3840

УДК 621.1

А.А. Литовкина, Г.Е. Никифорова

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ АВТОТРАНСПОРТА НА СОСТОЯНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА МЕТОДОМ БИОИНДИКАЦИИ

В работе представлены результате исследований качества воздушной среды города, выполненные метод биоиндикации.

Ключевые слова: биоиндикация, выбросы, площадки исследований, хвоя, сосна обыкновенная, шкала повреждений, шкала усыхания, ассиметрия, береза повислая.

На сегодняшний день в Комсомольске-на-Амуре зарегистрировано 74 тыс. транспортных средств, из которых более 65 тыс. легковых машин, остальной 9 тыс. уходит на грузовые автомобили и автобусы. Наиболее популярные в нашем городе легковые машины это: ToyotaCorolla, ToyotaMark II и ToyotaCarina. В основном для этих марок применяемым топливом является бензин АИ–95 и АИ–92. Базовые сравнительные показатели проиллюстрированы в табл. 1. Наиболее чувствительны к выбросам хвойные и лиственные леса [1-10].

Таблица 1

Характеристики предикторов

230

Основной целью исследования являлось воздействие автомобильного парка на пребывание воздушной среды на разных площадках города Комсомольска-на-Амуре. Для исследования было взято два ключевых участка, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга: сквер у университета и сквер у библиотеки. Обе площадки находятся под действием интенсивного движения автотранспорта с разницей расположения от береговой полосы: сквер у университета - в 3,7 км, сквер у библиотеки - в 2 км.

Результаты исследований по [1], приведены в табл. 2.

Из результатов (табл. 2) следует, сквер у университета – как по шкале повреждений, так и по шкале усыхания – относится к I классу (зона чистого воздуха); сквер у библиотеки - к III классу (зона повышенной загрязненности воздуха) [1].

Таким образом, на территории города из исследуемых участков в наиболее благоприятной экологической обстановке прибывает первая площадка - сквер у университета. Вероятно, это связано с местом нахождения сквера у библиотеки. Он находится возле перекрёста с интенсивным движением автотранспорта. Очевидно так же это связанно с лимитированным трафиком перемещения транспорта: координируемые места пресечения дорог, автомобильные пробки в час пик.

Из произведенных достижений дозволительно выработать резюме: автомобильный парк в мегаполисе вписывает пиковый корректив в контаминацию воздушной среды.

Таблица 2

Состояние хвои сосны обыкновенной

Однако, проведенные исследования являются первой попыткой разработать городскую карту загрязнения воздушной среды, используя метод биоиндикации. Для этого необходимо использовать в качестве биоиндикаторов не только хвойные породы деревьев, доля которые среди зеленых насаждений города составляют 10-20 %, но и лиственные (березу).

В связи с этим было проведены дополнительные исследования, используя в качестве биоиндикатора березу повислую [2, 3]. Данная процедура базируется на идентификации несоблюдения симметрии при формировании листовой пластины, каковые с достоверностью отображают ступень антропогенного и техносферного прессинга на биосферу.

Итоги изысканий обработаны и зафиксированы в табл. 3.

231

Таблица 3

Параметры асимметрии листьев березы повислой

Как следует из представленных результатов (табл. 3), площадки сквер у университета и сквер у библиотеки по величине асимметрии соответствуют V баллам, то есть крайне неблагоприятные условия, другими словами растение находится в сильно угнетенном состоянии.

Скорее всего, это связанно с их территориальным расположением: сквер у университета находится возле перекрёста с интенсивным движением автотранспорта, как личного, так и общественного.

Сквер у библиотеки помимо расположения возле дороги с интенсивным движением автотранспорта, испытывает воздействие от грузовых машин, рядом со сквером находится продуктовые магазины, которые требуют каждодневного завоза товара. Сопоставляя результаты исследований по скверу у университета и скверу у библиотеки по хвойным и лиственным биоиндикаторам, можно сказать, что влияние автотранспорта на состояние зеленых насаждений, наиболее заметно у лиственных деревьев (величины асимметрии от 0,07 до 0,1 - крайне неблагоприятные условия) [4-10].

Выводы

1.Подводя итоги исследований, можно сказать, что лиственные деревья в большей степени испытывают на себе воздействие SO2, что подтверждается их изменениями (величина асимметрии в диапазоне от 0,009 до 0,1).

