Разработка способов интегральной оценки влияния городов на состояние окружающей среды и технических решений по минимизации приоритетных факторов химического воздействия
На правах рукописи
Кузнецов Владимир Алексеевич Разработка способов интегральной оценки влияния городов на состояние окружающей среды и технических решений по минимизации приоритетных факторов химического воздействия 03.00.16 «Экология»
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Москва, 2009
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева» Научный консультант :
член - корреспондент РАН, доктор химических наук, профессор Тарасова Наталия Павловна Официальные оппоненты Доктор технических наук
Ученый секретарь РХТУ им. Д.И.Менделеева, профессор Гусева Татьяна Валериановна Доктор физико-математических наук руководитель лаборатории газовых примесей атмосферы Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, профессор Еланский Николай Филиппович Доктор технических наук, заведующий кафедрой промышленной экологии и использования отходов Института повышения экономической квалификации государственных служащих Российской академии государственной службы при Президенте Российской Федерации, профессор Дуденков Сталь Васильевич Ведущая организация Московский государственный университет инженерной экологии.
Защита состоится 10 декабря 2009 года в 11.00 на заседании диссертационного совета Д.212.204.14 при Российском химико-технологическом университете им. Д.И.
Менделеева по адресу: 125047, г. Москва, Миусская пл., д.9 в конференц-зале
С диссертацией можно ознакомиться в Информационно-библиотечном центре РХТУ им. Д.И. Менделеева Автореферат диссертации разослан 10 ноября 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Д.212.204. доктор химических наук д.х.н., профессор Ю.В.Сметанников
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы Одним из условий сохранения жизни на Земле является стабилизация состояния абиотических компонентов окружающей среды, поскольку их относительное постоянство или изменение в пределах, не превышающих скорости адаптации живых организмов, является одним из важнейших условий сохранения, как отдельных экосистем, так и биосферы в целом.
Наибольшее воздействие на абиотические компоненты окружающей среды человечество, безусловно, оказывает в промышленных центрах и городах, в которых проживает основное количество населения нашей страны и более половины населения планеты в целом. Среди особенностей воздействия городов на состояние окружающей среды необходимо отметить высокую изменчивость воздействия на отдельных участках их территории. Однако, в соответствии с действующей в Российской Федерации системой мониторинга состояния атмосферного воздуха и поверхностных вод, систематическое наблюдение проводится на весьма ограниченном количестве контрольных постов. В то же время при переходе к устойчивому развитию городов крайне необходима подробная информация о состоянии атмосферного воздуха не только в отдельных зонах, но и на каждом однородном участке их территории.
Увеличение количества контрольных постов наблюдения требует значительных материальных затрат, а в некоторых случаях, например, при контроле на городских особо охраняемых территориях, крайне затруднено.
Анализ состояния поверхностных вод в Российской Федерации проводится на основании данных о содержании примесей в воде контрольных створов водотоков и водоемов. В некоторых весьма ограниченных случаях проводится определение массы примесей, проходящих через контрольные створы. В городах контрольные створы организованы в основном на главных водотоках, в весьма ограниченном количестве имеются створы на основных притоках первой степени и практически отсутствуют створы на притоках второй степени. Крайне ограничены данные о массе примесей, поступающих в малые реки на отдельных участках городских территорий. При анализе результатов наблюдений редко проводится ранжирование по степени опасности, учитывающее массу и токсичность примеси. В то же время, эти данные крайне необходимы для определения приоритетов при наблюдении и контроле загрязняющих веществ и обосновании направлений природоохранной деятельности.
Оценка динамики развития и эффективности проводимых природоохранных мероприятий проводится на основании индикаторов состояния окружающей среды. Однако известные в настоящее время экологические индикаторы устойчивого развития носят обобщенный характер и не отражают ситуацию, складывающуюся на отдельных участках городов. Для такого анализа необходима разработка региональных экологических индикаторов состояния абиотических компонентов окружающей среды.
Задача стабилизации состояния окружающей среды не может быть решена только совершенствованием системы наблюдения за ее отдельными компонентами, необходима разработка новых технических решений, позволяющих минимизировать антропогенные воздействия.
Поэтому данная работа посвящена разработке новых способов интегральной оценки состояния абиотических компонентов окружающей среды в городах, в том числе на городских особо охраняемых природных территориях (ООПТ);
совершенствованию механизмов использования результатов наблюдения за состоянием окружающей среды и разработке технических решений по минимизации воздействия приоритетных примесей.
Данные направления исследования соответствуют Перечню приоритетных направлений развития науки и техники, утвержденному 21 июля 1996 г. N 2727п-П8 (Экология и рациональное природопользование) (критические технологии федерального уровня - «Технологии мониторинга природно-техногенной сферы» и «Технологии неистощительного природопользования»), Списку приоритетных направлений развития науки, технологий и техники от 21 мая 2006 г. Пр-842 («Рациональное природопользование» код 6, критические технологии Российской Федерации «Технологии оценки ресурсов и прогнозирования состояния литосферы и биосферы»). Настоящая работа проводилась в рамках Государственной научно технической программы «Экологически безопасные процессы химии и химической технологии", Федеральной программы “Экологическая безопасность России” (1990-93 г.г.);
постановлений Правительства Москвы от 24.06.2003 г. №482-ПП, от 19 октября 2004 г. N 714-ПП,, от 6 июня 2006 года № 378-ПП;
Целевой среднесрочной экологической программы города Москвы на 2006 – 2008 годы.
Цель работы - совершенствование способов интегральной оценки состояния абиотических компонентов окружающей среды в городах, разработка механизмов использования результатов такой оценки при определении направлений природоохранных действий и выборе технических решений по минимизации приоритетных факторов химического воздействия.
В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решались следующие задачи:
• разработка способов интегральной оценки загрязнения атмосферного воздуха на основе процессов сухого осаждения примесей на искусственную подстилающую поверхность и водных объектов (малых рек на урбанизированных территориях) на основе характеристик их состояния и балансовых моделей;
• разработка механизмов использования результатов интегральных оценок для определения региональных экологических индикаторов, позволяющих выделять приоритетные направления деятельности по стабилизации состояния окружающей среды и исследовать динамику изменения состояния на отдельных участках городских территорий;
• создание экологически эффективных технологических процессов и оборудования для минимизации приоритетных факторов химического воздействия.
Научная новизна заключается в следующем:
• на основании результатов многочисленных экспериментов доказана возможность проведения интегральной (по времени и по примесям) оценки загрязнения приземного слоя воздуха при анализе данных совместного осаждения соединений серы, азота, фтора и хлора на искусственную подстилающую поверхность;
• разработаны и научно обоснованы способы использования процессов сухого осаждения примесей на искусственную подстилающую поверхность для определения значений атмосферной нагрузки по отдельным примесям или группе примесей с целью получения наглядной картины географического распределения примесей на отдельных участках городов, в том числе на особо охраняемых природных территориях, определения границ зон различного функционального назначения на городских ООПТ и степени рекреационной привлекательности отдельных участков;
• предложен региональный экологический индикатор состояния атмосферного воздуха, учитывающий значения атмосферной нагрузки по отдельным примесям или группе примесей., в различных точках наблюдения и минимально зарегистрированное значение атмосферной нагрузки, отмеченное за данный период наблюдения, позволяющий проводить анализ динамики загрязнения атмосферного воздуха в различные периоды времени. С использованием регионального экологического индикатора состояния атмосферного воздуха проведено обследование отдельных участков природного парка «Москворецкий» и природного заказника «Долина р. Сетунь» г. Москвы;
• обоснованы причины впервые установленных фактов увеличения концентрации примесей в приземном слое городской атмосферы при удалении от транспортных магистралей в зимний период времени и роста содержания оксидов азота в воздухе над природными территориями весной;
• доказано, что, вследствие особенностей формирования стока малых рек на урбанизированных территориях, отношение расходов воды в различных створах остается постоянным в течение года и может меняться лишь при значительных изменениях объемов сбросов сточных вод;
• впервые проведена оценка процессов глобальной миграции соединений фтора, которые, как показано в работе, относятся к приоритетным примесям, содержание которых необходимо контролировать во многих городах, определены масштабы поступлений соединений фтора в глобальный цикл из антропогенных источников и обоснованы пути организации техногенного кругооборота;
• разработаны новые технические решения по минимизации воздействия приоритетных примесей (органических соединений, взвешенных веществ, соединений азота, фтора, железа, марганца и др.) на абиотические компоненты окружающей среды и на человека;
научно-техническая новизна этих решений подтверждена 10-ю авторскими свидетельствами и патентами.
