Воздействие человека на почву и влияние ее загрязнения на объекты биосферы
Введение в специальность
(городское строительство и хозяйство)
Конспект лекций
(по кафедре Городского строительства и экологической безопасности)
(городское строительство и хозяйство)
Конспект лекций
(по кафедре Городского строительства и экологической безопасности)
Воздействие человека на почву и влияние ее загрязнения на объекты биосферы.
Почва — это особая органо-минеральная природная многофазная структурная система, обдадающая плодородием, возникшая в поверхностном слое выветривания горных пород в результате воздействия живых организмов на органические и минеральные субстраты, разложения мертвых организмов, влияния природных вод и атмосферного воздуха, в различных условиях климата, рельефа и времени в гравитационном поле Земли.
Основное свойство почвы — плодородие. Оно, связано с качеством почв, в том числе с содержанием в них простых элементов, мощностью, загрязненностью и т. д. Убирая ежегодно урожай, человек тем самым отчуждает накопленные в почве сотнями и тысячелетиями питательные вещества — элементы питания растений. Запас их в почве не безграничен, даже с учетом всех вносимых в мире удобрений. Деградация и потери почвенного покрова в последнее десятилетие особенно увеличились в засушливых местах и полузасушливых районах мира, прилежащих к пустыням. Это так называемый процесс опустынивания, по борьбе с которым в ООН разработан всемирный план действий.
В разрушении почв и снижении их плодородия выделяют следующие процессы:
1. Аридизация суши — комплекс процессов уменьшения увлажненности обширных территорий и вызванного этим сокращение биологической продуктивности экологических систем. Под действием примитивного земледелия, нерационального использования пастбищ, беспорядочного применения техники на угодиях, окаймляющих пустыни, почвы превращаются в пустыни.
2. Эрозия почв, т. е. разрушение почв под воздействием ветра, воды, техники и ирригации. Наиболее опасна водная эрозия - смыв почвы талыми, дождевыми и ливневыми водами. Отмечаются при крутизне уже 1—2°, чем круче склон, тем интенсивнее эрозия. Водной эрозии способствует уничтожение лесов, направление вспашки (по склону).
Ветровая эрозия характеризуется выносом ветром наиболее мелких частиц почвы, с которыми выносятся важнейшие вещества. Ветровой эрозии способствует уничтожение растительности на территориях с недостаточной влажностью, сильными ветрами, непрерывным выпасом скота. Известно, что пыльные бури уничтожали почвы огромных сельскохозяйственных территорий Азии, Южной Европы, Африки, Австралии и Америки. Так в 1934 г. в США в районе распаханных прерий Великой равнины 20 млн га пыльной бурей превращены в бросовые земли, а 60 млн га резко снизили свое плодородие.
Техническая эрозия связана с разрушением почвы под воздействием транспорта, землеройных машин и техники. иррациональная эрозия развивается в результате нарушения правил полива при орошаемом земледелии.
3.3асоление почв в основном связано с этими нарушениями. Различают естественное засоление, когда губительное количество углекислых солеи Са, Мg, Nа накапливаются в почве, поступая из грунтовых вод, и вторичное засоление орошаемых почв. В этом случае из-за отсутствия дренажа на поливных участках и гидро¬изоляции оросительных систем, происходит подъем грунтовых вод, заболачивание земель и их засоление.
В настоящее время не менее 50% площади орошаемых земель значительно засолено и потеряны миллионы ранее плодородных земель.
Изменение содержания микроэлементов в почве немедленно сказывается на здоровье травоядных животных и человека. Недостаток или избыток тех или иных микроэлементов приводит к нарушению обмена веществ, вызывая различные заболевания. Так недостаток йода в почве (Западные области Украины) ведет к болезни щитовидной железы и кретинизму, недостаток кальция при избытке стронция в питьевой воде и продуктах питания — причина болезни, приводящей к поражению суставов, их деформации, задержке роста (С. Китай, р-ны Забайкалья, Дальнего Востока и др.). Недостаток фтора вызывает кариес зубов (одл. на реке Дон и др.). Выбросы предприятий и транспорта попадают в почву, изменяя состав микроэлементов.
