I. Общие экологические проблемы городов
| Вид материала | Документы |
- Решение (проект) 4-ой Всероссийской научно-практической конференции " Экологические, 55.94kb.
- Урбоэкология и социально-экологические проблемы городов, 177.73kb.
- Тема урока: «Экологические проблемы». Учебный предмет, 379.47kb.
- Курс лекций «Глобальные эколого-экономические проблемы» Лекция Экологические проблемы, 2173.17kb.
- На конференции предполагается обсудить следующие вопросы: методология экологической, 66.5kb.
- Vi международная конференция «экогидромет - 2012» Экологические и гидрометеорологические, 30.2kb.
- Методика создания базы данных электронной модели рельефа. Современное состояние и экологические, 71.06kb.
- Экологические проблемы Республики Татарстан, 86.66kb.
- Загрязнение, 142.23kb.
- Экологические проблемы городов, 105.1kb.
Глава I.Общие экологические проблемы городов.
Экологические проблемы городов, главным образом наиболее крупных из них, связаны с чрезмерной концентрацией на сравнительно небольших территориях населения, транспорта и промышленных предприятий, с образованием антропогенных ландшафтов, очень далеких от состояния экологического равновесия.
Темпы роста населения мира в 1.5-2.0 раза ниже роста городского населения, к которому сегодня относится 40% людей планеты. За период 1939 – 1979 гг. население крупных городов выросло в 4, в средних – в 3 и малых – в 2 раза.
Социально-экономическая обстановка привела к неуправляемости процесса урбанизации во многих странах, в том числе и у нас в России. Помимо крупных городов-миллионеров быстро растут городские агломерации или слившиеся города, примером может служить Москва, Кузбасс и другие.
Круговорот вещества и энергии в городах значительно превосходит таковой в сельской местности. Средняя плотность естественного потока энергии Земли – 180 Вт/м2, доля антропогенной энергии в нем – 0.1 Вт/м2. В городах она возрастает до 30-40 Вт/м2.
Над крупными городами атмосфера содержит в 10 раз больше аэрозолей и в 25 раз больше газов. При этом 60-70% газового загрязнения дает автомобильный транспорт. Более активная конденсация влаги приводит к увеличению осадков на 5-10%. Самоочищению атмосферы препятствует снижение на 10-20% солнечной радиации и скорости ветра.
При малой подвижности воздуха тепловые аномалии над городом охватывают слои атмосферы в 250-400 м, а контрасты температуры могут достигать 5-6С. С ними связаны температурные инверсии, приводящие к повышенному загрязнению, туманам и смогу.
Города потребляют в 10 и более раз больше воды в расчете на 1 человека, чем сельские районы, а загрязнение водоемов достигает катастрофических размеров. Объемы сточных вод достигают 1м2 в сутки на одного человека. Поэтому практически все крупные города испытывают дефицит водных ресурсов и многие из них получают воду из удаленных источников.
Водоносные горизонты под городами сильно истощены в результате непрерывных откачек скважинами и колодцами, а, кроме того, загрязнены на значительную глубину.
Коренному преобразованию подвергается и почвенный покров городских территорий. На больших площадях, под магистралями и кварталами, он физически уничтожается, а в зонах рекреаций – парки, скверы, дворы – сильно уничтожается, загрязняется бытовыми отходами, вредными веществами из атмосферы, обогащается тяжелыми металлами, обнаженность почв способствует водной и ветровой эрозии.
Растительный покров городов обычно практически полностью представлен “культурными насаждениями” – парками, скверами, газонами, цветниками, аллеями. Структура антропогенных фитоценозов не соответствует зональным и региональным типам естественной растительности. Поэтому развитие зеленых насаждений городов протекает в искусственных условиях, постоянно поддерживается человеком. Многолетние растения в городах развиваются в условиях сильного угнетения.
