Головні заходи убезпечення та знешкодження техногенного впливу на екосистеми (загальна оптимізація довкілля в індустріальних регіонах)

Основна ідея. Головні заходи убезпечення та знешкод­ження техногенного впливу на екосистеми — екологізація виробництва, очищення промислових викидів в атмосфе­ру, механічне, хімічне та біологічне очищення промислових стоків, екологічні заходи з оптимізації відпрацьованих земель і трансформованих екосистем (фітомеліорація).

Смислові зв'язки. Екологізація виробництва — мініміза­ція техногенного впливу на екосистеми — очищення про­мислових викидів в атмосферу, промислових стоків, оптимі- зація відпрацьованих земель і трансформованих екосистем.

Ключові терміни. Екологізація виробництва, ресурсозбері­гаючі технології, екологічні технології, очищення викидів в атмосферу, механічні методи, абсорбція, хемосорбція, ад­сорбція, каталізатори, термічна обробка, механічні, хімічні та біологічні методи очищення стічних вод, фітомеліорація, фітомеліоранти.

Мета — охарактеризувати способи мінімізації техноген­ного впливу на екосистеми, найперспективнішим із яких є екологізація виробництва (завдяки чому мінімізується кіль­кість і якість забруднень), а також методи знешкодження техногенного впливу на атмосферу, гідросферу та ґрунтовий покрив.

10.5.1. Екологізація виробництва

Реальний напрямок вирішення екологічних проблем — реалізація досягнень науково-технічного прогресу, що перед­бачають зміни техніко-технологічної основи виробництва шляхом переходу на маловідхідні, ресурсо- та енергозберігаючі технології. Практично це означає зміну курсу, орієнтованого на ліквідацію несприятливих наслідків, зумовлених зміною якості природного середовища, на курс боротьби із забруд­ненням і попередженням наслідків. Це є не тільки найбільш логічним, але й економічно найефективнішим рішенням, ос­кільки витрати на усунення екологічних наслідків найчастіше значно перевищують вартість превентивних заходів.

Під ресурсозберігаючою технологією розуміють такий технологічний процес, який передбачає мінімізацію вико­ристаних природних ресурсів і мінімальні порушення при­родних умов, тобто відрізняється від традиційних технологій значно меншою питомою витратою сировини та енергії.

Технологічні принципи організації екологічних техно­логій залежать від характеру виробничих процесів і від груп галузей промисловості. Для галузевої добувної промисло­вості, де характерні великі обсяги переміщення порід, такі технології пов’язані з переходом до принципово нових тех­нологій видобутку корисних копалин. Наприклад, це може бути підземне вилуговування, електроліз, газифікація та гідроударний видобуток, впровадження яких зазвичай ви­магає досить високих стартових капітальних вкладень. Для обробної промисловості (зокрема металургії) можуть вияви­тися перспективними переходи до глибшої обробки вихід­ної сировини та максимального використання відходів, що утворяться. Іноді складається ситуація, коли ефективнішим і доцільним виявляється зниження ступеня вилучення ос­новного компонента, щоб забезпечити виграш у цілому на комплексній переробці сировини та отриманні побічних про­дуктів.

Структурна перебудова економіки на базі революційних перетворень техніко-технологічної основи вимагає величез­них інвестицій, виділення яких у найближчі роки і навіть у найближчому майбутньому неможливе і нереальне. Тому найперспективнішим є еволюційний шлях поліпшення ек­сплуатаційних характеристик діючих зразків, видів техніки та технологій. Поетапна трансформація традиційних тех­нологій у цьому випадку є поступовим переходом від від­критих виробничих систем до напівзакритих із частковим використанням ресурсів та відходів, а в подальшому — до систем закритого типу з повним використанням ресурсів і відходів і припиненням останніми забруднення навколиш­нього середовища. Високий рівень відходів у вітчизняній промисловості свідчить і про суттєві потенційні можливості екологізації технології для вирішення проблем переходу на модель сталого розвитку. Варіанти зміни техніко-технологіч- ної основи виробництва такі.

