Общие экологические проблемы городов мира - Экология - Скачать бесплатно
Общие экологические проблемы городов мира.
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. Процент городского населения в отдельных
странах равен: Аргентина – 83, Уругвай – 82, Австралия – 75, США – 80,
Япония – 76, Германия – 90, Швеция – 83. Помимо крупных городов-миллионеров
быстро растут городские агломерации или слившиеся города. Таковы Вашингтон-
Бостон и Лос-Анжелес-Сан-Франциско в США; города Рура в Германии; Москва,
Донбасс и Кузбасс в СНГ.
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 и даже до 150 Вт/м2 (Манхэттен).
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 5-6(С.
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%.
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 1. Выбросы в атмосферу электростанцией мощностью 1000МВт в
год (в тоннах).
| |Выбросы |
|Топливо |Частицы |СО |NOx |SO2 |Углеводоро|
| | | | | |ды |
|Уголь |3000 |2000 |27000 |110000 |400 |
|Нефть |1200 |700 |25000 |37000 |470 |
|Природный |500 |- |20000 |20,4 |34 |
|газ | | | | | |
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.
Газообразные выбросы установок перегонки и крекинга при переработке нефти 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 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 рекомендациях.
Кратко охарактеризуем основные направления решения проблемы уменьшения
загрязнения окружающей среды автотранспортом.
Совершенствование двигателя внутреннего сгорания.
Это технически вполне реальное направление может снизить удельное
потребление топлива на 10—15%, а также уменьшить объемы выбросов на 15—20%.
Бесспорно, что этот путь может стать весьма эффективным в самое ближайшее
время, поскольку не требует серьезных перестроек ни в автомобилестроении,
ни в системе обслуживания и эксплуатации автомобиля. Здесь следует лишь
учесть то, что реальный экологический эффект этих мероприятий не столь
высок, как представляется на первый взгляд, поскольку, например, снижение
объемов выбросов угарного газа в значительной мере восполняется увеличением
выбросов окислов азота.
Перевод двигателя внутреннего сгорания на газообразное топливо.
Существующий многолетний опыт эксплуатации автомобиля на пропан-
бутановых смесях показывает высокий экологический эффект. В автомобильных
выбросах резко снижается количество угарного газа, тяжелых металлов и
углеводородов, однако уровень выбросов окислов азота остается достаточно
высоким. Кроме того, применение газовых смесей пока возможно лишь на
грузовых автомобилях и требует налаживания системы газозаправочных станций,
поэтому возможности данного решения в настоящее время еще ограничены.
Перевод двигателя внутреннего сгорания на водородное топливо часто
рекламируется как чуть ли не идеальное решение проблемы, однако при этом
часто забывают, что окислы азота образуются и при использовании водорода и
что добыча, горение и транспортировка больших объемов водорода связаны с
большими техническими трудностями, небезопасны и весьма накладны в
экономическом отношении. В городе, насчитывающем несколько сот тысяч
автомобилей, пришлось бы иметь громадные запасы водорода, одно хранение
которых потребовало бы (для обеспечения безопасности населения) отчуждения
громадных территорий. Если учесть при этом, что это дополнялось бы развитой
сетью заправочных станций, то такой город был бы весьма небезопасен для его
жителей. Даже если предположить, что будет найдено экономически приемлемое
решение проблемы хранения водорода (в том числе в самих автомобилях) в
связанном состоянии, то эта проблема, по нашему мнению, едва ли будет
перспективной в ближайшие десятилетия.
Замена автомобиля электромобилем также весьма интенсивно рекламируется
в популярной литературе, однако в настоящее время она столь же мало
реальна, как и предыдущее предложение. Во-первых, даже самые совершенные
аккумуляторы наряду со значительным собственным весом, ухудшающим параметры
автомобиля, требуют для своей зарядки энергии в несколько раз больше, чем
ее затрачивает при равной работе обычный автомобиль. Тем самым
электромобиль, являясь самым расточительным, в энергетическом отношении,
средством транспорта, снижая загрязнение среды в месте своей эксплуатации,
резко увеличивает его в месте производства энергии. Во-вторых, производство
аккумуляторов требует значительного количества ценных цветных металлов,
дефицит которых растет едва ли не быстрее, чем дефицит нефти и газа. И, в-
третьих, электромобиль, практически «чистый» для городской улицы, не
является таковым для самого автомобилиста, поскольку при работе
аккумуляторов происходит постоянное выделение многих токсичных веществ,
которые неизбежно попадают в салон электромобиля. Даже если предположить,
что все вышеуказанные проблемы были бы технически разрешены, следует
учесть, что на перестройку всей автомобильной промышленности, смену
автопарка, перестройку систем обслуживания и эксплуатации транспортных
средств потребовались бы не один десяток лет и несколько десятков, если не
сотен миллиардов долларов. Поэтому аккумуляторный автомобиль едва ли сможет
стать перспективным решением проблемы загрязнения окружающей среды
автотранспортом.
