Экологические проблемы мегаполисов

Особую проблему составляет увеличение уровня вибрации в городских районах, главным источником чего является транспорт. Данная проблема мало исследована, однако несомненно, что ее значение будет возрастать. Вибрация способствует более быстрому износу и разрушению зданий и сооружений, но самое существенное, что она может отрицательно влиять на наиболее точные технологические процессы. Особенно важно подчеркнуть, что наибольший вред вибрация приносит передовым отраслям промышленности и соответственно ее рост может оказывать ограничивающее влияние на возможности научно-технического прогресса в городах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Загрязнение  водного бассейна.

Загрязнение водного  бассейна в городах следует рассматривать  в двух аспектах – загрязнение  воды в зоне водопотребления и загрязнение водного бассейна в черте города за счет его стоков.

Загрязнение воды в зоне водопотребления является серьезным  фактором, ухудшающим экологическое  состояние городов. Оно производится как за счет сброса части неочищенных  стоков городов и предприятий, расположенных  выше зоны водозабора данного города и загрязнения воды речным транспортом, так и за счет попадания в водоемы части удобрений и ядохимикатов, вносимых на поля. Причем, если с первыми видами загрязнения можно путем строительства очистных сооружений бороться эффективно, то предотвратить загрязнение водного бассейна, производимое сельскохозяйственными мероприятиями, очень сложно. В зонах повышенного увлажнения около 20% удобрений и ядохимикатов, вносимых в почву, попадает в водотоки. Это, в свою очередь, может приводить к эвтрофикации водоемов, которая еще больше ухудшает качество воды.

Важно заметить, что водоочистные сооружения водопроводов не в состоянии  очистить питьевую воду от растворов  указанных веществ, поэтому питьевая вода может содержать их в себе в повышенных концентрациях и  отрицательно повлиять на здоровье человека. Рост химизации сельского хозяйства неизбежно будет приводить к увеличению количества удобрений и ядохимикатов, вносимых в почву, и соответственно с этим их концентрация в воде будет увеличиваться.

Борьба с таким видом загрязнений требует использования удобрений и ядохимикатов в зонах водосбора исключительно в гранулированной форме, разработки и внедрения быстроразлагающихся ядохимикатов, а также биологических методов защиты растений.

Города также являются мощными источниками загрязнения водного бассейна. В крупных городах в расчете на одного жителя (с учетом загрязненных поверхностных стоков) ежесуточно сбрасывается в водоемы около 1 м3 загрязненных стоков. Поэтому города нуждаются в мощных очистных сооружениях.

Еще в Древнем Риме строили акведуки для снабжения свежей водой и “Cloaca maxima” - канализационную сеть, бассейна отстойника и тем самым предотвращение засорения канализации и образования продуктов гниения (“дортмундские колодцы” и “ эмские колодцы”).

Другим методом обезвреживания сточных вод была их очистка с помощью полей орошения, т. е. спуск сточных вод на специально подготовленные поля. При Однако лишь в середине прошлого столетия начались разработка методов очистки сточных вод и систематическое строительство канализационных сетей в городах.

Сначала были созданы  установки механической очистки. Сущность этой очистки заключалась в осаждении  находящихся в сточных водах  твердых частиц на дно, при просачивании через песчаный грунт сточные  воды отфильтровывались и осветлялись. И только после открытия в 1914 г. Биологического ила появилась возможность разработки современных технологий очистки сточных вод, включающих в себя возврат (рецикл) биологического ила в новую порцию сточных вод и одновременную аэрацию суспензии. Все методы очистки сточных вод, разработанные в последующие годы и до настоящего времени, не содержат никаких существенно новых решений, а лишь оптимизируют разработанный ранее метод, ограничиваясь различными комбинациями известных стадий технологического процесса. Исключение составляют физико-химические методы очистки, в которых используются физические методы и химические реакции, специально подобранные для удаления веществ, содержащихся в сточных водах (табл. 2).

Сточные воды предприятий (например, нефтеперерабатывающих) вначале подвергаются физико-химической очистке, а затем биологической. Содержание вредных веществ в сточных водах, поступающих на биологическую очистку не должно превышать определенных значений (табл. 3).