Практическая ценность работы состоит в том, что:
• в результате проведенных исследований получены данные о географическом распределении загрязняющих веществ на особо охраняемых природных территориях г. Москвы, а также в городах Чимкент, Джамбул, Иваново, Электросталь, Воскресенск, Кувандык;
выявлены участки территорий с высокими уровнями загрязнения;
определены приоритетные загрязняющие вещества и разработаны рекомендации по организации наблюдений и уменьшению воздействия этих веществ на состояние атмосферного воздуха (акты внедрения и долевого участия автора в достижении эколого экономического эффекта представлены в приложении к диссертации);
• разработаны методические указания по определению границ зон различного функционального назначения и рекомендации по оценке степени рекреационной привлекательности участков на городских особо охраняемых природных территориях. Результаты работы переданы в Департамент охраны окружающей среды и рационального природопользования г. Москвы и использованы при организации природоохранной деятельности на городских ООПТ (соответствующий акт представлен в приложении к диссертации);
• разработан способ проведения интегральной оценки воздействия города на состояние малых рек, использующийся при мониторинге состояния реки Сетунь (акт внедрения представлен в приложении к диссертации);
• разработанные устройства по минимизации воздействия на водные объекты и человека взвешенных веществ, соединений железа, марганца, нефтепродуктов, «активного» хлора, сульфидов и сероводорода сертифицированы, производятся в опытно-промышленном масштабе и используются для очистки воды и водоподготовки на различных предприятиях и в быту;
• результаты работы использованы при создании программ курса лекций «Химия окружающей среды» для различных категорий слушателей и учебных пособий.
Автор выносит на защиту следующие основные результаты работы:
1. Способ проведения интегральной оценки влияния городов на состояние приземного воздуха по интенсивности сухого осаждения газообразных и аэрозольных примесей и механизмы ее использования для оценки состояния окружающей среды, определения значений атмосферной нагрузки, региональных индикаторов состояния атмосферного воздуха в городах, а также границ зон различного функционального назначения и степени рекреационной привлекательности участков на городских особо охраняемых природных территориях.
2. Результаты оценки процессов глобальной миграции соединений фтора, которые во многих городах должны быть отнесены к приоритетным примесям;
масштабов антропогенных поступлений соединений фтора в кругооборот и рекомендации по организации техногенного кругооборота фтора.
3. Способ повышения эффективности мониторинга состояния малых рек в городах, позволяющий определить доли поступления примесей на различных участках их русла на основе текущих значений концентраций примесей и разовых замеров расхода воды в контрольных створах.
5. Технические решения по уменьшению поступления в окружающую среду соединений фтора, железа, марганца, взвешенных веществ, нефтепродуктов, являющихся в настоящее время приоритетными факторами химического воздействия во многих районах Российской Федерации.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на УП Всесоюзном симпозиуме по химии неорганических фторидов (Москва, 1984), IY Московской конференции по химии и химической технологии (Москва, 1991), Научно-координационном совещании "Экологическое нормирование, проблемы и способы" (Пущино, 1992), ХУ и XVIII Менделеевских съездах по общей и прикладной химии (Минск, 1993;
Москва, 2007), Научно-практической конференции "Решение экологических проблем Москвы" (Москва,1994), 4-х Международных конференциях («Безотходные технологии – 86» Будапешт;
1986;
Третья Ирано – Российская конференция «Сельское хозяйство и природные ресурсы» Москва, 2002;
2-я Международная конференция «Образование и устойчивое развитие» Москва 2004;
"Химическое образование: ответственность за будущее", Москва, 2005), Международных конгрессах по химии и химической технологии (Москва, 2005, 2006, 2007);
Российско-китайском научном форуме высокого уровня «Ресурсы, охрана окружающей среды и устойчивое развитие» (Москва, 2007), Всероссийской конференции “Развитие системы мониторинга состава атмосферы” (Москва, 2007);
Российско-финском семинаре «Окружающая среда и изменения климата» (Москва 2009).
Публикации. По теме диссертации имеется 56 публикаций общим объемом 56,4 усл.п.л. (доля автора составляет 75%), в том числе 12 в журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией РФ, 3 патента РФ, авторских свидетельства РФ, 4 авторских свидетельства СССР, 6 учебных пособий.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы (385 наименований) и приложения. Общий объем работы 394 страницы машинописного текста, включая 89 таблиц и 87 рисунков.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель исследования. Показана необходимость развития систем наблюдения за состоянием абиотических компонентов окружающей среды в городах, разработки механизмов использования результатов наблюдения для определения экологически значимых направлений природоохранной деятельности и технических решений по минимизации антропогенного вклада в приоритетные химические факторы воздействия.
В первой главе «Экологические индикаторы и системы наблюдения состояния окружающей среды в городах» обобщен международный опыт использования экологических индикаторов для характеристики устойчивого развития городов и действующих в Российской Федерации систем мониторинга состояния атмосферного воздуха и водотоков на городских территориях.
Показана необходимость разработки соответствующих региональных экологических индикаторов, которые позволяют оценивать эффективность природоохранных мероприятий и динамику изменения состояния окружающей среды в городах.
Стратегические цели государственной экологической политики, определенные Экологической доктриной РФ 2002 г., показывают, что наиболее важным для окружающей среды является сохранение природных экосистем и поддержание целостности и жизнеобеспечивающих функций природных систем. Достижение этих целей требует минимизации антропогенного влияния на биотические и абиотические компоненты экосистем. Особое значение на современном этапе развития приобретает стабилизация состояния абиотических компонентов экосистем, поскольку относительное постоянство состояния абиотических компонентов природных экосистем или их изменение в пределах, не превышающих скорости адаптации живых организмов, является одним из основных условий их существования и, следовательно, неотъемлемым условием сохранения биоразнообразия. Поэтому при переходе к устойчивому развитию, крайне необходима оценка состояния окружающей среды не только в целом по регионам, но и на отдельных участках урбанизированных территорий.
В разделах, посвященных анализу систем наблюдения за состоянием атмосферного воздуха и водных объектов в городах, отмечены основные трудности, возникающие при использовании полученных данных без оценки приоритетности загрязняющих веществ, учитывающей массу и токсичность соответствующих примесей.
В городах основное количество информации о состоянии атмосферы получают по полной программе наблюдений на стационарных постах. В то же время правила организации государственных наблюдений весьма ограничивают количество таких постов, связывая их число не с влиянием городов на состояние воздуха, а с численностью населения.
Особую озабоченность вызывает практическое отсутствие стационарных постов наблюдения на городских природных территориях, в связи с чем информация о состоянии атмосферного воздуха на них носит отрывочный характер.