Основными источниками регионального заражения почвы канцерогенами являются выхлопы самолетов, автотранспорта, выбросы промпредприятий, продукты нефтепереработки и др. Таким образом, основная опасность загрязнения почвы связана с глобаль¬ным загрязнением атмосферы.
Предельно допустимую концентрацию (ПДК) вредных веществ в почве устанавливают с учетом опасности не только от непосредственного контакта с ней, но главным образом с учетом последствий вторичного загрязнения контактирующих с почвой растений и животных, атмосферы и водоемов. Наряду с безвредными живыми организмами в почве обитают постоянно или временно патогенные (греч. раtlios — страдание и genos— рождение) — болезнетворные организмы — возбудители инфекционных болезней: сибирской язвы, газовой гангрены, столбняка, ботулизма и др.
Заражение человека может наступить при обработке почвы уборке урожая, строительных работах и т. д. К числу более опасных болезней человека и животных относится сибирская, язва (возбудитель — сибирская язвенная палочка, которая попадая в почву с мочой и испражнениями больных животных, образует вокруг себя спору и она в таком состоянии может сохраняться годами). Человек, как правило, заражается при контакте с животными. В почвах встречается также столбнячная палочка (заражение происходит через поврежденную кожу или слизистую, спороносная палочка (возбудитель ботулизма-тяжелого пищевого отравления). Кроме перечисленных в почве могут присутствовать кишечная палочка, аэробные и анаэробные бактерии, различные гельминты.
Оценку санитарного состояния почв проводят в соответствии с «оценочными показателями санитарного состояния почвы населенных мест». В качестве химического показателя берут санитарное число — частное от деления количества белкового азота на количество органического азота. При внесении в почву загрязнений содержание органического азота увеличивается.
В качестве показателя бактериального загрязнения почвы используют титр кишечной палочки и титр одного из анаэробов, т.е. определение количества изменяемого параметра на единицу объема.
Санитарно-гельминтологическим показателем состояния почвы является число яиц гельминтов в 1 кг почвы, а санитарно-энтомологическим наличие личинок и куколок мух в 0,25 м ее поверхности.
Значение почв для жизни на Земле и развития человеческого общества невозможно переоценить. Земля сегодня может прокормить 15 млрд чел. Следует учитывать, что оставшиеся нераспаханными пахотопригодные. земли все низкого качества. Лучшие земли уже распаханы. Кроме того, освоение новых земель потребует вовле¬чения новых ресурсов пресной воды, а свободных запасов пресной воды в мире уже нет.
Говоря о земельных ресурсах мира, необходимо иметь в виду и их соотношение с прогрессивным ростом населения планеты, что объективно ведет к прогрессивному уменьшению пахотопригодной земли на душу населения. В целом мировая норма фонда пахотопригодных земель на души населения снизилась с 1,5 га 1900 г. до 0,55 га 1990 г.
Техногенная интенсификация производства способствовала загрязнению и дегумификации, уплотнению, нарушению, вторичному засолению, эрозии почв и другим негативным последствиям.
Загрязнение почв — это привнесение в почву новых (не характерных для нее) физических, химических или биологических агентов или превышение их концентраций естественного средне-многолетнего уровня в рассматриваемый период времени. В связи с тем, что почва — это основа биологического круговорота, она становится источником миграции загрязняющих веществ в смежные сферы: атмосферу, литосферу, и гидросферу, а также в продукты питания (через растения).
Применительнок уровню региона, области, города, района и иных типологических географических единиц, где имеется антропогенное воздействие на ОПС состояние может быть охарактеризовано через характеристики ландшафта. В настоящее время более половины территории суши всей планеты представлены антропогенными ландшафтами. Если в естественных ландшафтах природные процессы саморегулируются, то в антропогенных они контролируются человеком, во многом определяя в целом состояние ОПС. Поэтому целесообразно рассмотреть, каким образом населенные пункты влияют на ландшафты и отходами жизнедеятельности.