Таблица 2. Физико-химическая очистка сточных вод

 

1	Нейтрализация
2	Флокуляция (объединение  коллоидных частиц в рыхлые хлопьевидные агрегаты) и осаждение
3	Умягчение сточных вод
4	Очистка скребками и  перегонка
5	Адсорбция, ионный обмен, экстракция
6	Обратный осмос и  ультрафильтрация
7	Удаление аммиака биологические методы (нитрификация) физико-химические методы (очистка, ионный обмен, обратный осмос, отгонка с паром)
8	Окислительная очистка  сточных вод сжигание влажное окисление H2O2 / Fe2+ (реагент Фентона) O3 (озонирование)

 

Таблица 3. Предельные значения концентрации загрязняющих веществ в сточных водах нефтеперегонных заводов, направляемых на биологическую очистку

 

Вещества и параметры	Предельные значения
Масла и жиры	< 75 мг / л
Сульфиды	< 200 мг / л
Осаждаемые вещества	< 125 мг / л
Тяжелые металлы (например, Ni, Cr)	Менее предела токсичности  для организмов
PH	5 -9
Температура	< 36 оС

 

 

 

Таблица 4. Усредненные характеристики просачивающихся вод из хранилищ (свалок) городского бытового мусора (через 6-8 лет после закладки на хранение)

 

Значение pH	6,5 - 9,0
Сухой остаток	20000 мл / л
Нерастворимые вещества	2000 мг / л
Электрическая проводимость (20 оС)	20000 мкСм / см
Неорганические компоненты
Соединения щелочных и щелочноземельных металлов (в расчете  на металл)	8000 мг / л
Соединения тяжелых  металлов (в расчете на металл)	10 мг / л
Соединения железа (общее Fe)	1000 мг / л
NH4	1000 мг / л
SO2-	1500 мг / л
HCO3	10000 мг / л
Органические компоненты
БПК (биохимическое потребление  кислорода за 5 суток)	4000 мг / л
ХПК (химическое потребление  кислорода)	6000 мг / л
Фенол	50 мг / л
Детергент	50 мг / л
Вещества, экстрагируемые метиленхлоридом	600 мг / л
Органические кислоты  отгоняемые водяным паром (в расчете  на уксусную кислоту)	1000 мг / л

 

Но эксплуатация многих станций на основе ила связано со значительными трудностями. Так, при работе станции биологической очистки сточных вод городов образуется около 1,5-2 т отработанного ила в год в расчете на одного жителя. Использование этого ила в качестве удобрения для столовых сельскохозяйственных культур недопустимо, так как он содержит в себе большое количество токсических веществ, не подлежащих разложению. В настоящее время такой ил складируется на суше, занимая значительные территории, и вызывает загрязнение почвенных вод. Причем из ила, прежде всего, вымываются наиболее токсические элементы, содержащие соединения тяжелых металлов, представляющие особую опасность для биосферы. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Из металлов наиболее токсичными являются ртуть, медь, цинк, а также кадмий.

 Наиболее перспективным решением этой проблемы является внедрение в практику технологических систем, предусматривающих получение из ила газа с последующим сжиганием остатков иловой массы.

Особую проблему представляет проникновение загрязненных поверхностных  стоков в подпочвенные воды. Поверхностные  стоки городов всегда имеют повышенную кислотность. Если под городом располагаются  меловые отложения и известняки, проникновение в них закисленных вод неизбежно приводит к возникновению антропогенного карста. Пустоты, образующиеся в результате антропогенного карста непосредственно под городом, могут представлять серьезную угрозу для зданий и сооружений, поэтому в городах, в которых существует реальный риск его возникновения, необходима специальная геологическая служба по прогнозу и предотвращению его последствий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Микроклиматические характеристики городов.

Хозяйственная деятельность, планировка жилых кварталов, ограниченное количество зеленых насаждений приводят к тому, что в городах, особенно крупных, складывается свой микроклимат, который в целом ухудшает его экологические характеристики.

В безветренные дни над  крупными городами на высоте 100-150 м может образовываться слой температурной инверсии, который задерживает загрязненные массы воздуха над территорией города. Это наряду со значительными тепловыми выбросами и интенсивным нагревом каменных, кирпичных и железобетонных сооружений приводит к нагреву центральных районов города. В зимние безветренные дни перепад температур воздуха между центром и окраинами Петербурга может достигать 10° С.

