Экология урбанизированной территории. Учебное пособие

чем у травянистых культур, экранирующий слой создается на более низких отметках: 0,5 для кустарников, не менее 1 м – для саженцев деревьев.

3.2. Борьба с загрязнением почв нефтепродуктами

Серьезной экологической проблемой России в целом и ее городов в частности является загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами; она особенно остра в таких нефтедобывающих районах, как Западная Сибирь, Среднее и Нижнее Поволжье и др. Часто причинами загрязнения становятся аварии на магистральных и внутрипромысловых нефтепроводах. Вследствие этого, например, в отдельных районах Тюменской и Томской областей концентрации нефтяных углеводородов в почвах превышают фоновые в сотни раз. В Западной Сибири выявлено свыше 20 тыс. га (200 км2), загрязненных нефтью с толщиной слоя не менее 5 см. Очень актуальна проблема загрязнения нефтепродуктами в городах с их обилием автотранспортных средств, АЗС, хранилищ топлива и т. п.

Аварийные разливы нефтепродуктов, как правило, происходят при нарушениях технологических режимов на этапах хранения, транспортировки, эксплуатации топлива и правил обращения с нефтепродуктами, при физическом износе оборудования, стихийных бедствиях и прочих.

МЧС России в зависимости от объема и площади разлива нефти и нефтепродуктов на местности, во внутренних пресноводных водоемах выделяет чрезвычайные ситуации (ЧС) следующих категорий (Военная эко-

логия, 2005 г.):

–локального значения – разлив от нижнего уровня разлива нефти и нефтепродуктов (определяются специально уполномоченным федеральным органом исполнительной власти в области охраны окружающей среды) до 100 т нефти и нефтепродуктов на территории объекта;

–муниципального значения – разлив от 100 до 500 т нефти и нефтепродуктов в пределах административной границы муниципального образования (города) либо разлив до 100 т нефти и нефтепродуктов, выходящий за пределы территории объекта;

–территориального значения – разлив от 500 до 1000 т нефти и нефтепродуктов в пределах административной границы субъекта Российской Федерации либо разлив от 100 до 500 т нефти и нефтепродуктов, выходящий за пределы границы муниципального образования;

–регионального значения – разлив от 1000 до 5000 т нефти и нефтепродуктов либо разлив от 500 до 1000 т нефти и нефтепродуктов, выходящий за пределы административной границы субъекта РФ;

41

– федерального значения – разлив свыше 5000 т нефти и нефтепродуктов либо разлив нефти и нефтепродуктов вне зависимости от объема, выходящий за пределы государственной границы Российской Федерации, а также разлив нефти и нефтепродуктов, поступающий с территорий сопредельных государств (трансграничного значения).

Вполне естественно, что в первую очередь после аварийного разлива нефтепродукта следует ограничить его распространение по поверхности земли, чтобы не допустить попадания в водоемы, а также испарения нефтепродукта, следствием которого может стать его воспламенение; фильтрации нефтепродукта в более глубокие почвенные и грунтовые слои земли; растекания нефтепродукта в направлении наиболее удобного для этого ландшафта.

Механические методы (обваловка загрязненного участка, обнесение его какими-либо заграждающими средствами, например, бревнами, хворостом, трубами и т. п.) способствуют ограничению растекания нефтепродуктов в направлении пониженных участков ландшафта, препятствуя тем самым увеличению площади загрязнения.

Использование физико-химических методов позволяет: 1) экранировать поверхность испарения разлитого нефтепродукта, что предотвращает его испарение и загорание; 2) превратить разлитый нефтепродукт в гелеобразное или твердое состояние, исключающее его текучесть; 3) обрабатывать почву с целью защиты от нефтепродукта. Для указанных целей разработаны рецептуры гелеобразных пен на основе поливинилового спирта с добавками хлорида железа и ускорителя гелеобразования – оксида цинка ZnO. Широко применяются отечественные пенообразователи «Форэтол» и «Универсальный», а также фторсодержащие пенообразователи типа «Легкая вода» (США). Они эффективно препятствуют испарению разлитого нефтепродукта.

Загущение нефтепродукта может быть достигнуто путем применения связывающих материалов, как правило, сорбентов. Разработан состав, который позволяет отвердить разлитые нефтепродукты. В нем содержится 50 % и более активированного угля, 10 % оксида магния или органофильной глины, 50 % гидрофобного полимера с молекулярной массой 500030 000 (например, полиакриловой кислоты), 10 % оксида алюминия или кремния, 5 % силиката магния.