Государственная система мониторинга состояния водной среды в настоящее время не охватывает множество малых водных объектов (рек, озёр, прудов). Это значительно снижает эффективность работ по уменьшению загрязнения, поскольку основное количество примесей, особенно в городах, поступает в малые реки.
Анализ приведенных в данной главе сведений позволил обосновать цель и задачи работы.
Вторая глава. «Разработка интегрального метода оценки состояния атмосферного воздуха и механизмов его использования при минимизации химических факторов антропогенного воздействия», посвящена разработке способа интегральной оценки состояния приземного слоя атмосферного воздуха на урбанизированных территориях, основанного на процессах сухого осаждения примесей на искусственную поглощающую поверхность и механизмов его использования для повышения эффективности природоохранной деятельности.
При оценке загрязнения атмосферы на городских территориях несомненную актуальность приобретают сравнительно дешевые способы «пассивной дозиметрии», основанные на естественных процессах «мокрого» или «сухого» осаждения загрязняющих примесей из воздуха. Процесс «мокрого» осаждения связан с выведением примесей из атмосферного воздуха с атмосферными осадками (дождь, снег). В настоящее время эти процессы используются для интегральной характеристики загрязнения атмосферы как в РФ, так и за рубежом. Однако их распространение ограничивается в связи с длительностью осреднения, сезонностью периодов наблюдения, необходимостью организации специальных площадок (сбор дождевой воды). В то же время известно, что многие районы РФ имеют сравнительно низкие уровни атмосферных осадков, и для них преобладающими являются процессы «сухого» осаждения примесей. В этом случае вывод примесей из воздуха осуществляется при их контакте с поверхностью растений, почвы, поверхностными водами.
Поэтому процесс «сухого» осаждения примесей, который максимально приближен к естественному процессу вывода примесей из атмосферного воздуха, преобладающему на территории РФ, представляется целесообразным использовать для определения загрязнения приземного слоя воздуха.
В ходе проведения исследований был разработан метод оценки загрязнения воздуха по интенсивности осаждения примесей на искусственную поглощающую поверхность, позволяющий определять загрязнение воздуха в единицах массы поглощенных примесей на единицу поверхности поглотителя в единицу времени. Эта величина зависит от концентрации примесей и в конечном итоге характеризует атмосферную нагрузку на данной территории. В результате проведения многочисленных экспериментов были определены конструкционные характеристики пробоотборника, условия его экспонирования, подобран сорбент и определены основные метрологические погрешности измерений. Разработанные пробоотборники позволяют проводить одновременное определение газообразной и аэрозольной форм соединений серы, азота, хлора и фтора, относящихся к наиболее опасным для экосистем примесям в атмосферном воздухе.
Низкая стоимость разработанных пробоотборников, отсутствие необходимости сооружения специальных постов наблюдений, сравнительная легкость и гибкость аналитических операций (после перевода сорбированных примесей в водный раствор могут быть использованы различные методы анализа, в данной работе использовались методы водной химии, жидкостная хроматография и капиллярный электрофорез) позволяют значительно увеличить число мест наблюдения и делают возможным определение интегральной по времени атмосферной нагрузки на любом участке города.
Подготовленные пробоотборники (1-5 штук) вывешиваются в контрольных точках и экспонируются в течение 500 – 1000 часов.
Связанные поглотителем примеси в лаборатории переводятся в водный раствор, и определяется масса сорбированного соединения. Далее рассчитывается значение атмосферной нагрузки по i примеси в j месте контроля за k-й период экспозиции(qi,j,k):
qi,j,k = mi,j,k/( S ) (1), где: mi,j,k – среднее арифметическое значение массы i примеси, сорбированной поглотителями в j месте наблюдения за k период экспозиции;
S –площадь поверхности поглотителя;
– время экспозиции.
Использование разработанного интегрального метода оценки позволяет развернуть широкую сеть наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха без привлечения значительных материальных затрат. Такие исследования были проведены нами в городах Электросталь, Воскресенск, Иваново, Кувандык, Чимкент. Места наблюдения располагались в промышленных и селитебных зонах на обследуемых территориях на расстоянии 1 - 5 км друг от друга. В ходе этих работ были получены схемы географического распределения загрязняющих веществ на обследуемых территориях, выявлены участки наибольшего загрязнения. Фрагменты таких схем представлены на рис.1.
Результаты оценки загрязнения воздуха были использованы при проведении работ по улучшению экологической обстановки в соответствующих городах.
Акты внедрения и долевого участия автора в достижении эколого экономического эффекта представлены в приложении к диссертации.
Результаты обследований свидетельствуют о том, что для многих участков приоритетными примесями являются соединения фтора, систематических наблюдений за которыми в этих городах, за исключением г.
Воскресенск, не проводили. Так, например, в городах Иваново и Чимкент наблюдались участки территории, на которых значения атмосферной нагрузки по соединениям фтора превышали в 2,5-3 раза средние значения по городу.
Однако, в статистической отчетности предприятий, расположенных в этих районах, выбросы фтористых соединений отсутствовали. Изучение технологических процессов близлежащих промышленных предприятий позволило выявить источники поступления соединений фтора в атмосферу. В г.
Иваноово таким источ ми чниками оказались заводы по про ь ы оизводству кирпичча, строиттельной ккерамики и керамзитового гравия. Как покказали наш оценк ши ки, только на кир о рпичном заводе в атмосф феру пост тупало д 17 т фтористы до ых соединнений в год. В г. Чим мкенте источника ами загряязнения атмосферры соединнениями фтора яввлялись Ч Чимкентск свин кий нцовый и цементнный завод ды, выброосы кото орых, по нашим расчетам, сост о м тавляли 45 и 31 т/го од, соотве етственно Эти оце о. енки посл лужили основой д разраб о для ботки рек комендаций по контролю за вы ыбросами соедин нений фт тора на соотве а етствующ щих предпрриятиях.
а б Рис. 1. Фррагменты ссхемы геогр рафического распред деления атм мосферной нагрузки п по соедин нениям фто в г. Чим ора мкент (лето 1992 г): а- район Чи о имкентского свинцово завода, б о ого район цементн ного завода 1 – промышленные зоны пред а. е дприятий, 2 зоны пов 2- вышенной атммосферной нагрузки, 3 – зоны фо оновой атм мосферной нагрузки.
Анали материа из алов Госуударствен нных докл ладов о соостоянии окружаю и ющей сред ды за 199 – 199 годы показал, что со 90 96 оединения фтора следует отнести к я приориитетным примесяям, посту упающим в атмо м осферу в многи район во их нах Российйской Фе едерации. Поэтом пробле му еме загря язнения окружаю ющей сред ды соедин нениями фтора бы ыло уделлено особ вним бое мание. В ходе ис сследованния устано овлено, ч что более 100 ра е азличных произво х одств вовлекают фтористые соедин нения в п передел с исходны сырьем но лиш в неко ым м, шь оторых из них час з сть фтора из сырья переход в кон я дит нечные цеелевые прродукты, в основн ном, в так кие как фреоны и фторопласты. Как показала проведенная нами оценка, антропогенный вклад в кругооборот фтора на планете в целом значительно превышает его природные поступления (рис.2).
Атм. осадки (3,4 – 10,6) АТМОСФЕРА Атм. осадки 0,4 – 1, Пром. выбросы (2,8) ПРОМЫШЕЛННОЕ ПРОИЗВОДСТВО Добыча с полезными Твердые ископаемыми (10,7) отходы (2,3) Вулканы (1 – 9) ЛИТОСФЕРА 1,1* Промышленный Природный сток (3,7) сток (5,6) ОКЕАН Океанические 1, 8*109 отложения (9,7 10,5) Океаническая аэрозоль (0,05) Рис. 2. Глобальный цикл фтора в окружающей среде (млн. т в год, в пересчете на элементный фтор).