2.Реализация метода биоиндикации позволяет не только выявить наиболее проблемные

территории города, но и рекомендовать их озеленение в определенной очередности, а также подбирать нужные растения для озеленения конкретных площадок.

3. Из лиственных деревьев можно посадить дуб, ясень, клен, березу, орех маньчжурский, бархат и другие (кроме черемухи, потому что ее нет в гидроплане парка). Остальные предложения освящены в табл. 4 в качестве резюме по изысканиям.

Таблица 4

Выводы по изысканиям и предложения по совершенствованию мониторинга методов индикации

232

Литература

1.Кузнецов, А. Е. Прикладная экобиотехнология: В 2 т. Т.2. / А. Е. Кузнецов, Н. Б. Градова, С. Лушников. М.: Бином, 2010. С. 225–244.

2.Биоиндикация загрязнений наземных экосистем: пер. с нем. / под ред. Р. Шуберта. М.: Мир, 1988. 350 с.

3.Индикация загрязнения атмосферы по состоянию хвои сосны обыкновенной https://pandia.ru/

4.Захаров, А. С. Оценка состояния природных популяций по стабильности развития. Здоровье среды: методика оценки: методическое пособие для заповедников / А.С. Захаров, В.И. Баранов, А. В. Борисов и др. М.: Центр экологической политики России, 2000.

5.Балакирев, И. В. Применение методов биоиндикации при экологическом мониторинге объектов добычи газа / И. В. Балакирев, А. С. Никишова, Е. Е. Ильякова, С. И. Липник // Охрана окружающей среды, энергосбережение и охрана труда в нефтегазовом комплексе: инновации, технологии, перспективы: Научно-технический сборник ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ. М.: ООО «Газпром ВНИИГАЗ». 2013. № 2 (13). С. 118-121.

6.СанПиН 2.1.6.1032-01 «Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест». М. 2001.

7.Литовкина, А. А. Зеленые насаждения о состоянии воздушной среды города / А. А. Литовкина, Г. Е. Никифорова // Молодежь и наука: актуальные проблемы фундаментальных и прикладных исследований: материалы III Всерос. нац. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, Комсомольск-на-Амуре. Комсомольск-на-Амуре : ФГБОУ ВО «КнАГУ». 2020. Ч. 3. С. 48-51.

8.Распоряжение Правительства Российской Федерации от 08.07.2015 № 1316-р «Об утверждении перечня загрязняющих веществ, в отношении которых применяются меры государственного регулирования в области охраны окружающей среды».

9.СП 42.13330.2016 «СНиП 2.07.01-89* Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений»

10.Постановление Правительства Российской Федерации от 13.03.2019 № 263 «О требованиях к автоматическим средствам измерения и учета показателей выбросов загрязняющих веществ и (или) сбросов загрязняющих веществ, к техническим средствам фиксации и передачи информации о показателях выбросов загрязняющих веществ и (или) сбросов загрязняющих веществ в государственный реестр объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду».

ФГБОУ ВО «Комсомольский-на-Амуре государственный университет» (КнАГУ), Комсомольск-на Амуре, Россия

A.A. Litovkina, G.E. Nikiforova

ASSESSMENT OF THE INFLUENCE OF MOTOR TRANSPORT ON THE STATE OF ATMOSPHERIC AIR BY THE METHOD OF BIOINDICATION

The paper presents the results of studies of the quality of the air environment of the city, performed by the method of bioindication.

Keywords: bioindication, emissions, research sites, needles, Scots pine, damage scale, drying scale, asymmetry, hanging

birch.

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Komsomolsk-on-Amur State University» (KnAGU), Komsomolsk-on-Amur, Russia

233

УДК 628.355.1

А.В. Москвитина, М.В. Феоктистова ПРОБЛЕМА УТИЛИЗАЦИИ ИЛОВЫХ ОСАДКОВ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

ИСПОСОБЫ ЕЁ РЕШЕНИЯ

Встатье рассматривается одна из основных проблем очистных сооружений – это иловые осадки и их утилизация. Данная экологическая задача завязана на утилизации илового конгломерата. Указаны трудности и оптимальные пути их решения.

Ключевые слова: биологическая очистка, водоотведение, методы утилизации, активный ил, метантенки, ассенизатор, очистные сооружения, осадки сточных вод, избыточный активный ил.