Состояние воздушного бассейна
Для большинства крупных городов характерно чрезвычайно сильное и интенсивное загрязнение атмосферы. По большинству загрязняющих агентов, а их в городе насчитывается сотни, можно с уверенностью сказать, что они, как правило, превышают предельно допустимые концентрации. Более того, поскольку в городе наблюдается одновременное воздействие множества загрязняющих агентов, их совместное действие может оказаться еще более значительным. Широко распространено мнение о том, что с увеличением размеров города, возрастает и концентрация различных загрязняющих веществ в его атмосфере, однако в действительности, если рассчитывать среднюю концентрацию загрязнений на всю территорию города, то в многофункциональных городах с населением более 100 тыс. человек она находится примерно на одном и том же уровне и с увеличением размеров города практически не возрастает. Это объясняется тем, что одновременно с увеличением объемов выбросов, возрастающих пропорционально росту численности населения, расширяется и площадь городской застройки, которая и выравнивает средние концентрации загрязнения в атмосфере.
Существенной особенностью крупных городов с населением более 500 тыс. человек является то, что с увеличением территории города и численности его жителей в них неуклонно возрастает дифференциация концентраций загрязнения в различных районах. Наряду с невысокими уровнями концентрации загрязнения в периферийных районах, она резко увеличивается в зонах крупных промышленных предприятий и, в особенности в центральных районах. В последних, несмотря на отсутствие в них крупных промышленных предприятий, как правило, всегда наблюдаются повышенные концентрации загрязнителей атмосферы. Это вызывается как тем, что в этих районах наблюдается интенсивное движение автотранспорта, так и тем, что в центральных районах атмосферный воздух обычно на несколько градусов выше, чем в периферийных, – это приводит к появлению над центрами городов восходящих воздушных потоков, засасывающих загрязненный воздух из промышленных районов, расположенных на ближней периферии. При анализе процессов загрязнения атмосферы городов весьма существенно различие между загрязнениями, производимыми стационарными и мобильными источниками. Как правило, с увеличением размера города доля мобильных источников загрязнения (в основном автотранспорта) в общем, загрязнении атмосферы возрастает, достигая 60 и даже 70%.
Проследим, каков же объем веществ выбрасывается условным городом с населением в 1млн человек в год. (Работа над такой моделью была предпринята экологами Б.Б. Прохоровым и Ю.Н. Лапиным). Первоначально в качестве базовой модели был выбран условный город с численностью населения в 1 млн. жителей, многофункциональный — в нем представлены основные виды промышленности. Для создания модели эталонного города использовались сведения о различных городах, которые с соответствующими поправками пересчитывались применительно к выбранной модели. Модель составлялась по принципу баланса: на входе — вещества, поступающие в город в виде сырья, ресурсов, пищевых продуктов, а на выходе - выбросы в атмосферу, промышленные и бытовые стоки, в природные воды и отходы, поступающие на городские свалки. Мы можем с полной уверенностью применить этот эталон и к городам Сибири, т.к. они в основном являются промышленными, то по уровню загрязнения условно их можно сопоставить с городами-миллионерами).
Таблица 1
Выбросы (в тыс.т/год) в атмосферу города с населением
1 млн. человек (1, с. 27)
| Ингредиенты атмосферных выбросов | Количество |
| Вода (пар, аэрозоль) | 10800 |
| Углекислый газ | 1200 |
| Сернистый ангидрид | 240 |
| Окись углерода | 240 |
| Пыль | 180 |
| Углеводороды | 108 |
| Окислы азота | 60 |
| Органические вещества (фенолы, бензол, спирты, растворители, жирные кислоты...) | 8 |
| Хлор, аэрозоли соляной кислоты | 5 |
| Сероводород | 5 |
| Аммиак | 1,4 |
| Фториды (в перерасчете на фтор) | 1,2 |
| Сероуглерод | 1.0 |
| Цианистый водород | 0,3 |
| Соединения свинца | 0,5 |
| Никель (в составе пыли) | 0,042 |
| ПАУ (в том числе бензапирен) | 0,08 |
| Мышьяк | 0,031 |
| Уран (в составе пыли) | 0,024 |
| Кобальт (в составе пыли) | 0,018 |
| Ртуть | 0.0084 |
| Кадмий (в составе пыли) | 0,0015 |
| Бериллий (в составе пыли) | 0,0012 |
Существующие соотношения между стационарными и мобильными источниками загрязнения атмосферного воздуха в значительной мере определяют его характер.