Это вызвало увеличение воздействия высокотоксичных фтористых соединений на человека и на биосферу в целом. Поэтому возникла необходимость в проведении работ, направленных на минимизацию поступлений фтористых соединений в окружающую среду. В результате этих исследований нами разработаны новые технологические процессы, обоснованы пути организации техногенного кругооборота фтора. По результатам этих исследований получено 4 авторских свидетельства СССР. Одна из разработанных технологических схем (рис.3) позволяет перевести фтористые соединения, образующиеся в виде отходов, во фторид кальция, который пригоден для применения в промышленности. Внедрение данной технологии только на предприятиях по производству экстракционной фосфорной кислоты давало возможность получить около 4,3 млн.т в год синтетического флюорита. Это позволило бы сократить добычу фторсодержащего сырья примерно на 20%, снизить поступление фтора в атмосферу, в водоемы и почву на 5, 57 и 51%.
Рис.3. Технологическая схема переработке гексафторкремниевой кислоты при организации техногенного кругооборота фтора Таким образом, одним из важных механизмов использования разработанного способа интегральной оценки является выявление зон с повышенной атмосферной нагрузкой и определение приоритетности примесей по опасности их воздействия, что дает возможность выбрать направления работ по минимизации таких воздействий, позволяющие получить наибольший эколого-экономический эффект.
Третья глава «Использование региональных экологических индикаторов состояния атмосферного воздуха на городских особо охраняемых природных территориях» посвящена обсуждению механизмов использования разработанного интегрального способа оценки состояния приземного слоя воздуха на этих территориях.
Растения, как и человек, подвергаются одновременному воздействию различных примесей, поэтому необходимо учитывать совместное присутствие различных соединений в атмосферном воздухе. Совместное присутствие примесей в воздухе учитывается, например, при определении комплексного индекса загрязнения воздуха. В этом случае массовые концентрации отдельных примесей переводятся в условные единицы, учитывающие токсичность контролируемых примесей. При использовании этого подхода для расчета общей атмосферной нагрузки по f примесям в j контрольной точке за k-ый период экспозиции соответствующую оценку проводили по уравнению:
i= f Qj,k= (qi,j,k/ПДКСС,i )g (2), i= где: (Qj,k) – значение общей атмосферной нагрузки в (усл. мг)/(м2 час);
qi,j,k – значение атмосферной нагрузки по i примеси в j контрольной точке за k период экспозиции в мг/(м2 час);
ПДКСС,i –значение средне-суточной предельно допустимой концентрации i примеси в атмосферном воздухе;
g – показатель степени, который зависит от класса опасности i примеси (для соединений серы, азота g = 1, для соединений фтора g = 1,3).
Интенсивность процесса сухого осаждения примесей зависит не только от концентрации в приземном слое воздуха, но и от метеорологических условий, складывающихся в период экспозиции. Поскольку на различных участках городской территории метеорологические условия в одно и тоже время наблюдения отличаются незначительно, значения атмосферной нагрузки, полученные в соответствующий период экспозиции, адекватно характеризуют загрязнение приземного слоя атмосферного воздуха. Однако различия в метеорологических условиях в различные периоды года вызывают изменения в процессах сухого осаждения примесей и сказываются на значениях атмосферной нагрузки.
В то же время, для оценки динамики изменения состояния атмосферного воздуха нет необходимости проводить сравнение абсолютных значений. Для этих целей достаточно относительных величин, характеризующих изменение соответствующих параметров. Этот прием, как показал анализ индексов устойчивого развития, разработанных Комиссией по устойчивому развитию ООН, часто используется при оценке процессов развития общества.
Поэтому в качестве регионального экологического индикатора, позволяющего проводить анализ динамики изменений состояния атмосферного воздуха, предлагается использовать относительную характеристику атмосферной нагрузки - индекс атмосферной нагрузки (ИАН). Для определения индекса атмосферной нагрузки по i примеси (ИАН)i или значения индекса общей атмосферной нагрузки по всем контролируемым соединениям (ИАН)общ.
для j места контроля в k период экспозиции необходимо воспользоваться следующими уравнениями:
(3), (ИАН)i,j,k = qi,j,k/ qi,min,k i= f (ИАН)общ.,j,k =1/f (ИАН)i,j,k (4), i= где: qi,j,k – атмосферная нагрузка по i примеси в j месте контроля за k период экспозиции;
qi,min,,k– минимальное значение атмосферной нагрузки по i примеси, зарегистрированное на обследуемой территории за k период экспозиции, f – общее число контролируемых примесей.
Работы по определению значений региональных индикаторов устойчивого развития проводили в 2000 – 2008 годах на ООПТ города Москвы.
В течение 2003-2004 годов, например, были проведены сезонные наблюдения за качеством атмосферного воздуха и определены значений ИАН на территории Фили-Кунцевского лесопарка.
В периоды экспозиции на территории лесопарка выделяли до 60 постов наблюдения, в которых определяли значения атмосферной нагрузки по соединениям серы, азота и фтора и рассчитывали значение ИАНобщ (табл.1).
В процессе определения общей атмосферной нагрузки и расчете (ИАН)общ.,j, k происходит интегрирование данных о загрязнении атмосферного воздуха в соответствующих местах наблюдения. Полученные значения Qj,k и (ИАН)общ., j, k представляют собой интегральную по времени и контролируемым примесям характеристику загрязнения воздуха.
Этот прием представления информации позволяет значительно уменьшить объем анализируемых данных при сохранении их информативности. Однако в случае большого количества постов наблюдения такого сокращения может быть недостаточно. Безусловно, использование географических информационных систем (ГИС) может упростить задачу принятия решений. Поэтому представлялось целесообразным совместить полученные данные с картой-схемой обследуемой территории и получить наглядное географическое распределение примесей. Для этого в общем массиве информации были выделены и объединены на карте-схеме (рис.4) территории с низкими (1,0(ИАН)общ.,j,k1,4), средними (1,4(ИАН)общ.,j,k 1,6) и высокими значениями (ИАН)общ.,j,k 1,6) индекса общей атмосферной нагрузки, полученными в определенные периоды экспозиции. Как видно из представленных данных (рис.4,а), в летний период экспозиции около 50% территории характеризовались высоким уровнем индекса атмосферной нагрузки, в ряде зон более чем в два раза превышающим минимальные значения для данного периода экспозиции. Зона со средними значениями (ИАН)общ. располагалась вдоль набережной Москвы- реки.
Таблица Общая атмосферная нагрузка и значения индекса атмосферной нагрузки по соединениям серы, азота и фтора на территории Фили Кунцевского лесопарка в летний период экспозиции Общая Индекс общей Общая Индекс общей № поста атмосферная атмосферной № поста атмосферная атмосферной наблюде- нагрузка -Qj, нагрузки - наблюде- нагрузка - Qj, нагрузки усл.мг/час*м2. усл.мг/час*м2.