1. Удосконалення існуючої техніки та технології вироб­ництва з метою перетворення діючих виробництв із дис­кретних на безперервні замкнуті виробництва, інтенсивні у своїй основі. Цей шлях передбачає «ступінчасту» еко- логізацію виробництва: поліпшення існуючого виробниц­тва — введення маловідхідних, ресурсо- та енергозберіга­ючих технологій; утилізація відходів, створення системи комплексного безвідхідного виробництва з доповненням його спеціалізованими комбінатами з переробки всіх про­мислових і побутових відходів на матеріали, придатні для засвоєння природою або для подальшого господарського використання.

2. «Біологізація» виробництва: підключення біологічних процесів до існуючого виробництва (за типом природного кругообігу речовин).

3. Створення принципово нових технологій і техніки, за­стосування яких у процесі праці якісно змінить характер природокористування в цілому.

Перші два напрямки не повною мірою ефективні, тому що допускають еволюційний поступ засобів впливу на при­роду (техніки) при незмінних або незначно модифікованих принципах, методах і способах (технологіях) цього впливу, але менш затратні за розміром необхідних інвестицій.

Реальний напрямок досягнення бажаного результату (інтенсифікація виробництва та збереження середовища) — створення екологічних технологій і техніки, під якими ро­зуміють такі зразки технологічних процесів, технічних за­собів і агрегатів, які у процесі свого функціонування виключать витрати суспільної праці на усунення, компенсацію або попе­редження шкоди, що може бути заподіяна суспільству в ре­зультаті непродуктивного використання природних ресурсів і забруднення навколишнього середовища.

10.5.2. Очищення промислових викидів в атмосферу

Способи очищення викидів в атмосферу від шкідливих ре­човин можна об’єднати в такі групи:

• очищення викидів від пилу та аерозолів шкідливих ре­човин;

• очищення викидів від газоподібних шкідливих речовин;

• зниження забруднення атмосфери вихлопними газами від двигунів внутрішнього згорання транспортних засобів і стаціонарних установок;

• зниження забруднення атмосфери у процесі транспор­тування, навантаження та розвантаження сипких вантажів.

Механічні методи застосовують для очищення вентиля­ційних та інших газових викидів від грубодисперсного пилу. Основні механізми осадження завислих часток — дія сил гравітації, інерції, дифузії, а також відцентрових сил і сил зчеплення.

Осадження під дією сил гравітації (седиментація) зумов­лене вертикальним осіданням часток унаслідок дії сили ваги у процесі переміщення їх через газоочисний апарат.

Осадження під дією відцентрової сили відбувається у про­цесі криволінійного руху аеродинамічного потоку, коли ви­никають відцентрові сили, під дією яких частки пилу відки­даються на внутрішню поверхню апарата.

Інерційне осадження відбувається у випадку, коли маса часток або швидкість руху настільки незначні, що вони вже не можуть рухатися разом із газом за лінію течії, що охоплює перешкоду. Намагаючись за інерцією продовжу­вати свій рух, частки пилу стикаються з перешкодою й осідають на ній.

Дифузійне осадження відбувається внаслідок того, що дріб­ні частки пилу зазнають безперервної взаємодії з частками газів, які знаходяться у броунівському русі. У результаті цієї взаємодії відбувається осадження часток на поверхні обтіч­них тіл або стінок пиловловлювача.

Осадження часток за рахунок зчеплення спостерігається тоді, коли відстань від частки, що рухається у газовому по­тоці, до обтічного тіла не перевищує її радіуса.

У технологічних вентиляційних і енергетичних викидах на підприємствах найчастіше трапляються діоксид Сульфу- ру, оксиди Нітрогену, оксид і діоксид Карбону, сірководень, Хлор, соляна кислота, пари Гідраргуму, фенолів, синтетич­них і лакофарбових матеріалів тощо.