Введение Тема водоотведения на сегодняшний день остается актуальной, так как в её задачи

входит оказание санитарно-гигиенических и природоохранных услуг для населения [1, 2]. Вспомним, что сточная вода, прежде чем вернуться в потребление проходит несколько стадий: механическая, химическая, физико-химическая и биологическая фаза. Последняя стадия наиболее важная, ведь именно в ней находятся органические соединения, несущие наибольшую опасность. Органические загрязнения выделяют ядовитые газы и в них зарождаются бактерии вызывающие смертоносные заболевания. Известно, что в 1 см3 сточных вод содержится больше 100 млн. бактерий (Обозначения: осадки сточных вод – ОСВ, ОС - очистные сооружения, ИАИ - избыточный активный ил). Данная операция проходит в специальном резервуаре – аэротенке, где очень важно поддерживать баланс активного ила. Избыточный ил всё время приходится отводить в отстойники [3]. В этом и заключается проблема, связанная с хранением и утилизацией данного вида загрязнений. На одного городского жителя в год образуется 30-35 кг осадка в сухом весе и генерируется в значительных количествах, измеряемых миллионами тонн в год. Наличие патогенной микрофлоры, тяжёлых металлов и ксенобиотиков определяет 4 класс опасности загрязнения. После обезвоживания ил увозят на специализированные площадки.

Методы утилизации ила очистных сооружений.

Существует ещё один базовый повод в пользу переработки отходов ОС, помимо ограниченности захороняемых территорий. Сухой ил содержит в себе 80 % органических веществ и 20 % минеральных, что определяет его ценность для изготовления удобрений. Вместе с этим органические вещества ила содержат свыше 60 % органического углерода, что свидетельствует о высоком его энергетическом потенциале [4]. Эти факты следует учитывать при реализации методов его переработки (рис. 1).

Перспективными в отношении переработки ИАИ представляются термические методы (используются в Санкт–Петербурге), а также с помощью реагентов для оптимизации работы ОС и интенсификации технологических процессов различных промышленных предприятий (на основе нанотехнологий).

Рис. 1. Основные методы утилизации активного ила

234

Не стоит забывать об опасности иловых осадков, которые несут бактериологический и эпидемиологический характер. Поэтому традиционные методы, как компостирование, сброс в природные водоемы, использование в качестве сельскохозяйственных удобрений без специальной обработки не отвечают требованиям экологической и санитарной безопасности [2, 3].

Биохимическая переработка илов.

Способы данного метода отличаются разнообразием и в зависимости от конечного продукта разделяются на следующие:

1.Аэробная стабилизация протекает в аэротенках (резервуарах, обеспечивающих перемешивание жидких стоков для снабжения кислородом).

2.Аэробное сбраживание (компостирование). Аэробные организмы обеззараживают осадки, подготавливая их для утилизации в виде удобрений.

3.Анаэробное сбраживание (метановое сбраживание) уменьшает объем твердой части осадка с высвобождением биогаза – смеси метана и углекислого газа. Данная операция

проходит в метантенках (закрытые резервуары для брожения), которые производят 15 кубометров газа из 1 кубометра ила. Теплотворная способность (теплота сгорания) биогаза составляет 21 МДж/м3. Для сравнения, значение теплотворной способности пропана составляет 23,63 МДж/м3.

Сложность данного метода заключается в постоянной очистке биогазов от токсических примесей и использование сложных специальных реакторов. Это сдерживающие факторы применения данного метода.

Термическая переработка илов.

Инсинерация (сжигание) илов позволяет добиться значительного уменьшения его первоначального объёма, за счёт содержания большего процента органического углерода в сухом остатке. Однако сложность метода заключается в том, что ил, даже после обезвоживания, сохраняет большую долю влаги, что затрудняет горение. Инсинерация требует дорогостоящих запасных частей и расходных материалов (песка), дорогостоящего узла газоочистки, что делает этот метод экономически затратным. К тому же не полностью соблюдённая технология может привести к образованию диоксинов тяжелых металлов, которые образуется при сгорании смол.

Технология пиролиза заключается в нагреве исходного сырья в бескислородной атмосфере, препятствующей горению. Конечным продуктом является гидрофобный осадок, который не несёт в себе опасности.

Расчет характеристик метантенка.

Теперь подробнее рассмотрим один из биохимических методов переработки – анаэробное сбраживание (метановое сбраживание). Привлекательность этого метода в том, что позволяет не только значительно сократить долю осадка, но и получать биогаз – альтернативный источник энергии. Для этого произведём соответствующие расчёты.