ния ния (ИАН) общ., j (ИАН) общ., j 1 5,1 1,5 27 4,1 1, 2 4,5 1,3 28 6,2 1, 3 4,1 1,2 29 5,5 1, 4 5,4 1,6 30 6,6 2, 5 4,2 1,2 31 5,1 1, 6 3,5 1,0 32 5,1 1, 7 4,6 1,4 33 6,9 2, 8 4,5 1,3 34 6,9 2, 9 5,2 1,6 35 6,0 1, 10 4,6 1,4 36 5,5 1, 11 3,4 1,0 37 5,9 1, 12 6,8 2,0 38 5,5 1, 14 6,7 2,0 39 6,6 1, 15 6,7 2,0 40 5,2 1, 16 4,5 1,3 41 6,1 1, 17 4,6 1,4 42 5,9 1, 18 5,2 1,5 43 5,5 1, 19 6,2 1,8 44 6,9 2, 20 5,0 1,5 45 6,6 1, 21 6,2 1,8 46 7,5 2, 22 5,3 1,6 47 7,4 2, 23 6,3 1,9 48 5,2 1, 24 3,8 1,1 49 4,0 1, 25 4,2 1,2 50 6,3 1, 26 5,6 1,6 51 4,7 1, Рис. 4. Схема расположения контрольных точек и общей степени загрязнения атмосферного воздуха на территории Фили-Кунцевского лесопарка:
а - летний период;
б – зимний период экспозиций Наиболее чистый приземный слой атмосферного воздуха наблюдался, в этот период экспозиции, на востоке парка и в центре лесного массива, расположенного вдоль Б. Филевской ул.
Результаты экспериментов, проведенных в зимний период, показали, что в это время года зона с низкими атмосферными нагрузками имела большую площадь и располагалась вдоль набережной р. Москвы, зона со средним уровнем загрязнения наблюдалась на пересечении Рублевского шоссе со Звенигородской улицей. Зона с высокой степенью загрязнения занимала лишь около 30% территории лесопарка, однако наблюдалось ее значительное смещение вглубь лесного массива в районе Большой Филевской улицы (рис.4,б).
Удаление зоны с высокими атмосферными нагрузками от автомобильной дороги с интенсивным движением, являющейся линейным источником поступления примесей в атмосферу, требовало объяснений. Поэтому возникла необходимость проведения специального исследования, направленного на изучение характера изменения атмосферной нагрузки при удалении от автомобильных дорог в различное время года. Такая работа была проведена в 2004 году на территориях Фили-Кунцевского лесопарка и природного заказника «Долина р. Сетунь». В ходе этих исследований определяли значения атмосферной нагрузки по соединениям серы и азота вблизи дорожного полотна и при удалении на 50, 100, 200 м вглубь соответствующих природных территорий в различное время года. Полученные значения атмосферной нагрузки использовали для расчета показателя ее снижения по i примеси на расстоянии L от дорожного полотна в k период экспозиции (i,L,k), который определяли по уравнению:
(5), i,L,k = qi,0,k / q i,L,k где: i,L,k - показатель снижения атмосферной нагрузки;
qi,0,k и q i,L,k - значения атмосферной нагрузки вблизи дорожного покрытия и на расстоянии L от него, соответственно.
Эти исследования показали, что во многих случаях, особенно часто в зимнее время, наблюдается резкое изменение характера зависимости значений атмосферной нагрузки от расстояния до дорожного полотна при удалении от него на расстояние более чем 50 метров. Происходит увеличение атмосферной нагрузки, а не прогнозируемое ее уменьшение (табл.2).
Таблица Значения показателя снижения атмосферной нагрузки по соединениям серы при удалении от автомобильных дорог в различное время года на территории природного заказника «Долина р. Сетунь» Район наблюдения Расстояние от Степень снижения загрязнения по сезонам года дороги, м Лето Осень Зима 0 1,0 1,0 1, Аминьевское ш. - 50 0,79 0,75 0, Верейская ул. 100 0,64 0,69 0, 200 0,56 0,28 0, Аминьевское ш. - 0 1,0 1,0 1, Кременчугская ул. 50 0,48 0,89 0, 100 0,45 0,80 0, 200 0,16 0,42 0, 0 1,0 1,0 1, Рябиновая ул.- 50 0,83 0,38 0, р. Сетунь (вверх по 100 0,63 0,20 0, течению) 200 0,47 0,16 0, Это происходит вследствие того, что из-за повышения температуры приземного слоя воздуха над дорожным покрытием происходит подъем воздуха и вместе с ним подъем выделенных автотранспортом примесей. На некоторой высоте подъем прекращается, воздух и примеси переносятся в сторону поверхности, имеющей более низкую, по сравнению с дорожным покрытием, температуру (территория, занятая растительностью) и опускаются вниз, поскольку воздух вблизи поверхности перемещается в сторону дорожного полотна. Такие локальные циркуляции воздуха приводят к тому, что на расстоянии около 100 м от дорожного полотна атмосферная нагрузка увеличивается.
С этим явлением, в частности, связано наблюдавшееся нами смещение границы зоны с высокими атмосферными нагрузками вглубь Фили Кунцевского лесопарка в зимний период (рис.4.а и 4.б). При изменении температурных условий или при устойчивом ветре такие локальные циркуляции могут нарушаться, поэтому повышение атмосферной нагрузки при удалении от автомобильных дорог наблюдалось не во всех сериях экспериментов. Необходимо отметить, что локальные циркуляции воздуха в городах могут возникать по различным причинам (рельеф местности, наличие водной поверхности, присутствие растительности, характер городской застройки и др.). Как следствие таких циркуляций, значения атмосферной нагрузки на различных участках внутри района или даже двора значительно меняются. На наш взгляд, эти изменения в загрязнении воздуха необходимо принимать во внимание при планировании развития городских территорий, используя в качестве критерия соответствующие значения индекса атмосферной нагрузки.
Результаты исследований, проведенных в Волынском лесу природного заказника «Долина р. Сетунь» г. Москвы в летний период 2007 года, показали, что заметные изменения содержания примесей на границах и в центре лесного массива более характерны для соединений серы, в сравнении с соединениями азота (табл. 3, рис. 5).
Это явление сглаживания различий между атмосферными нагрузками на границах и в центре лесного массива наблюдалось практически во всех исследованиях, проведенных на ООПТ г. Москвы в осенний и весенний периоды. На наш взгляд, это связано с естественными природными выделениями соединений азота в процессах денитрификации. Интенсивность этих процессов возрастает по мере удаления от транспортных магистралей и усиливается осенью и весной, что делает процесс уменьшения концентрации соединений азота при удалении от автомобильных дорог менее заметным и привод к уве дит еличению значени ИАН по соединениям а ю ий п азота в эт период ти ды года.
Таблица а Значение и З индекса атм мосферной нагрузки на террито и ории Волы ынского лес са № Индекс ат тмосферной нагрузки й и поста (по соединени иям) наблю- Серы Азота Общий дения ИАНсера ИАНаз (ИАНобщ.) от 1 4,0 1,8 2, 2 5,1 2,2 3, 3 2,1 1,8 2, 4 2,0 1,5 1, 5 1,0 1,0 1, 6 2,3 1,5 1, 7 2,8 1,4 2, 8 5,5 2,1 3, 9 6,8 2,4 4, 10 4,4 2,2 3, Рис. 5 Располож 5. жение пост наблюд тов дения в Воолынском л лесу, приро одный заказ зник 11 3,6 2,2 2, «Долина р Сетунь» г. Москва р. », а 12 2,4 1,8 2, 13 2,6 1,5 2, 14 7,2 2,0 4, 15 7,3 1,9 4, 16 6,0 1,6 3, При П анал лизе знач чений инд дексов об бщей атм мосферно нагруз следу ой зки ует обрати ить вним мание на долю вклада индексов атмосфе а и ерной на агрузки по отдель ьным при имесям в значени ИАНоб, поскол ие льку эта величина позволя а яет бщ.
судить о приор ь ритетност примес ти сей, как в конкретн мест наблюд ном те дения, так и к на обс следуемой террито й ории в це елом. Так например, в расс к, сматривааемой серии экспер риментов высоки ие значе ения ин ндекса а атмосферрной наг грузки по соединнениям серы, кото орые в 56% случа более чем в т раза превыша аев е три али миниммально з зарегистрированно значение, даю основ ое ют вание сч читать ээти соединнения п приоритеттными прримесями. Поэтом при ко му онтроле источник ков загрязнения аттмосферы в данн ы ном райо оне город следуе обрати да ет ить особбое внимаание на вы ыбросы сооединений серы.