Рассмотрим вначале основные стационарные источники выбросов в атмосферу. От 60% до 96% эмиссии вредных веществ приходится на производство энергии
Таблица 2
Выбросы в атмосферу электростанцией мощностью 1000МВт (в тоннах в год).
(6, с.19)
| | Выбросы | ||||
| Топливо | Частицы | СО | NOx | SO2 | Углеводороды |
| Уголь | 3000 | 2000 | 27000 | 110000 | 400 |
| Нефть | 1200 | 700 | 25000 | 37000 | 470 |
| Природный газ | 500 | - | 20000 | 20,4 | 34 |
Конечно, по сравнению с энергетикой глобальное загрязнение посредством химической промышленности невелико, но это тоже достаточно ощутимое локальное воздействие. Большинство органических полупродуктов и конечная продукция, применяемая или производимая в отраслях химической промышленности, изготавливается из ограниченного числа основных продуктов нефтехимии. При переработке сырой нефти или природного газа на различных стадиях процесса, например, перегонке, каталитическом крекинге, удалении серы и алкилировании, возникают как газообразные, так и растворенные в воде и сбрасываемые в канализацию отходы. К ним относятся остатки и отходы технологических процессов, не поддающиеся дальнейшей переработке. Эти проблемы имеют место быть в большинстве промышленных городов Сибири.
Газообразные выбросы установок перегонки и крекинга при переработке нефти, имеющем место в таких городах, как Омск и Ангарск, в основном содержат углеводороды, моноксид углерода, сероводород, аммиак и оксиды азота. Та часть этих веществ, которую удается собрать в газоуловителях перед выходом в атмосферу, сжигается в факелах, в результате чего появляются продукты сгорания углеводородов, моноксид углерода, оксиды азота и диоксид серы. При сжигании кислотных продуктов алкилирования образуется фтороводород, поступающий в атмосферу. Также имеют место неконтролируемые эмиссии, вызванные различными утечками, недостатками в обслуживании оборудования, нарушениями технологического процесса, авариями, а также испарением газообразных веществ из технологической системы водоснабжения и из сточных вод.
Из всех видов химических производств, присутствующих в таких сибирских городах, как Омск, Кемерово, Караганда и др., наибольшее загрязнение дают те, где изготавливаются или используются лаки и краски. Это связано с тем, что лаки и краски часто изготавливают на основе алкидных и иных полимерных материалов, а также нитролаков, обычно они содержат большой процент растворителя. Выбросы антропогенных органических веществ в производствах, связанных с применением лаков и красок составляет 350 тыс. т в год, остальные производства химической промышленности в целом выделяют 170 тыс. т год.
В отличие от стационарных источников загрязнение воздушного бассейна автотранспортом происходит на небольшой высоте и практически всегда имеет локальный характер. Так, концентрации загрязнений, производимых автомобильным транспортом, быстро уменьшаются по мере отдаления от транспортной магистрали, а при наличии достаточно высоких преград (например, в закрытых дворах домов) могут снижаться более чем в 10 раз.
В целом выбросы автотранспорта значительно более токсичны, чем выбросы, производимые стационарными источниками. Наряду с угарным газом, окислами азота и сажей (у дизельных автомашин) работающий автомобиль выделяет в окружающую среду более 200 веществ и соединений, обладающих токсическим действием. Среди них следует выделить соединения тяжелых металлов и некоторые углеводороды, особенно бензапирен, обладающий выраженным канцерогенным эффектом.
Несомненно, что в ближайшем будущем загрязнение воздушного бассейна городов автомобильным транспортом будет представлять наибольшую опасность. Это объясняется главным образом тем, что в настоящее время еще не существует кардинальных решений данной проблемы, хотя нет недостатка в отдельных технических проектах и рекомендации.