Метантенки следует проектировать для станций большой и средней производительности (50 тыс. м3/сут. и более). В расчётах учитываются состав осадков, наличие веществ, тормозящих процесс сбраживания и влияющих на выход газа [5, 6].

235

Определение вместимости метантенков производится по суточной дозе загрузки, которая определяется по двум показателям:

1.По влажности исходного осадка

2.По виду и консистенции в сточной воде поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Определение дозы загрузки Dmt по влажности осадка, если в точных водах содержится анионные ПАВ:

(1)

Объем всех метантенков определяется по формуле:

(2)

Типовые проекты разрабатываются для комплекса из четырех резервуаров метантенков, из чего следует, что количество метантенков должно быть не менее двух. Объем одного метантенка рассчитываем по формуле:

(3)

где n – количество метантенков, шт.

Сбраживание – это процесс минерализации органического вещества, который применяется для предотвращения загнивания осадков и их стабилизации. Сбраживание осадков осуществляется в мезофильном (Т= 33 ) или термофильном (Т= 53 ) режиме. Выбор режима сбраживания следует производить с учетом метода последующей обработки и утилизации осадков, а также санитарных требований [7].

236

Распад беззольного вещества, %, определяется по формуле:

(4)

где Kr = 0,455 – коэффициент, зависящий от влажности осадка. Суточное количество газа, м3/сут, получаемого при сбраживании:

(5)

кг/м3 – плотность газа.

Газ, получаемый в результате сбраживания осадков в метантенках, хранится в мокрых газгольдерах. Газгольдеры – это резервуары для хранения газообразных веществ (природный газ, биогаз, воздух). Существует два вида газгольдеров: переменного и постоянного объема.

Время выхода газа, ч определяется по формуле:

(6)

Масса осадка по сухому веществу после сбраживания, т/сут:

Теплотехнические расчеты 1. Предлагаемый расчет был проведен для гипотетического населённого пункта с

производительностью очистных сооружений 150 м3/сут., для которого следует запроектировать два метантенка общим объёмом в 2800 м3 (1400 м3 каждый).

Имея 3,03 т/сут. смеси осадков, после процедуры анаэробного сбраживания показатель составляет 1,68 т/сут, то есть количество ила сократилось на 55 %. Суточное количество газа, получаемого при сбраживании, составляет 141,6 м3/сут..

При данных темпах газгольдер вместимостью в 2500 м3 заполнится за 18 суток. Ниже приведён теплотехнический расчёт, который учитывает потери тепла.

2. Теплотехнический расчет метантенков:

1. Необходимое количество тепла для обогрева метатенков:

(10)

5. Необходимое количество газа для обогрева метантенков:

где теплотворная способность газа; – коэффициент использования газа. 1. Количество пара, необходимого для подогрева осадка в метантенках:

(12)

где ккал/м3 (2,28 МДж) – теплотворная способность пара. 2. Расход пара на 1 осадка:

(13)

Оценка информированности участников опроса по теме водоотведения Ещё одна из проблем утилизации отходов ОС связана с незаконным сбросом жидких

бытовых отходов недобросовестными перевозчиками. В погоне за наживой нелегальные ассенизаторы сливают загрязнённые жидкости в колодцы, в теплотрассу, а то и просто на землю или в водоёмы в безлюдных местах. Услуги выгребных ям стоят 800-1600 р., и таких выездов ежедневно 30-50, а штраф физическому лицу предусмотрен всего 1000 р., что никак не останавливает подобную деятельность. И не всегда возможно отследить такие правонарушения. Несанкционированный сброс нарушает нормальную работу системы водоотведения, возрастает опасность экологической катастрофы, если загрязнения попадут в водопровод.

По нашим собственным наблюдениям можно сделать вывод о том, что большая часть населения страны не слишком хорошо разбирается в вопросе водоотведения и в правовой базе, хотя от состояния работы ОС и ассенизаторов зависит качество воды – самого главного источника жизни для человека. В рамках проводимых исследований, нами была разработана анкета по теме информированности населения по вопросам водоотведения, которая представлена в табл. 2. Конечным итогом проведенного опроса являлось определение количественных показателей уровня заинтересованности респондентов по данной теме. По результатам опроса был проведён статистический анализ полученных данных.

238

В опросе участвовало 45 человек. На основании их ответов были подсчитаны баллы каждого, и занесены в табл. 3 в порядке возрастания.

239