Т Таким о образом, проведе енные на ООП н ПТ г. М Москвы испытан ния интегр рального способа оценки с состояния атмосфе я ерного вооздуха, основанно о ого на процессах сухого осаждения примесей, позволили предложить различные механизмы использования полученных результатов для повышения эффективности природоохранной деятельности. На основе разработанного метода интегральной оценки состояния атмосферного воздуха создан и прошел апробацию алгоритм определения рекреационной привлекательности участков городских ООПТ. Разработаны методические указания по определению границ зон различного функционального назначения на ООПТ г. Москвы. Материалы исследований переданы в Департамент природопользования и охраны окружающей среды города Москвы. Соответствующий акт об их использовании представлен в приложении к диссертации.
В четвертой главе «Совершенствование системы мониторинга воздействия на состояние малых рек в городах» приведены результаты анализа существующих систем мониторинга и исследований, направленных на их развитие и совершенствование.
В настоящее время анализ загрязнения рек принято проводить на основании данных о концентрациях примесей, измеренных в соответствующих створах в различные периоды времени года. Такой подход является недостаточно надежным для определения приоритетов и оценки эффективности направлений природоохранной деятельности, поскольку, как известно, изменение объема воды в реке по ее течению приводит к изменению концентрации примесей. Обманчивое представление может возникнуть и при анализе динамики поступления примесей: например, в многоводные годы уменьшение концентрация примеси может наблюдаться за счет разбавления, а не за счет снижения поступлений.
Оценку изменения массы загрязняющих веществ, поступающих в реки на различных участках русла, можно проводить на основе уравнений материального баланса:
mi,k, =10-6 ci,k, *vk, (11), (12), mi,x, = mi,k+1 - mi,k (13), i, x = 100 mi,x, / (mi,выход - mi,вход) где: mi,k, –масса i примеси в воде реки в тоннах;
ci,k, - среднее за время значение концентрации i примеси в воде на k контрольном створе в мг/дм3;
vk, - расход воды в k контрольном створе в м3 за время ;
mi,x, – изменение массы примеси в воде реки на участке x между контрольным створом k и находящемся ниже по течению реки контрольным створом k+1;
i, x – доля поступлений i примеси на участке x от общего поступления данной примеси на всей рассматриваемой территории от контрольного створа на входе до контрольного створа на выходе или в устье реки.
В случае такой оценки положительный знак в значении mi,x, свидетельствует о поступлении примесей на данном участке реки, а отрицательное значение этой величины говорит о преобладании на данном участке реки процессов самоочищения.
К сожалению, на большинстве малых рек, в том числе и протекающих по урбанизированным территориям, отсутствуют гидрологические посты, и расходы воды определяются крайне редко. В то же время, как показали наши исследования, на малых городских реках, имеющих практически одинаковые уровни атмосферных осадков и мало изменяющийся рельеф местности на территории водосбора, отношение расходов воды в контрольных створах меняются крайне незначительно. Так, например, в реке Сетунь отклонения в отношении расходов воды в контрольных створах к расходу воды в устье в течение года составляли не более 10%. Поэтому массовая доля примеси i, x, поступающей или выводимой из воды реки на определенном участке, по отношению к общей массе примеси, поступающей в реку, может быть определена на основании данных о концентрации примеси и разовых замеров расхода воды в соответствующих контрольных створах по полученному нами уравнению:
(14), i,x,=100(Ci,k+1,*Vk+1/Vвых–Ci,k,*Vk/Vвых,)/(Cвых,–Свх,*Vвх/Vвых) где: i,x, – средняя доля поступлений i примеси (на участке x) от общего поступления данной примеси на рассматриваемой территории от контрольного створа на входе до контрольного створа на выходе за время ;
Сi,k, и Сi,k+1, - среднее за время значение концентрации i примеси в воде на k контрольном створе находящемся на входе в участок х и ниже по течению реки на контрольным створе k+1 на выходе из участка х, в мг/дм3, соответственно;
Vk, Vk+1 и Vвх, Vвых - расход воды в k и k+1 контрольных створах и контрольных створах на входе и выходе с рассматриваемой территории в м3/с.
В настоящее время важной задачей является ранжирование примесей с учетом их массы и токсичности. Для этих целей целесообразно воспользоваться известным приемом перевода массы и концентрации примесей в условные единицы при делении соответствующих значений на ПДКв.р.. В этом случае приоритетность примеси в конкретном створе может быть определена по уравнению:
i=f (15) Пi,k = 100 (mi,k/ПДКi,в.р.)/(mi,k/ПДКi,в.р.) i= или i=f (16), Пi,k = 100 (сi,k/ПДКi.в.р.)/(сi,k/ПДКi.в.р.) i= где: Пi,k – значение приоритетности i примеси в k контрольном створе, %.
В ходе данной работы на основании уравнений 11- 14 был разработан интегральный способ наблюдения за воздействием города на состояние малых рек. В соответствии с ним, после выбора контрольных створов и определения на них расходов воды (не менее одного замера расходов воды на всех контрольных створах за один период времени со стабильными метеоусловиями) проводятся плановые отборы и анализ проб воды. Результаты анализируют в соответствии со схемой, представленной в табл. 4. Данная схема оценки была использована для анализа поступления примесей в р. Сетунь в 2004 - годах. Акт внедрения представлен в приложении к диссертации.
Таблица Схема проведения интегрированного анализа влияния города на состояние малых рек Порядок Описание проводимых мероприятий действий 1 По значениям концентраций загрязняющих веществ в устье и других контрольных створах определяют приоритетные для данной реки и данного контрольного створа примеси.
2 Вносят изменения в дальнейшую программу анализа контрольных проб (в пробах, отобранных на контрольных створах, за исключением устья, можно ограничиться анализом лишь приоритетных примесей).
3 Определяют долю поступления приоритетных примесей на соответствующих участках реки.
4 На основании линейной схемы реки определяют возможные источники загрязнения, определяют задачи проведения импактного мониторинга и контроля стоков предприятий.
5 При организации контрольных створов на пересечении административных границ определяется вклад в загрязнение реки соответствующей административной территории.
6 При организации отбора и анализа проб воды в притоках, а также в русле реки до и после их впадения проводится оценка доли поступления примесей с притоками.
7 Проводится оценка результатов контроля на основании сравнения результатов последующих лет наблюдений.
Как видно из результатов оценки приоритетности присутствия примесей в устье реки (рис. 6, 7), в 2008 году наибольший вклад в загрязнение реки в течение года вносили соединения марганца, железа, меди, алюминия и нефтепродукты, на долю которых приходилось более 70% условных единиц массы загрязняющих веществ.
Примеси Рис. 6. Доля массы отдельных загрязнений от общей массы примесей, выраженной в условных единицах массы в устье р. Сетунь (средние значения за 2008 год).
Примеси: 1-соединения марганца, 2- меди, 3-железа, 4- алюминия, 5- нефтепродукты, 6 фенолы, 7-взвешенные вещества, 8- NO2-;
9- NH4+ ;
10- БПК5,11-соединения цинка, 12 формальдегид.
Рис.7. Доля поступления примесей на различных участках реки Сетунь в году: а) – нефтепродукты;
б) – соединения железа;
в) - соединения марганца;
г) – соединения меди. *На диаграммах по оси ординат отложена доля от общей массы примеси поступающей или выводимой из реки в процессе самоочищения (отрицательные значения), цифры по оси абсцисс соответствуют следующим участкам реки: мост на Староорловской ул. – мост на Лукинскаой ул.;
2) мост на Лукинскаой ул. – мост на МКАД;
3) мост на МКАД – мост на ул. Багрицкого;
4) мост на ул. Багрицкого - мост на Аминьевском шоссе;
5) мост на Аминьевском шоссе - мост на Минской ул.;
6) мост на Минской ул – мост на Воробьевском шоссе (устье).