Результатом загрязнения атмосферы становится такое характерное для множества промышленных городов Сибири явление, как фотохимический туман (смог).
Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят: озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и, в течение не менее суток, повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.
Характеризуя загрязнение воздушного бассейна города, необходимо упомянуть о том, что оно подвержено заметным колебаниям, вызываемым как погодными условиями, так и режимом работы предприятия и автотранспорта.
Как правило, загазованность атмосферы днем больше, чем ночью, зимой больше, чем летом, но и здесь встречаются исключения, связанные, например, с фотохимическим смогом в летнее время или образованием над городом застойных масс загрязненного воздуха в ночное время. Для городов, расположенных в различных климатических зонах и находящихся в специфических ландшафтных условиях, характерны различные типы критических ситуаций, во время которых загазованность атмосферы может достигать критических значений, но во всех случаях они связываются с продолжительной безветренной погодой.
Загрязнение атмосферного воздуха является самой серьезной экологической проблемой современного города, оно наносит значительный ущерб здоровью горожан, материально-техническим объектам, расположенным в городе (зданиям, объектам, сооружениям, промышленному и транспортному оборудованию, коммуникациям, промышленной продукции, сырью и полуфабрикатам) и зеленым насаждениям.
Многие техногенные вещества, попадающие в воздушную среду городов, являются опасными загрязнителями. Они наносят ущерб здоровью людей, живой природе, материальным ценностям. Некоторые из них в силу длительного существования в атмосфере переносятся на большие расстояния, из-за чего проблема загрязнения превращается из локальной в международную. В основном это касается загрязнений окислами серы и азота. Быстрое накопление этих загрязнителей в атмосфере Северного полушария (годовой прирост 5%) породило такое явление, как кислые и подкисленные осадки. Они подавляют биологическую продуктивность почв и водоемов, особенно тех из них, которые обладают собственной высокой кислотностью. Разберем для примера лишь воздействие загрязнения воздушного бассейна на материально-технические объекты только одним компонентом – сернистым газом, выбрасываемым в атмосферу городов при сжигании топлива.
Как показывают многочисленные исследования, повышенная концентрация сернистого газа в воздухе резко увеличивает коррозию металлов. Так, по данным шведских исследователей, особенно интенсивной является коррозия углеродистой стали в городах со значительным увлажнением воздуха и в особенности прилегающих к морским побережьям. Так, в Стокгольме наблюдается увеличение скорости коррозии в сравнении с Кируной, находящейся в субарктической зоне, более чем в 15 раз. Хромированные покрытия в тех же условиях разрушаются в 2-3 раза быстрее.
Легко заметить, что с удорожанием стоимости промышленного оборудования и промышленной продукции ущерб, наносимый загрязнением воздушного бассейна, будет неуклонно возрастать. Более того, оказывается, что уже сейчас целый ряд наиболее передовых отраслей промышленности, таких как электроника, точное машиностроение и приборостроение, испытывают серьезные затруднения в своем развитии на территории городов. Предприятиям этих отраслей приходится затрачивать немалые средства на очистку воздуха, поступающего в цеха, и, несмотря на это, на производствах, расположенных в крупных городах, нарушения технологии, вызванные загрязнением воздушного бассейна, учащаются с каждым годом. Но даже если в цехах при производстве высокоточной и высоко кондиционной продукции можно создать условия, близкие к идеальным, то, выходя за пределы цеха, она начинает подвергаться разрушающему воздействию загрязняющих веществ и может быстро терять свое качество.
Таким образом, загрязнение воздушного бассейна становится реальным тормозом научно-технического прогресса в городах, действие которого будет постоянно усиливаться по мере повышения требований к чистоте технологий, росту точности промышленного оборудования и распространению микроминиатюризации.
Подобный же рост ущерба наблюдается при ускоренном разрушении фасадов зданий в загрязненной атмосфере городов.