Методи очищення викидів від газоподібних речовин за ха­рактером фізико-хімічних процесів із середовищами, які очищуються, поділяються на групи:

• промивання викидів розчинниками, що не вступають у хімічну взаємодію із забруднювачами (метод абсорбції);

• промивання викидів розчинами, які вступають у хімічну взаємодію із забруднювачами (метод хемосорбції);

• поглинання газоподібних забруднювачів твердими ак­тивними речовинами (метод адсорбції);

• використання каталізаторів;

• термічна обробка викидів;

• біохімічне очищення газів.

У процесі абсорбції проходить конвективна дифузія паро­та газоподібних компонентів газу в рідині-поглиначі (абсор­бенті). Абсорбцію застосовують в основному для очищення вентиляційного повітря, яке відсмоктується від травильних і гальванічних ванн, а також для очищення технологічних газів. Процес абсорбції може здійснюватись періодично або безперервно. У першому випадку абсорбція триває до пов­ного насичення розчинника газоподібним компонентом, у другому — газ, який очищується, перебуває у постійному контакті зі свіжою промивною рідиною.

Хемосорбція полягає у промиванні газу, який очищається, розчинами, які вступають у хімічну реакцію з окремими газо­подібними компонентами, що містяться в газі.

логічних газів від сірководню, хлору, парів ртуті, сірчистого ангідриду.

Адсорбція — процес поглинання газів або парів поверхнею твердих тіл (адсорбентів) — активованого вугілля, силікагелів і алюмогелів, штучних і природних цеолітів, природних сор­бентів тощо. Застосовуються за незначного вмісту паро- та газоподібних компонентів у газі, який очищається. Адсор­бенти використовують у вигляді зерен розміром 2—8 мм або у пилоподібному стані. Адсорбція поділяється на фізичну ад­сорбцію та хемосорбцію.

Каталітичні методи використовують для перетворення токсичних компонентів промислових викидів у нешкід­ливі чи менш шкідливі речовини. Застосовують каталітичні процеси окиснення, відновлення та розкладання. Наприклад, вихлопні автомобільні гази очищають від оксиду Карбону шляхом його окиснення до вуглекислого газу на мідно-ман­гановому каталізаторі, що є сумішшю оксидів Мангану та Купруму. Каталітичне відновлення оксидів Нітрогену до N₂ здійснюють за допомогою відновників (водню, метану або аміаку) за присутності платино-паладієво-родієвих каталіза­торів у каталітичних реакторах.

Термічне знешкодження газів ґрунтується на високотемпе­ратурному спалюванні горючих домішок — окисненні зне­шкоджуваних компонентів киснем. Перевага методів терміч­ного знешкодження — невеликі розміри установок і простота їх обслуговування, можливість автоматизації, висока ефектив­ність знешкодження за низьких витрат, недолік — можливе вторинне забруднення атмосфери продуктами спалювання.

Біохімічне очищення газів полягає у сорбційному вловлю­ванні шкідливих домішок із газів, аеробному їх розкладанні та асиміляції мікроорганізмами. Застосовується для дезо­дорації повітря, видалення із промислових газових викидів домішок аміаку, формальдегіду, фенолу, ціанистого водню, сполук Нітрогену та Сульфуру тощо.

10.5.3. Очищення промислових стоків

Методи очищення стічних вод можна розділити на: 1) ме­ханічні та механохімічні, 2) хімічні та фізико-хімічні, 3) біоло­гічні. Коли ж вони застосовуються разом, то метод очищення та знешкодження стічних вод називається комбінованим. Ви­користання того або іншого методу в кожному конкретному випадку визначається характером забруднення та ступенем шкідливості домішок (рис. 10.9).

Зміст механічних і механохімічних методів полягає в то­му, що із стічних вод відділяються механічні домішки. Бага-

Рис. 10.9. Класифікація методів очищення стічних вод

то вловлених домішок як цінні речовини використовуються у виробництві повторно.