Сбор разлившегося на почве нефтепродукта осуществляются механическими и физико-химическими методами.

Механические методы предусматривают использование специального оборудования для сбора нефтепродукта с почвы в исходном жидком)

42

состоянии. Это, например, отечественные установки вакуумного типа, работающие по принципу пылесоса. В частности, вакуумные установки «ВАУ-1» и «ВАУ-2» имеют производительность 2 и 4 м3 соответственно.

Наиболее распространенным (из-за доступности) среди физикохимических методов является сорбционный, предусматривающий использование сорбирующих материалов – опилок, торфа, песка и др. Нефтепродукт при этом собирается в связанном сорбентом виде. Указанные сорбенты эффективны при относительно небольших разливах нефти и нефтепродуктов. При значительных аварийных разливах используют обычную землеройную технику, с помощью которой создают нефтепочвенную смесь; ее в дальнейшем перевозят автотранспортом на полигоны временного хранения.

Методы снижения остаточной концентрации нефтепродукта в почве до экологически приемлемого (в частности, исключающего его попадание в грунтовые воды) уровня подразделяют на физико-химические и биологические.

К физико-химическим методам относятся термический, химический, экстракционный методы, а также дренирование почвы.

Термические методы основаны на сжигании загрязненной почвы, либо предварительно удаленной с места разлива нефтепродукта, либо на месте. Одной из применяемых схем является сжигание почвы во вращающейся печи с камерой дожигания, системой утилизации тепла и многоступенчатой очисткой топочных газов. Средне загрязненная почва сжигается при температуре 700-800С, а сильно загрязненная – в печи «кипящего» слоя, работающей на углеводородном топливе, при 900С. Такие установки успешно применяют в странах Западной Европы. В Голландии используют установку, включающую вращающуюся печь, а в Канаде очищают загрязненный гравий путем обжига его в печи с «кипящим» слоем материала. Это позволяет полностью удалить нефтепродукт с гравия при экологически приемлемом химическом составе отходящих газов.

Метод сжигания обеспечивает высокую интенсивность процесса, эффективное выгорание нефтепродуктов при любых уровнях загрязнения ими почвы. В то же время следует отметить и серьезные его недостатки: 1) метод требует развертывания специального оборудования, больших энергозатрат; 2) большие капитальные затраты на строительство печи и многоступенчатой системы очистки топочных газов, так как сжигание сопровождается интенсивным образованием микрочастиц; 3) большое количество захораниваемых шламов, связанных с необратимостью изменений почвы при сжигании; 4) значительно увеличиваются сроки естественного

43

восстановления почвы; 5) происходит образование канцерогенных веществ при высокотемпературных процессах.

Химический метод основан на превращении токсичных углеводородов нефтепродуктов в относительно нетоксичные соединения либо на отверждении токсичных веществ в виде твердого вещества или геля. В России, например, разработан препарат «Эконафт», который включает в свой состав негашеную известь СаО, способную при гашении увеличивать удельную поверхность в 15-30 раз. Образуется вяжущая масса, активно поглощающая углеводороды нефти. В результате образуется сухое, стойкое при хранении порошкообразное вещество. В США применяют пероксид водорода Н2О2 для обработки загрязненных нефтепродуктами почв, грунтов и гравия.

Экстракционный метод, обладающий высокой эффективностью, основан на извлечении нефтяных углеводородов из почвы с помощью специально подобранных избирательных экстрагентов (растворителей). В качестве экстрагентов применяются легкие фракции нефтепродуктов, горячая вода, перегретый водяной пар, моющие средства и т. д. Основными этапами экстракционного метода являются: 1) гомогенизация и измельчение загрязненной почвы; 2) смешивание почвы с экстрагентом при определенных условиях; 3) сушка суспензии, выводимой из экстракционной системы. Процессы осуществляются на специальных установках (очистных комплексах), собранных, как правило, по модульному принципу.

Дренирование почвы заключается в ее промывке на месте с помощью дренажных систем; по сути это разновидность экстракционного метода. Дренаж используют и в борьбе с подтоплением отдельных зданий и даже городов.

Относительно широко распространены в природе микроорганизмы, способные разлагать углеводородные соединения нефти с получением экологически нейтральных веществ: СО2, Н2О и др. Это свойство указанных микроорганизмов и положено в основу биологических методов борьбы с нефтяным загрязнением почв.

