности технологий. Наибольшее распространение получили следующие способы:

1. складирование на полигонах-свалках;

2. термическая обработка на мусоросжигательных заводах;

3. аэробное биотермическое компостирование в заводских условиях;

1. компостирование и пиролиз некомпостируемых фракций на заводах комплексных технологий;

4. заводское изготовление топлива и сырья для промышленности.

Складирование на открытых полигонах представляет собой наиболее простой и дешевый, но экологически небезопасный способ. Для такого полигона достаточно выполнить водонепроницаемое основание. Однако срок обезвреживания ТБО составляет 15 - 20 лет и для полигонов требуются большие площади, а это влияет на экологическую обстановку вокруг крупных городов. Возможно не только фильтрационное загрязнение грунтов и подземных вод. В процессе гниения ТБО загрязняют атмосферу метаном и другими токсичными газами.

Создается взрывоопасная ситуация, а последними исследованиями установлено отрицательное воздействие этих газов на озоновый слой планеты.

На полигонах теряется много ценного вторичного сырья, если не организовать сортировку ТБО. Этот процесс трудоемок, особенно когда не создана система первичной сортировки и горожане сваливают все компоненты мусора в один контейнер.

Второй способ - термической обработки на мусоросжигательных заводах - получил широкое распространение в индустриально развитых странах. Как правило, на этих заводах утилизируется не только тепло, но и вторичное сырье черных металлов.

Экологический недостаток рассматриваемого способа - это сложность очистки отходящих в атмосферу вместе с дымом токсичных газов. Для уменьшения последствий этого явления приходится устраивать системы многоступенчатой их очистки, вводя кроме первой ступени еще две, что увеличивает капитальные затраты и эксплуатационные расходы.

Возникают проблемы с захоронением остающихся после термической обработки зол и шлаков. Они обладают значительной токсичностью, поэтому требуется устройство специальных хранилищ.

Третий способ - аэробного биотермического компостирования - также используют довольно широко. Поскольку в технологическую линию включают машины для сортировки, из ТБО извлекают ценный лом цветных и черных металлов.

По принятой технологии ТБО органического происхождения вступают в естественный круговорот веществ, усиленный катализаторами. В процессе переработки создаются условия, губительно действующие на личинки насекомых и большинство болезнетворных микробов. Обрабатываемая масса обезвреживается и превращается в компост. Это ценное удобрение утилизируют в сельском хозяйстве или применяют как биотопливо для теплиц.

После переработки остается до 30% некомпостируемых отходов. Для их ликвидации применяют комплексные технологии - компостирования и пиролиза отходов. В результате расщепления органических веществ получают тепловую энергию и пирокарбонат - сырье для металлургической промышленности.

В последнее время появился еще один способ переработки и сортировки ТБО - изготовление гранулированного топлива. В результате этого технологического процесса получают экологически не очень чистое топливо. Возникает проблема его использования без нарушения требований охраны окружающей среды.

Очистка сточных хозяйственно-бытовых и промышленных вод не менее важная проблема охраны окружающей среды. Способы, применяемые для такой очистки, объединяют в группы; механическую, химическую, флотацию, биохимическую и обеззараживание (дезинфекцию).

Механически очищают сточную воду для выделения находящихся в ней нерастворимых загрязнителей. Для этого ее процеживают, отстаивают и фильтруют.

Для процеживания используют различного рода решетки и сита. Решетки устанавливают на всех очистных станциях независимо от способа подачи стоков: самотеком или под напором. Роль таких устройств - задержание крупных плавающих примесей. Применяют неподвижные решетки и совмещенные с дробилками, на которых частицы размельчаются.

Основную массу мелкой взвеси органического характера выделяют из сточных вод в отстойниках. Взвешенные органические частицы, главным образом песок, осаждают в сооружениях-песколовках.

Более легкие, чем вода, вещества (масла, смолы, нефть, жиры) и всякого рода плавающие на поверхности частицы улавливают в сооружениях, называемых ловушками или уловителями. Например, для смолы применяют смолоуловители. Такие сооружения, как правило, устанавливают на очистных станциях производственных и уличных стоков.

Сточные воды освобождают от суспензии, находящейся во взвешенном состоянии, фильтрами. Они представляют собой сетки из специальных тканей или слой зернистого материала, в толще которого задерживается взвесь. Эти установки главным образом применяют при предварительной механической очистке производственных сточных вод. Как самостоятельный способ их используют для получения производственно-технологической осветленной воды.

Химические способы очистки основаны на введении в стоки реагентов. Они, вступая в реакцию с находящимися в воде примесями, способствуют выделению нерастворимых и части растворимых веществ, тем самым, уменьшая их концентрацию, и реагенты переводят растворимые соединения в нерастворимые или безвредные, содержание которых не влияет на качество воды. Ими можно не только нейтрализовать, но и обесцветить сточные воды.

Электролитический способ близок к химическому. Он основан на пропуске через толщу стока постоянного электрического тока. Образующиеся при этом ионы электролитов направляются к аноду и катоду и, разряжаясь там, образуют новые соединения. Некоторые из них, например гидроксид железа, в дальнейшем действуют как реагенты.