Обработка результатов наблюдений в соответствии с разработанной методикой (уравнения 11-16) позволила определить доли поступления приоритетных примесей на различных участках реки. В качестве примера представлены результаты такого анализа за 2007 год (рис.7) и динамика поступления соединений марганца на различных участках реки в 2002- годах (рис.8).
Представленные диаграммы позволяют легко определить участки наибольшего поступления соответствующих примесей. На этих участках в первую очередь необходимо повысить эффективность импактного мониторинга данных примесей.
Рис. 8. Динамика изменения поступлений соединений марганца на оразличных участках р. Сетунь в 2002 -2007 годах.
В пятой главе «Инновационные технические решения в области минимизации воздействия приоритетных примесей на водные объекты и человека» приводятся результаты анализа основных экологических проблем, связанных с процессами водопотребления, и исследований, связанных с процессами очистки сточных вод, предотвращающих поступление приоритетных примесей в природные водоемы, и процессами получения воды питьевого качества при использовании физико-химических методов, не вызывающих вторичного загрязнения.
Процессы очистки промышленных сточных и ливневых вод, водоподготовки или организации водооборота чаще всего являются многоступенчатыми и включают различные технологические стадии. Следует отметить, что стадия механической очистки присутствует практически всегда.
Поэтому одной из задач совершенствования процессов очистки являлась необходимость создания высокоэффективного фильтрационного устройства.
Такой фильтр был разработан (рис.9), получен патент РФ. При эксплуатации фильтра существенно увеличен период времени между регенерациями, так как при движении жидкости внутри корпуса происходит самопроизвольное встряхивание фильтрационных рукавов, что позволяет части примесей осесть в нижнюю часть корпуса и увеличивает срок работы фильтра до регенерации.
Регенерация осуществляется путем обратной промывки. Фильтры отличаются высокой производительностью и простотой эксплуатации. В настоящее время выпускаются фильтры различной производительности (табл.6).
Таблица Основные технические характеристики фильтрационных устройств В Производи В 5 тельность м3/час Количество 6 рукавов В Гидравлическое 0, сопротивление, Р1 Р атм.
С Давление воды, 6, не более, атм Рис.9. Принципиальная схема фильтра: Температура 4- 1 – корпус фильтра;
2 – фильтрующий рабочей жидкости, 0С рукав;
В1 – вентиль подачи воды на очистку;
В2 – вентиль выхода очищенной воды;
В3 - вентиль отключения сети;
В4 – Размеры: 340х 540х воздушный кран;
В5 – вентиль слива диаметр х 1370 осадка;
Р1, Р2- манометры. высота, мм Одной из весьма распространенных стадий процессов очистки и водоподготовки является стадия окисления примесей. Для проведения этого процесса чаще всего используются соединения марганца, которые при регенерации окислителей могут являться вторичным источником загрязнения природных вод. На наш взгляд, именно это приводит к тому, что соединения марганца во многих районах стали приоритетными, с учетом массы и токсичности, примесями в природных водах. Поэтому одной из важных проблем, требующих решения, является разработка и внедрение высокоэффективных электрохимических методов очистки и водоподготовки, не приводящих к вторичному загрязнению водных объектов.
В связи с этим было разработано устройство для безреагентного окисления примесей в воде. Корпус устройства изготовлен из нержавеющей стали, окислительный элемент выполнен в виде анода и катода цилиндрической формы, оснащенных изолированными от корпуса тоководами. При подаче постоянного тока плотностью 1-2А/дм2, в зависимости от состава исходной воды, происходит выделение хлора или кислорода и протекают процессы,окисления примесей. Очищаемая вода протекает через окислительный элемент снаружи внутрь и выходит из устройства (рис. 10). Разработанное устройство успешно эксплуатируется в составе различных установок по очистке воды.
Получен патент РФ.
Рис. 10. Устройство для безреагентного окисления примесей:
1- корпус блока, В В 2 – окислительный элемент, В1 – вентиль подачи воды на очистку, В2 – вентиль выхода очищенной воды, В3 – вентиль слива осадка, 3- воздушный клапан, 44 тоководы.
В Важными стадиями систем очистки сточных вод и особенно систем водоподготовки при получении воды питьевого качества являются стадии сорбции токсичных примесей и отделения взвешенных частиц, имеющих микроразмеры. Результаты исследований показали возможность проведения этих стадий в одном аппарате картриджного типа. Использование волокнистого углеродного и синтетических фильтрационных материалов позволило создать устройство с высокоразвитой поверхностью, что значительно повысило все удельные характеристики аппарата по сравнению с имеющимися отечественными и зарубежными аналогами. В настоящее время созданы и успешно эксплуатируются фильтры-сорбенты различной производительности.
Получено положительное решение по заявке на изобретение устройства по безнапорной очистке воды, позволяющего получать воду питьевого качества в полевых условиях.
Таким образом, при проведении данной работы доказана возможность оценки состояния приземного слоя атмосферного воздуха на основе процессов сухого осаждения примесей на искусственную подстилающую поверхность.
Разработан интегральный по времени и по примесям (соединениям серы, азота, фтора и хлора) метод оценки антропогенной нагрузки на различные участки городских территорий. В ходе скрининговых исследований загрязнения атмосферного воздуха, проведенных в городах Москва, Чимкент, Иваново, Воскресенск, Кувандык, разработаны и внедрены рекомендации по уменьшению влияния городов на качество атмосферного воздуха. Разработаны схемы определения и определены приоритетные примеси и региональные экологические индикаторы состояния атмосферного воздуха, обоснованы пути использования результатов наблюдений для повышения эффективности функционирования городских ООПТ. Исследование состояния малых рек на городских территориях позволило разработать интегральный метод мониторинга их состояния и механизмы использования его результатов для определения приоритетных примесей и участков их поступления в реки. В целом совокупность исследований по совершенствованию систем наблюдения за состоянием абиотических компонентов окружающей среды в городах и разработка механизмов использования полученных результатов позволяют упростить задачу выбора экологически значимых направлений минимизации химического воздействия на городских территориях. Разработаны и внедрены технические решения по минимизации воздействия приоритетных примесей на атмосферный воздух и водные объекты.
Выводы 1. Разработан интегральный способ оценки состояния атмосферного воздуха, основанный на процессах сухого осаждения примесей. Показана возможность использования такой оценки при проведении скрининговых и систематических исследований состояния приземного слоя воздуха, а также при выборе направлений минимизации воздействия, внедрение которых позволяет получить наибольший эколого-экономический эффект.
2. Разработана методика использования результатов интегральной оценки для определения индексов общей атмосферной нагрузки, которые целесообразно использовать в качестве региональных индикаторов состояния воздуха.
3. На основе интегрального способа оценки состояния атмосферного воздуха разработаны методические указания по определению границ функциональных зон особо охраняемых природных территорий города Москвы и определению степени рекреационной привлекательности участков городских ООПТ.
4. Разработанный способ интегральной оценки загрязнения воздуха, использован для определения уровней загрязнения воздуха соединениями серы, азота и фтора на урбанизированных и природных территориях.
Результаты исследований использованы при разработке и реализации «Комплексной программы по выводу города Чимкента из списка экологически неблагоприятных городов» и программы стабилизации экологической ситуации территории города Иванова.