Имеется два направления в решении указанной проблемы: 1) повышение активности естественной микрофлоры почв путем создания для аборигенных микроорганизмов оптимальных условий жизнедеятельности; 2) интродукция (внедрение) в загрязненную почву специально подобранных активных разрушителей нефтепродуктов, так называемых деструкторов.

Первое направление реализуется следующими агротехническими приемами:

– распашкой загрязненных территорий, чем создаются оптимальный газовоздушный и тепловой режим в почве, увеличение численности мик-

44

роорганизмов-деструкторов и их активности, повышение энергии биохимических процессов;

–аэробной биокоррекцией загрязненных почв, что достигается нагнетанием кислорода на требуемую глубину (в этом случае можно отказаться от распашки);

–обеспечением загрязненных почв биогенными элементами – азотом, фосфором, калием. Установлено, что особенно увеличивается скорость биохимического окисления углеводородов нефти при внесении нитратов и фосфатов;

–повышением температуры загрязненной почвы до 20-40С, при этих условиях резко ускоряется разложение нефтепродуктов. Поэтому рекомендуется покрывать загрязненный участок темной полиэтиленовой пленкой;

–поддержанием почвы во влажном состоянии, что усиливает активность микроорганизмов-деструкторов;

–поддержанием оптимальной (близкой к нейтральной) кислотности почвенного раствора. Поэтому для создания оптимального рН кислые поч-

вы известкуют мелом СаСО3, а щелочные – обрабатывают слабыми растворами серной кислоты (0,5-1,0 %) или гипсом CaSО4 –2H2О.

Высокоэффективным приемом обезвреживания почв от нефтепродуктов является посев в нефтезагрязненную почву определенных растений, например люцерны и других трав. Своей развитой корневой системой они способствуют улучшению газовоздушного режима почвы, обогащают ее азотом и биологически активными соединениями. Этот метод разложения вредных веществ в почве называется фитодетоксикацией.

В настоящее время в экономически развитых странах, где проблема нефтезагрязнений стоит остро, большое внимание уделяется интродукции как наиболее эффективному методу в сочетании с относительно невысокой стоимостью и экономичностью.

За последние годы ученым удалось создать фонд экологически полезных микроорганизмов, предназначенных для производства биопрепаратов с последующим их использованием в целях очистки почв от нефтезагрязнений. Все это позволило организовать целую отрасль экологической биотехнологии, основанной на выделении и селекции высокоактивных нефтеокисляющих микроорганизмов, изучении их свойств, разработке технологий производства и последующем применении биопрепаратов для борьбы с нефтяным загрязнением почв, водоемов, грунтов и т. д. Более того, отобраны и скомбинированы в биопрепараты наиболее активные штаммы микроорганизмов – «специалисты» в области деструкции нефти, мазута, дизельного топлива.

45

В результате выполненных обширных исследований в России разработано большое число препаратов – биодеструкторов нефтепродуктов (Военная экология, 2005 г.): «Бациспецин», «Деворойл», «Экойл», «Путидойл», «Нафтокс», «Центрин» и др.

Специалистами шведского агентства оборонных исследований найден способ интенсификации естественных процессов биологической деструкции нефтяных загрязнений путем внесения в почву конского навоза с небольшим количеством сахарного песка. В США разработан стимулятор деятельности местного биоценоза (биопрепарат «UNI-REM»), который облегчает доступность углеводородных молекул нефти для большого числа природных микроорганизмов и расширяет тем самым номенклатуру деструкторов этого загрязнения.

При очистке почвы от нефтепродуктов биопрепараты применяют в комплексе с вышеуказанными агротехническими мероприятиями, облегчающими условия «работы» микроорганизмов. В последнее время используют такой прием, как привлечение земляных червей, ускоряющих процесс восстановления почвенного плодородия. С этой целью используют «компостные дрожжи» – настои различных трав: валерианы, ромашки, крапивы, одуванчика.

3.3. Ликвидация несанкционированных свалок

Так как в городах практически отсутствуют свободные от застройки территории, возникает необходимость освоения территорий, занятых несанкционированными свалками.

Особую опасность представляют старые захоронения отходов, среди которых большой объем занимают опасные отходы – это так называемые химические «бомбы замедленного действия». Их поиск, инвентаризация и последующая ликвидация рассматриваются как приоритетные задачи (И.А. Соломин, И.П. Беляев, 2004 г.).

Впервые проблемой несанкционированных свалок стали заниматься в США в 1978 г. Были изучены фондовые материалы, проведена их систематизация и оценка.