Флотация - это способ, основанный на способности дисперсных частиц всплывать на поверхность вместе с пузырьками воздуха. Это возможно при плотности таких частиц, близкой к единице. Способ флотации обычно применяют для обработки производственных стоков бумажной, нефтяной и других отраслей промышленности.

Биохимические способы очистки сточных вод заключаются в использовании микроорганизмов. Их жизнедеятельность способствует окислению и минерализации органических веществ, находящихся в стоках в виде растворов, коллоидов и суспензий. Применяемые для очистки сооружения называют окислителями и делят на два типа:

1. специально создаваемые поля или естественные водоемы, в которых процесс очистки протекает в условиях, близких к естественным;

2. биологические фильтры, в которых создают искусственные условия протекания очистительного процесса.

Для биохимической очистки в естественных условиях применяют поля орошения и фильтрации. Здесь питание кислородом идет главным образом за счет его поглощения микроорганизмами непосредственно из воздуха.

Второй тип - это естественные - водоемы, превращенные в бассейны. Здесь подпитка кислородом идет за счет его реаэрации через поверхность воды.

Искусственные условия биохимической очистки сточных вод создают в биологических фильтрах и аэротенках. В них процесс очистки протекает значительно интенсивнее, чем в естественных условиях. Однако эти сооружения увеличивают стоимость обезвреживания стоков. Поэтому их применяют после соответствующего технико-экономического обоснования.

Дезинфекции (обеззараживанию) подвергают стоки перед спуском в водоемы. При этом уничтожают болезнетворные микробы и другие бактерицидные загрязнения, чем сокращают вероятность экологических рисков в водной среде. Для обеззараживания наиболее широко применяют хлорирование газообразным хлором или хлорной известью.

В результате очистки из сточной воды удаляют неорганические примеси, присутствующие в ней в виде взвесей, растворенных и коллоидных веществ разной дисперсности. О качестве очистки судят по степени осветления воды и содержанию вредных растворов, концентрация которых должна быть минимальной. Экологически особо опасны растворы тяжелых металлов и химически вредных веществ.

Органические вещества минерализуют. Это происходит в результате окисления при соприкосновении с кислородом. Степень очистки сточных вод определяют количеством кислорода, необходимого для окисления жидкости. Поэтому специалисты ввели показатель химической потребности в кислороде (ХПК) и биохимической потребности в этом элементе (БПК). Чем выше эти показатели, тем хуже очищены стоки.

Сточные воды анализируют и по содержанию микроорганизмов. Для определения степени заражения патологической микрофлорой исследуют наличие бактерий группы кишечной палочки (coli). Они сами по себе не являются болезнетворными, но служат показателем загрязнения.

Степень бактериального загрязнения вод определяют в коли-титрах - величине количества воды, в котором содержится одна кишечная палочка. Иногда узнают количество палочек, содержащихся в одном литре воды. Такой показатель называют коли-индекс.

Очищенные стоки сбрасывают в поверхностные водоемы. Применяют рассеянный выпуск через множество отверстий, что обеспечивает хорошее перемешивание с природной водой. Это повышает самоочищающую способность рек, озер, водохранилищ и морей.

Основные условия спуска очищенных вод в открытые водоемы вытекают из следующего. Во-первых, можно допустить некоторое ухудшение свойств воды, если такое нарушение не влияет на ее репродуктивность, а естественное воспроизводство флоры и фауны сохраняется.

Другим условием является хозяйственная функция водоема. Для рек и водохранилищ питьевого и культурно-бытового водопользования ставятся более жесткие ограничения сброса очищенных стоков. Для поверхностных водоемов рыбохозяйственного значения ограничения не такие жесткие.

Третье условие - это относительное соотношение объемов сбросов к объему природной воды. Чем большую ценность для биосферы и экологического равновесия представляет водоем, тем меньше должно быть это соотношение.

В результате очистки помимо очищенной и осветленной воды образуется большое количество осадка, состоящего из твердых обильно увлажненных веществ. В сыром состоянии осадок является экологически опасным, так как насыщен бактериями. Для уменьшения органических веществ осадок подвергают воздействию аэробных микроорганизмов. Обеспечивают сбраживание в соответствующих сооружениях. К таким сооружениям относят септики, отстойники и метатенки. Они представляют собой устройства биохимической очистки осадка.

Септики и отстойники выполняют две функции: выделения из сточных вод нерастворяемых веществ путем одновременного отстаивания и сбраживания образующегося осадка. Метатенки предназначены только для сбраживания. Тогда для уменьшения влажности осадка применяют иловые пруды и вакуум-фильтры - установки для механического обезвоживания.

Хорошо очищенный осадок органического происхождения используют в сельском хозяйстве как удобрение. Основным условием такой утилизации является проверка на вредные примеси типа тяжелых металлов и других канцерогенных веществ. В некоторых случаях осадок применяют в качестве топлива.

В последнее время ученые ведут исследования, направленные на более широкое применение твердых осадков, остающихся в результате очистки сточных вод. Проводят опыты получения кормовых добавок для скота и полезного для промышленности вторичного сырья. Такие решения могут смягчить экологическую обстановку на урбанизированных территориях.