Рассматривая населенный пункт как термодинамически откры¬тую экосистему, отходы его следует понимать как отвод необра¬тимого рассеивания энергии, как энтропию городской среды, обуславливающие устойчивость, при допустимых их количествах, и саморегуляцию ОПС.
Отходы жизнедеятельности.
Твердые бытовые отходы (ТБО) — это твердые отбросы и другие вещества, не утилизируемые в бытовой деятельности человека, образующиеся в результате амортизации предметов быта и самой жизни людей, включая твердую фазу сточных вод. К отбросам относятся непригодные для использования пищевые продукты и предметы быта, выбрасываемые на свалку. Отбросы и отходы, если их не удалять своевременно, являются причиной дурных запахов, развития мух, грызунов, т. е. создают помимо загрязнения почв и атмосферы опасную санитарно-гигиеническую обстановку. Все отбросы и отходы подразделяются на твердые, жидкие и газооб¬разные. К твердым отбросам относятся: мусор из жилых и; общественных зданий, строительный мусор, отбросы учреждений питания, торговли, промышленности, уличный смет, лед, снег.Защита городской среды от ТБО состоит в обеспечении сбора, накопления, транспортировки, пере¬работки (складировании) отбросов и отходов. Определение количества транспортных единиц, потребных площадей и т. п. технических слагающих этого процесса производится на основе средне¬суточных норм накопления отбросов.
Повышение уровня комфортности жилья приводит к увеличению на 1—3% в год от каждого жителя. При определении количества мусора на предприятиях, в общественных зданиях и д. показатели относятся к одному рабочему, служащему, посетителю, зрителю. они составляют от 0,02-0,3 кг/сут., при этом на нормы накопления отходов влияют климат, характер застройки, демографические показатели, уровень промышленного развития, торговли, сферы услуг и т. д. Неравномерность накопления ТБО имеет место по дням недели, времени года, суток.
Годовое количество мусора:
Qг= p•М + giПi', м3 ,
где р — расчетная норма мусора накопления на 1 чел, мэ/год; М — количество жителей в населенном пункте, чел.; gi— удельная норма накопления мусора на 1 рабочего, служащего и т. д., на производстве, в общественных, зрелищных и пр. зданиях, м3/год; Пi — количество рабочих, служащих и т. д. соответственно, чел.
Среднесуточный объем мусора:
Qс=Qг x Ki/365,
где Ki — коэффициент суточной неравномерности накопления мусора принимается равным 1,2—1,3.
В населенных пунктах России ежегодно образуется около -115—118 млн м3 ТБО. Исходя из сложившегося ежегодного прироста, ожидадось, что 2005 г. их объем возрастет до 170 — 180 млн м3. К настоящему моменту стало 300 м3. Основная масса ТБО имеет размер компонентов менее 0,25 м (95—98%). Крупногабаритные отходы (мебель, ящики, елки и т. п., составляющие 15—25 кг/чел-год,) не включаются расчетные характеристики проектирования полигонов.
Загрязнение атмосферы компонентами свалок и полигонов ТБО определяется выделением биогаза, содержащим: углекислый газ, метан, сероводород, аммиак, фосфина, и др. суммарным объемом до 5 м3 в 1 м3 . В результате выпадения атмосферньгх осадков и процессов развивающихся в теле полигона образуется фильтрат, содержащий органических ве¬ществ по БПКП = 7,4 г/л, по ХПК =12,9 г/л, хлоридов до 55 г/л, рН = 5,3 — 9,0, коли-титр 0,00001, яйца гельминтов до 10 шт./л. Фильтрат, даже при наличии противофильтрационных экранов, поступает в подземные воды, загрязняя их. Исследователя показано, что фильтратом за 2 года из 1 т ТБО в подземные воды выносится 0,5 кг хлоридов, 12 кг сульфатов, 1 кг сульфидов, с одновременным выносом бактериальных загрязнений, вызывающих брюшной тиф, паратиф, дизентерию, туберкулез. Обезвреживание ТБО является главной составляющей охраны ОПС.