У випадку застосування фізико-хімічних методів очищен­ня стічних вод видаляються тонкодисперсні та розчинені неорганічні домішки, руйнуються органічні речовини та ре­човини, які погано окиснюються.

Серед методів очищення стічних вод значну увагу приді­ляють біологічним методам, які засновані на використанні закономірностей біохімічного та фізіологічного самоочищен­ня річок й інших водойм. Стічні води перед біологічним очи­щенням проходять механічне, а після нього (для видалення хвороботворних бактерій) — і хімічне очищення, хлорування рідким хлором або хлорним вапном.

Вибір оптимальних технологічних схем очищення води — достатньо складне завдання, обумовлене переважним різно­маніттям домішок, які знаходяться у воді, і високими вимо­гами, які ставляться до якості очищення води. Обираючи спосіб очищення домішок, ураховують не тільки їх кількість у стічних водах і склад, а й вимоги, які повинні задоволь­няти очищені води: у випадку скидання до водойм — ГДС (гранично допустимі скиди) і ГДК (гранично допустимі кон­центрації речовин), а у випадку використання очищених стічних вод у виробництві — вимоги, необхідні для здійс­нення конкретних технологічних процесів.

Ступінь очищення стічних вод у випадку скидання їх у водойми визначається нормативами якості води водойми у розрахунковому створі і значною мірою залежить від фо­нових забруднень. Для зниження концентрацій шкідливих домішок, що містяться у стічних водах, до необхідних вели­чин потрібне достатньо глибоке очищення.

10.5.4. Екологічні заходи з оптимізації відпрацьованих земель і трансформованих екосистем

Землю часто називають годувальницею, однак не можна стверджувати, що ставлення до неї адекватне цій назві. Якщо говорити про Україну, то за останні десятиріччя значно по­гіршилися показники земельного фонду. Незначний приріст продукції землеробства досягається за рахунок стійкого ви­снаження та деградації ґрунтів. Зростає хімічне забруднення земельних ресурсів. Триває вилучення цінних сільськогоспо­дарських земель під промислове та інше будівництво (понад 100 тис. га щорічно). Величезна кількість відпрацьованих земель і трансформованих екосистем унаслідок використан­ня їх у гірничохімічній промисловості, для різного виду скла- довищ (полігонів твердих побутових відходів, виробничих відходів тощо) потребує їх оптимізації та відтворення. За­звичай заходи відтворення порушених і трансформованих екосистем включають фізичну (за необхідності) та біологічну рекультивацію (фітомеліорацію).

Фітомеліорація — процес використання природної пере­творювальної функції рослинності для оптимізації поруше­них екосистем. Фітоценотичний покрив, або автотрофний блок екосистеми, виробляє біомасу, фіксує вуглекислий газ і молекулярний азот, продукує кисень, бере участь у біохіміч­них циклах і ґрунтових процесах.

Виділяють три групи фітомеліорантів:

• спеціальні, в яких фітомеліоративна функція має про­відне значення (парки, лісопарки, захисні смуги тощо);

• продуктивні, в яких перше місце відводиться одержан­ню продукції, а фітомеліорація має другорядне значення (ліси, поля, луки, сади, виноградники тощо);

• рудеральні (бур’яни), які спонтанно виконують фіто- меліоративні функції.

Усі три категорії фітомеліорантів тою чи іншою мірою виконують перетворювальні функції: меліоративну (лісові культури, посадки та посіви рослин на рекультивованих землях), сануючу (санітарно-захисні смуги та лісові масиви), рекреаційну (парки та лісопарки), інженерно-захисну (поле­захисні та протиерозійні смуги), архітектурно-планувальну (міська система озеленення), естетичну (духовне виховання людини). Важливе місце відводиться фітомеліорації змінених ландшафтів — еродованих земель, кар’єрів, звалищ, тери­конів тощо.