Помимо разобранных выше существуют десятки других технических решений,
многие из которых доводятся до опытных образцов. Среди них есть как
бесперспективные, например автомобиль с маховиковым аккумулятором, который
может хорошо двигаться лишь по идеально ровной и прямой дороге – в
противном случае гироскопический эффект маховика будет серьезно мешать
управлению, так и достаточно перспективные «гибридные» конструкции. Среди
последних весьма любопытна идея грузового троллейбуса с аккумулятором для
межлинейных передвижений, реализация которой, при условии совершенствования
токоприемников и реконструкции токоприводов, может резко уменьшить
загрязнение воздушного бассейна, в особенности в центрах городов.
Помимо совершенствования самих средств транспорта серьезный вклад в
снижение загазованности атмосферы городов могут внести планировочные
мероприятия, мероприятия по совершенствованию управления автомобильными
потоками и мероприятия по рационализации перевозок внутри города. Создание
в городах единой автоматизированной системы управления перевозками может
резко снизить пробег автомобилей в черте города и соответственно уменьшить
загрязнение его воздушного бассейна.
Результатом загрязнения атмосферы становится такое характерное для
множества крупных городов 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 соединенияперекисной 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. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-
Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. 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
высококондиционной 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.
Шумовое загрязнение городов
Наряду с загрязнением воздушного бассейна на здоровье человека
отрицательно сказываются многие другие факторы окружающей среды городов.
Шумовое загрязнение в городах практически всегда имеет локальный
характер и преимущественно вызывается средствами транспорта – городского,
железнодорожного и авиационного. Уже сейчас на главных магистралях крупных
городов уровни шумов превышают 90 дБ и имеют тенденцию к усилению ежегодно
на 0,5 дБ, что является наибольшей опасностью для окружающей среды в
районах оживленных транспортных магистралей. Как показывают исследования
медиков, повышенные уровни шумов способствуют развитию нервно-психических
заболеваний и гипертонической болезни. Борьба с шумом, в центральных
районах городов затрудняется плотностью сложившейся застройки, из-за
которой невозможно строительство шумозащитных экранов, расширение
магистралей и высадка деревьев, снижающих на дорогах уровни шумов. Таким
образом, наиболее перспективными решениями этой проблемы являются снижение
собственных шумов транспортных средств (особенно трамвая) и применение в
зданиях, выходящих на наиболее оживленные магистрали, новых шумопоглощающих
материалов, вертикального озеленения домов и тройного остекления окон (с
одновременным применением принудительной вентиляции).
Особую проблему составляет увеличение уровня вибрации в городских
районах, главным источником чего является транспорт. Данная проблема мало
исследована, однако несомненно, что ее значение будет возрастать. Вибрация
способствует более быстрому износу и разрушению зданий и сооружений, но
самое существенное, что она может отрицательно влиять на наиболее точные
технологические процессы. Особенно важно подчеркнуть, что наибольший вред
вибрация приносит передовым отраслям промышленности и соответственно ее
рост может оказывать ограничивающее влияние на возможности научно-
технического прогресса в городах.
Загрязнение водного бассейна
Загрязнение водного бассейна в городах следует рассматривать в двух
аспектах – загрязнение воды в зоне водопотребления и загрязнение водного
бассейна в черте города за счет его стоков.
Загрязнение воды в зоне водопотребления является серьезным фактором,
ухудшающим экологическое состояние городов. Оно производится как за счет
сброса части неочищенных стоков городов и предприятий, расположенных выше
зоны водозабора данного города и загрязнения воды речным транспортом, так и
за счет попадания в водоемы части удобрений и ядохимикатов, вносимых на
поля. Причем, если с первыми видами загрязнения можно путем строительства
очистных сооружений бороться эффективно, то предотвратить загрязнение
водного бассейна, производимое сельскохозяйственными мероприятиями, очень
сложно. В зонах повышенного увлажнения около 20% удобрений и ядохимикатов,
вносимых в почву, попадает в водотоки. Это, в свою очередь, может приводить
к эвтрофикации водоемов, которая еще больше ухудшает качество воды.
Важно заметить, что водоочистные сооружения водопроводов не в
состоянии очистить питьевую воду от растворов указанных веществ, поэтому
питьевая вода может содержать их в себе в повышенных концентрациях и
отрицательно повлиять на здоровье человека. Рост химизации сельского
хозяйства неизбежно будет приводить к увеличению количества удобрений и
ядохимикатов, вносимых в почву, и соответственно с этим их концентрация в
воде будет увеличиваться.
Борьба с таким видом загрязнений требует использования удобрений и
ядохимикатов в зонах водосбора исключительно в гранулированной форме,
разработки и внедрения быстроразлагающихся ядохимикатов, а также
биологических методов защиты растений.
Города также являются мощными источниками загрязнения водного
бассейна. В крупных городах в расчете на одного жителя (с учетом
загрязненных поверхностных стоков) ежесуточно сбрасывается в водоемы около
1 м3 загрязненных стоков. Поэтому города нуждаются в мощных очистных
сооружениях.
Еще в Древнем Риме строили акведуки для снабжения свежей водой и
“Cloaca maxima” - канализационную сеть, бассейна отстойника и тем самым
предотвращение засорения канализации
|