Значительная загазованность воздушного бассейна, в свою очередь, приводит к уменьшению инсоляции и сокращению поступления к поверхности земли ультрафиолетового излучения. Это отрицательно влияет на здоровье горожан, поскольку при пониженной инсоляции замедляется выведение из организма ряда токсических веществ, в частности тяжелых металлов и их соединений, помимо этого пониженная инсоляция тормозит синтез в организме ряда важных ферментов. Между тем жители больших городов очень часто, особенно в зимнее время, испытывают дефицит инсоляции.

Особо следует сказать  о неблагоприятных ветровых режимах, возникающих во многих районах новостроек со свободной застройкой. Хорошо известно, что перепады атмосферного давления, в особенности его снижение, весьма неблагоприятно сказываются на самочувствии людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями. Вместе с тем во многих районах новостроек из-за нерациональной планировки кварталов в отдельных их точках могут наблюдаться местные падения атмосферного давления. Так, в небольших промежутках между двумя крупными домами при определенных направлениях ветра скорость ветровых потоков может значительно возрастать. Согласно законам аэродинамики в этих точках происходит местное падение атмосферного давления (до десятков миллибар), которое с внутренней стороны квартала приобретает пульсирующий характер (частота около 5-6 Гц). Зона подобного пульсирующего давления распространяется на 15-20м в стороны от промежутка между домами. Сходное, хотя и менее четко выраженное положение наблюдается и на верхних этажах зданий с плоской кровлей. Излишне говорить, что пребывание в этих зонах людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, может отрицательно влиять на их здоровье.

Решение данной проблемы постоянно требует проведения в  районах новостроек комплекса мер  по нормализации ветрового режима в  отдельных микрорайонах за счет более рациональной планировки кварталов, строительства ветрозащитных сооружений и высадки зеленых насаждений.

 

 

 

 

 

 

 

5. Зеленые насаждения  в городах.

Наличие в городах  зеленых насаждений является одним  из наиболее благоприятных экологических  факторов. Зеленые насаждения активно очищают атмосферу, кондиционируют воздух, снижают уровень шумов, препятствуют возникновению неблагоприятных ветровых режимов, кроме того, зелень в городах благотворно действует на эмоциональное состояние человека. При этом зеленые насаждения должны быть максимально приближены к месту жительства человека, только тогда они могут оказывать максимальный положительный экологический эффект.

Однако в городах  зеленые насаждения расположены  крайне неравномерно. Так, в Санкт-Петербурге при общей обеспеченности зелеными насаждениями около 20 м2 на одного жителя степень обеспеченности населения зелеными насаждениями колеблется в пределах от 31,5 м2 на жителя в северо-западных районах до 5 м2— в центральных. Понятно, что в центральных районах городов практически невозможно отыскать более или менее значительные площади для расширения зеленых насаждений, тем более следует максимально использовать имеющиеся возможности. Здесь наиболее перспективным является развитие вертикального озеленения, возможности которого весьма широки.

Зеленое строительство  в районах новостроек также сопряжено  с немалыми трудностями как технического, так и экономического характера. Стоимость озеленения 1 га территории обходится в среднем в 20 тыс. руб., а устройство газона на той же территории – 6 тыс. руб. Озеленение мелких участков стоит еще дороже, достигая 10-15 тыс. руб. за 1 м2. Ясно, что в последнем случае дешевле и проще асфальтировать дворовую территорию, чем озеленять ее. В техническом отношении зеленое строительство затрудняется захламленностью территории новостроек и захораниванием в почве отходов строительства. Однако максимально возможное озеленение городских территорий относится к числу наиболее важных экологических мероприятий в городах.

Завершая разбор основных факторов, формирующих экологическое состояние в городах, остановимся еще на одной проблеме, непосредственно связанной с экологией человека. Выше указывались факторы, формирующие окружающую среду городов, между тем взрослый житель крупного города в будний день подавляющую часть времени проводит в замкнутых пространствах – 9 час. на работе, 10-12 – дома и не менее часа в транспорте, магазинах и других общественных местах и, таким образом, непосредственно соприкасается с окружающей средой города приблизительно 2-3 часа в день. Этот факт заставляет обратить особенно серьезное внимание на экологические характеристики производственной и жилой сред.