Обычно для установления степени опасности свалки и определения очередности ее ликвидации предварительно определяют области распространения загрязнителей с тела свалки, их характеристики и возможность переноса за определенный промежуток времени (через воду, воздух). Исследования несанкционированной свалки завершают оценкой риска для здоровья людей и ОС.

46

Далее приступают к анализу и выбору альтернативных методов рекультивации и обезвреживания несанкционированной свалки. Таковыми могут быть: 1) извлечение, удаление и надежное захоронение в другом месте; 2) уничтожение на месте; 3) фиксация загрязнителей на месте. Выбор того или иного метода зависит от характера химических веществ, содержащихся в свалке, условий ОС, материальных и финансовых ресурсов и т. д.

ВРоссии проблема рекультивации несанкционированных свалок практически не решалась, что, помимо нехватки средств, было связано с рядом других обстоятельств. Во-первых, на такие свалки ранее вывозились и промышленные отходы, среди которых присутствовали и токсичные. Во-вторых, эти свалки образовывались часто стихийно, что исключало какие-либо инже- нерно-экологические проработки по определению их отрицательного воздействия на ОС. В-третьих, отсутствовал контроль за составом вывозимых на свалку отходов (это не исключает присутствия там токсичных, радиоактивных и медико-биологических отходов). В-четвертых, на несанкционированных свалках при их рекультивации возможно в ряде случаев обострение эпидемиологической обстановки (например, из-за переселения грызунов).

Всилу указанных причин до проведения рекультивации несанкционированных свалок должны быть осуществлены комплексные инженерноэкологические исследования и разработана проектно-сметная документация. При этом особое внимание должно быть уделено тем свалкам, территорию которых после рекультивации предполагается использовать под застройку жилыми зданиями. В этом случае основным методом рекультивации является извлечение свалочных грунтов и их захоронение в другом месте. Перед освоением освобожденной территории должны быть проведены обезвреживание (детоксикация), обеззараживание и дезактивация (при необходимости). Поскольку не всегда опасность свалки снижается со временем, рекомендуется осуществлять мониторинг рекультивированной территории.

Вцелом решения по рекультивации несанкционированных свалок принимаются в соответствии с последующим использованием освободившейся территории (жилая застройка, промышленно-коммунальная зона, рекреационные зоны, озелененные территории и т. д.). Данный выбор и определяет объемы работ при рекультивации: полное или частичное удаление свалочных грунтов с заменой на чистые (привозные), перекрытие слоем чистого грунта без удаления, использование свалочных грунтов для засыпки в котлованы и т. д.

Взаключение укажем на обостряющуюся во времени проблему захоронения одноразовой тары из пластика для напитков. Несомненно, такой вид тары удобен для потребителя, а для производителя весьма выгоден, так

47

как он получает прибыль от каждой выпускаемой бутылки. Но одновременно мы видим, какое огромное количество такой тары валяется на улицах, не всегда попадая на свалки. Там она многие годы подвергается деструкции, отравляя ОС химическими соединениями; среди последних есть и супертоксиканты, если пластик подвергается сжиганию.

Согласно расчетам американских ученых, такая тара составляет около 6 % всех ТБО, почти 50 % негорючих отходов и примерно 90 % не поддающейся биодеградации части мусора на обочинах дорог. По этой причине в Америке расширяется движение за повсеместный возврат от одноразовой тары к оборотной (как это было ранее в СССР). Успехи ученых привели недавно к созданию саморазрушающейся тары. Она используется по назначению около полугода, после чего под действием содержащихся в ней катализаторов подвергается биодеградации без образования вредных веществ. Известно, что решением Европейского Союза страны Европы должны перейти на использование саморазрушающейся тары и посуды (бутылок) из кукурузы. Если это произойдет, одноразовая тара со временем исчезнет со свалок.

Контрольные вопросы

1.На чем основывается экологическая реконструкция городов? Почему она стала такой актуальной?

2.Почему городские почвы перестали быть почвами в обычном понимании этого слова? Что такое урбаноземы?

3.Перечислите виды мелиорации земель. Какое место среди них занимает химическая реабилитация урбаноземов?

4.Что такое фитоочистка почв?

5.Какие методы используют для сбора разлившегося на почве нефтепродукта?

6.Какова последовательность процесса ликвидации несанкционированных свалок на территории городов?

Рекомендуемая литература

1.Агроэкология / В.А. Черников, Р.М. Алексахин, А.В. Голубев

идр.; под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. М.: Колос, 2000. 536 с.