Меліоративний напрям фітомеліорації забезпечує підви­щення меліорувальної ефективності фітоценозу, спрямова­ної на «поліпшення» едафотопу, кліматопу та біотичних компонентів: зооценозу та мікробоценозу. Одночасно від­бувається «самополіпшення» фітоценозу. Це може відбу­ватися завдяки самій природі (саморегулювання), а може здійснюватися за допомогою людини (керовані біогеоце- нози: плантації, газони, квітники, сади, польові культури тощо).

Інженерно-захисна фітомеліорація з перевагою латераль­но-активної функції спрямована на протидію різним геофі­зичним потокам, зокрема: а) вітро-сніговим; б) вітро-пило- піщаним; в) вітро-пило-димовим; г) вітро-водо-піщаним; д) водним; є) водно-ґрунтовим. Кожному з цих латеральних потоків відповідають різні методи та способи фітомеліора- тивних заходів.

Сануюча фітомеліорація виконує санітарно-гігієнічні функції — кисневидільні, фільтруючі, фітонцидні, іонізуючі тощо. Найвищу сануючу фітомеліоративну ефективність має висока зелень лісів і парків (деревні посадки).

Рекреаційна фітомеліорація пов’язана з використанням рослинного покриву міст і приміських зон для відпочинку населення (лісопарки, парки, лугопарки, гідропарки, сади та сквери, набережні та бульвари). Сюди варто віднести і зелень колективних садів і городів, де праця поєднана з фізичним і психологічним відпочинком людей, які часто страждають на гіподинамію.

Етико-естетична фітомеліорація базується на досягненнях фітодизайну, виховує в населенні високу духовність, розви­ває естетичні смаки.

Архітектурно-планувальна фітомеліорація забезпечується системою озеленення міст. В Україні ця система озеленення одержала назву комплексної зеленої зони міст і робітничих селищ.

Слід зазначити, що в умовах урбанізованого ландшафту весь рослинний покрив відіграє фітомеліоративну функцію. Виділяють три категорії фітомеліорантів:

1) спеціальні, де зовсім виключається господарська діяль­ність, спрямована на одержання продукції (лісопарки, парки, сади та сквери, заповідники, заказники тощо);

2) продукційні, де фітомеліоративні функції виконуються без шкоди для головного продукційного використання (ліси, агроценози, помологоценози, вітаценози, стрипоценози, пра- тоценози тощо);

3) рудеральні — спонтанна рудеральна (бур’яниста) рос­линність, яка часто виконує таку ж роль, як і вищезгадана культурна рослинність міста.

Ефективність фітомеліоративної системи визначається як:

• відношення кількості поглинутої забруднюючої речовини до загальної кількості речовини, яка надходить ззовні за певний час (у випадку фільтруючої функції — за механізмом опору зовнішнім впливам);

відношення кількості виділеної рослинами речовини (за певний час у певному обсязі) до кількості речовини у вис­хідний момент часу до початку роботи фітомеліоративної системи (у випадку роботи системи — за принципом по­силення);

Для визначення фітомеліоративної ефективності рекуль- тивувальних систем використовуються непрямі показники (наприклад, вміст гумусу у ґрунті до рекультивації та після того, як мине певний періода після введення в дію фітомеліо- ративної системи).

Найбільшою ефективністю вирізняються багатовидові, багатоярусні фітомеліоративні системи деревинно-чагар­никових насаджень. Трав’янисті рудеральні угрупован­ня в цілому поступаються за ефективністю природним трав’янистим і деревно-чагарниковим, але виконують ряд важливих функцій в урбоекосистемі (закріплюють пору­шені субстрати, перешкоджаючи запиленню атмосфери, поглинають значну кількість токсичних речовин, що над­ходять у навколишнє середовище з викидами підприємств і вихлопних газів від автотранспорту, наприклад до 400 г Плюмбуму/га на рік).

Різні фітомеліоративні системи функціонально допов­нюють одна одну, тому в кожному випадку доцільно вико­ристовувати всі можливі фітомеліоранти в комбінаціях, що дозволяють максимізувати бажаний ефект.

10.6.