5. Разработан интегральный метод мониторинга состояния малых рек в городах, позволяющий определять приоритетность примесей и участки их поступления в реки. Проведена апробация данного метода при анализе воздействия города на состояние воды в реке Сетунь.
6. Разработаны технические решения, позволяющие минимизировать воздействие на абиотические компоненты окружающей среды и человека соединений фтора, марганца, железа, сероводорода, сульфидов и органических соединений. Авторские права закреплены 10свидетельствами.
и патентами.
Материалы диссертации опубликованы в следующих основных работах:
1. Сахаров В.В., Олифсон А.И., Зайцев В.А., Родин В.И., Кузнецов В.А.
Получение фторида кальция из кремнефторида калия // Химическая промышленность, 1982, №1.- с. 46-51.
2. Новиков А.А., Зайцев В.А., Родин В.И., Кузнецов В.А.. Выделение фтористого водорода из растворов фторидов щелочных металлов и аммония// Химическая промышленность 1983,. № 2. -с. 84-89.
3. Гордеев М.А., Кузнецов В.А Пятина Т.Б., Зайцев В.А. Переработка кремнефтористоводородной кислоты с получением фторида кальция и диоксида кремния//.
Химическая промышленность, 1991, №6. –с. 340 – 344.
4. Кузнецов В.А., Кириллина Э.Г. Обследование состояния воздушной среды статическим методом.// Химическая промышленность, 1993, №3-4, -с. 98-102.
5. Дубкова Е.Б., Кузнецов В.А., Зайцев В. А. Переработка Н2SiF6 -основной вопрос предотвращения загрязнения окружающей среды соединениями фтора// Химическая промышленность,1993, № 11, -с. 565 – 569.
6. Зайцев В.А., Арянин А.Г., Ахромеев К.А., Э.В. Калинин, Кузнецов В.А., Прохоров В.А., Сулейманов А.Ю. Термокаталитическое обезвреживание полициклических и полихлорированных ароматических соединений// Химическая промышленность,1994, № 6, -с.
372 — 376.
7. Дубкова Е.Б., Кузнецов В.А., Зайцев В. А. Антропогенный вклад в кругооборот фтора в природе// Химическая промышленность,1994, № 6, -с. 388 — 393.
8. Зайцев В.А., Кучеров А.А., Кузнецов В.А. Термокаталитический реактор для очистки отходящих газов от органических веществ// Химическая промышленность, 1997, №11, с. 36-39.
9. Дубкова Е.Б., Кузнецов В.А., Зайцев В. А. Анализ путей и последствий поступления соединений фтора в организм человека// Химическая промышленность, 1998, № 2, с. 84- 10. Кузнецов В.А., Тарасова Н.П., Бирюков А.Е. Определение приоритетности примесей в воде рек на урбанизированных территориях при учете их массы и токсичности// Экология урбанизированных территорий, 2008, №2, с 105-110.
11. Кузнецов В.А., Тарасова Н.П. Комплексная оценка воздействия физических и химических факторов на городскую окружающую среду// Экология и промышленность России, 2008, №10,с. 41-43.
12. Тарасова Н.П., Кузнецов В.А Интегральный метод оценки загрязнения атмосферного воздуха и его использование для повышения эффективности управления на городских природных территориях// Безопасность в техносфере, 2008, №6, с 22-25.
13. Родин В.И.,Зайцев В.А., Кузнецов В.А., Палешева Т.С., Рухман Б.Е., Гайденретик М.И., Житова Е.С., Архипова Л.Н., Цыбина М.Н. Способ получения фтористого кальция. Авторское свидетельство СССР №802185, от 8 октября 1980 г.
14. Родин В.И. Мишин Н.И., Зайцев В.А., Кузнецов В.А., Житова Е.С., Комаров В.И. Способ выделения фтористого водорода. Авторское свидетельство СССР №871374 от июня 1981.
15. Ковалев О.С., Комаров В.И., Житова Е.С., Черемисинов Л.М., Страхурский С.А., Фелль З.Ф., Монин В.Я., Богач Н.И., Нещерет В.Ф., Палешева Т.С., Хазова Р.В., Зайцев В.А., Кузнецов В.А., Егоров П.А. Способ получения фтористого водорода./ Авторское свидетельство СССР №1195587 от 1 августа 1985.
16. Елизаров И.А., Зайцев В.А., Кузнецов В.А., Макаров С.В., Алексеев А.И., Артамасов Б.А., Кикоть В.Н. Способ получения фторида кальция./ Авторское свидетельство СССР № 1286520 от 1 октября 1986.
17. КучеровА.А., Сулейманов А.Ю., Куликов Н,А., Кузнецов В.А., Анжауров И.Н., Абрамкина О.Г., Каликин А.Б., Гордеев М.А. Устройство для очистки газов от органических примесей. Свидетельство на полезную модель №5115, приоритет от 28 августа 1996.
18. Кучеров А.А., Зайцев В.А. Сулейманов А.Ю., Анжауров И.Н., Кузнецов В.А., Катализатор для очистки газов от органических примесей. Свидетельство на полезную модель №7621, приоритет от 24 апреля 1997.
19. Кучеров А,А., Колодяжный Ю.Ф., Сулейманов А.Ю., Гордеев М.А., Зайцев В.А., Кузнецов В.А, Мустафин С.Г. Андреев Т.В. Нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Свидетельство на полезную модель № 12592, приоритет от 09.08.1999.
20. Кучеров А.А., Кузнецов В.А., Курова Н.В., Брагинская И.А. Блок очистки воды.
Патент на полезную модель № 58525, приоритет от 10.02.2006.
21. Кучеров А.А., Кузнецов В.А., Курова Н.В., Брагинская И.А. Каликин А.Б.
Устройство для очистки воды. Патент на полезную модель № 82207, приоритет от 31.07.2008.
22. Кучеров А.А., Кузнецов В.А., Курова Н.В., Брагинская И.А., Шешина Е.В.
Переносное устройство для очистки воды. Положительное решение по заявке №2009106212/22(008334), приоритет от 25.02.2009.
23. Зайцев В.А., Кузнецов В.А., Кирилина Э.Г. Определение уровней загрязнения атмосферного воздуха и экологической нагрузки городских территорий//. Труды ХУ Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, Минск, 1993, с. 404-406.
24. Беднова О.В., Кузнецов В.А. К совершенствованию методов мониторинга состояния зеленых насаждений города.// Научные труды МГУЛ.-Вып.307 (1) Экология, мониторинг и рациональное природопользование. –М: 2001, с 46-52.
25. Кузнецов В.А. Метод «пассивной» дозиметрии при определении уровней загрязнения воздуха на городских особо охраняемых природных территориях// Материалы Всероссийской конференция “Развитие системы мониторинга состава атмосферы (РСМСА)” Москва, 16 - 18 октября 2007, с.21.
26. Кузнецов В.А. Тарасова Н.П. Химия Атмосферы//Учебное пособие.-М.:МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1987.-64с.
27. Тарасова Н.П., Кузнецов В.А. Кислотно-основные равновесия и окислительно восстановительные процессы в природных водоемах. Учебное пособие.-М.:МХТИ им. Д.И.
Менделеева, 1988.-48 с.
28. Тарасова Н.П., Кузнецов В.А. Вода в природных и техногенных системах. -М.:
Международный университет (в Москве), 2000, -29 с.
29. Тарасова Н.П., Кузнецов В.А., Сметанников Ю.В., Малков А.В., Додонова А.А. Задачи и вопросы по химии окружающей среды. –М.: Мир, 2002.-368с..
30. Тарасова Н.П., Кузнецов В.А. Химия окружающей среды: Атмосфера: учебное пособие для вузов:-М.:ИКЦ «Академкнига»,2007.-228с.