2.Основы экологии и охрана окружающей среды / А.Г. Банников и др. М.: Колос, 1999. 304 с.

3.Коробкин В.И. Экология / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. Ростов н/Д.: Феникс, 2003. 576 с.

48

4 ПРИНЦИПЫ И НАПРАВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ГОРОДОВ

4.1. Эко-реабилитация малых рек и водоемов на территории города

Специфической особенностью гидрографической сети городов, особенно крупных, является высокая степень использования естественных и искусственных водных объектов на их территории.

Водные объекты представляют собой комплекс природных водотоков, водоемов и инженерных объектов, которые совместно с прилегающими территориями составляют значительный экологический, градостроительный и рекреационный потенциал городов.

В нашей стране свыше 2,5 млн малых (длиной до 100 км) рек. Они формируют почти половину суммарного объема речного стока, в их бассейнах проживает до 44 % всего городского населения и почти 90 % сельского (Ю.В. Новиков, 1998 г.).

Будучи своеобразным компонентом географической среды, малые реки выполняют функции регулятора водного режима определенных ландшафтов, поскольку в значительной степени поддерживают равновесие и осуществляют перераспределение влаги. Добавим к этому, что они определяют гидрологическую и гидрохимическую специфику средних и крупных рек. По образному выражению В.С. Лапшенкова, «без малых рек нет рек больших».

Однако поскольку сток малых рек формируется в тесной связи с ландшафтом бассейна, они отличаются высоким уровнем уязвимости, причем не только при чрезмерном использовании водных ресурсов, но и при освоении водосбора. Особенно большой вред малым рекам нанесла интенсивная хозяйственная деятельность. Из-за этого они преждевременно вступили в фазу старения, быстро зарастают и заболачиваются, деградируют и в конце концов исчезают.

Защита вод малых рек тесно связана с охраной от загрязнения той территории, с которой река собирает свои воды. Так, мусорная свалка на берегу может надолго загрязнить воду. Специалисты подсчитали, что за год в малые реки Владимирской области поступает более 4000 т органики, 6000 т взвешенных веществ, десятки т нефтепродуктов, а с полей смывается паводками и дождями более 2000 т аммонийного азота и 600 т нитратов.

Основные загрязнения поступают в малые реки, протекающие по территории городов, через городскую водосточную сеть и непосредственно по рельефу местности с городских территорий. Тем самым водные объ-

49

екты городов становятся естественными приемниками городских загрязнений. Их масштаб привел к тому, что в настоящее время экологические функции существующей водной системы городов и прилегающих территорий частично утрачены.

Для полноценной реализации потенциала водных объектов необходимо проведение компенсационных реалибитационных мероприятий, снижающих негативные последствия интенсивного водопользования. Основными направлениями формирования такого комплекса мероприятий являются следующие (Е.И. Пупырев, 2006 г.):

–восстановление и реконструкция водных объектов с использованием инженерных и инженерно-биологических методов, возвращение малых рек в природоприближенное состояние, восстановление и повышение их самоочищающей способности, предупреждение чрезвычайных ситуаций на водных объектах;

–достижение нормативного качества воды в водных объектах путем комплекса мероприятий, обеспечивающих благополучные санитарноэкологические условия формирования стока на территориях водосборных бассейнов, в прибрежных зонах и в акваториях водных объектов;

–обеспечение охраны, экологической реабилитации и рационального использования малых рек и прилегающих территорий в градостроительных и рекреационных целях с учетом социально-экономических и эко- лого-градостроительных приоритетов развития городских территорий, прилегающих к водным объектам;

–рациональное использование малых рек на основе сочетания и повышения эффективности правовых, экономических и административных методов управления водопользованием;

–обеспечение экологической безопасности при разработке и реализации градостроительных и инженерных решений по восстановлению и реабилитации водных объектов;

–закрепление на законодательной основе ответственных лиц за содержание водных объектов и их прибрежных территорий.

Вполне очевидно, что задачи восстановления, сохранения и экологической реабилитации малых рек необходимо решать в комплексе с мероприятиями по благоустройству прибрежных территорий, которые не только формируют качество и состояние самих водных объектов, ландшафт городской среды, но и выполняют экологические и рекреационные функции.

Поэтому проблема очистки города от бытового мусора, ликвидация свалок, уборка снега с очисткой талых вод, своевременная уборка территорий рынков и других мест торговли и скопления людей является чрезвы-

50