Наиболее распространенные, в большей степени природные, приемы обработки ТБО:
1) открытые свалки — неконтролируемый сброс отходов, без уплотнения, изоляции, чаще всего «диким» способом; наиболее низкий и неприемлемый способ удаления ТБО;
2) закрытые свалки — в настоящее время самый распространен¬ный организованный метод обезвреживания, позволяющий обра¬батывать большие объемы ТБО при относительно малом воздей¬ствии на ОПС, однако при этом методе отсутствует утилизация продуктов ТБО;
3) полигоны ТБО — более современный способ обработки.
(отходов, совмещающий достоинства предыдущего, но при этом утилизируется «биогаз», метан (55—60%). образующийся в теле полигона вследствие анаэробной биодеструкции органических веществ. С каждой тонны ТБО образуется до 200 м газа, отводимого системой горизонтальных дырчатых труб в газгольдер, и используемого в топливных или энергетических установках. К сожалению такого отечественного практического опыта не имеется. Данные природные методы обработки ТБО рассчитаны на длитель¬ное (более 100 лет) отторжение площадей, поэтому их нельзя
признать перспективными, поскольку отходы не включаются в малые и большие круговороты вещества и энергии и, следователь¬но, ведут к дополнительной антропогенной нагрузке на ОПС, снижению ее экологической, резистентной устойчивости;
4) компостирование — биохимический процесс обезвреживания ТБО, результатом которого является отсутствие выбросов, отходов, занимаемых площадей, получение биотоплива и компоста, исполь¬зуемого в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Как и любая другая технология более высокого уровня биокомпостирование требует соблюдения режимных параметров по соотношению
С : N : Р; температуры, влажности, интенсивности аэрации, перемешивания, сушки и т. д. Процесс этот может осуществляться в буртах, на площадках с высотой слоя ТБО не более 2 м или во вращающихся барабанах диаметром 3—3,5 м и длиной не менее 20 м. В тоже время преимущества последнего варианта компостирования ТБО очевидны, так как срок обезвре¬живания сокращается до 6 суток. Мусороперерабатывающие заводы используют именно эту технологию;
5) Прессование – принудительное разделение ТБО на твердые и жидкие компоненты и последующая переработка давлением 80 МПа. Получаемый при таких параметрах твердый материал имеет объемную массу около 1000 кг/м и используется в строительстве дорог, жидкая фаза подвергается компостированию;
6) пиролиз — нагрев до 600—800°С ТБО в условиях дефицита кислорода, что приводит к термическому разложению органиче¬ской части и обезвреживанию, получению при этом горючих газов, нефтепродуктов. Следует констатировать с сожалением, что отечественного практического опыта прессования и пиролиза ТБО нет. Сжигание ТБО, имеющих теплотворную способность в зависимости от морфологического состава и влажности 800— 2000 ккал/кг привлекательно в случае комплексного использова¬ния образующегося тепла для выработки тепловой или электриче¬ской энергии, а также защиты атмосферы от газов и твердых выбросов, утилизации образующегося (до 20%) шлака, содержа¬щего потенциальные источники загрязнения (тяжелые металлы).
За рубежом комплексные подходы к сжиганию ТБО реализованы достаточно широко (Франция, ФРГ, Италия, Венгрия). Единичные (Сочи, Пятигорск, Москва и другие), построенные без учета морфологического состава ТБО мусоросжигательные заводы России, ориентированные только на сжигание, являются энергетически затратными и не оправдывают возлагаемых надежд общества на существенный природоохранный эффект. Одним из основных приемов предотвращения воздействия полигонов ТБО на городскую среду является обеспечение зоны санитарной охраны не менее 500 мг При этом эффективность защиты ПС будет выше, если эта зона| заполнена деревьями. Вероятнее всего для нашей страны наиболее! перспективными методами обезвреживания ТБО будут 2, 3 и 4.
