Методи очищення стічних вод класифікують за процесом, що лежить в їх основі, на:

♦ механічні (відстоювання фільтрування);

♦ фізичні (виморожування, обробка ультразвуком, ультрафіолетове опромінення тощо);

♦ фізико-хімічні (електроліз, коагуляція, екстракція тощо);

♦ хімічні (осадження у вигляді малорозчинних сполук, озонування і хлорування - окиснення, відновлення);

♦ біологічні (аеробне та анаеробне окиснення, використання ланцюга живих організмів від найпростіших до вищих тварин - бактерії, дріжджі, прості черви, личинки комах, рачків, водорості тощо). Біологічне очищення проводять і в природних умовах на полях зрошення та в біологічних ставках. Активними учасниками очищення вод, які знешкоджують органічні речовини, поглинають важкі металі, використовують нітрати і фосфати для збільшення біомаси, є очерет, рогіз, комиш та ін. рослини. Наприклад, водяний гіацинт, який у Південній Америці згодовують худобі, очищає воду від сульфітів, фосфатів, нафтопродуктів тощо. Відстійники, 50% поверхні яких засаджено цією рослиною, знищили запас гною тваринницьких ферм упродовж тижня, а за 20 днів гіацинт очистив воду від ракетного палива до граничнодопустимих концентрацій;

♦ термічні (спалювання);

♦ радіаційні методи використовують для очищення поверхневих та стічних вод, обробки осадів, що утворилися під час очищення стічних вод та надлишкового активного мулу; радіаційно-флотаційний метод використовують для очистки вод від поверхнево-активних речовин; радіаційно-полімеризаційний - для видалення мономерів, які при опроміненні полімеризуються і осаджуються; води, що містять нафтопродукти, після опромінення ⁶⁰Со стають стерильними.

4.3.6. Проблеми відходів людської діяльності

Відходи виробництва - це залишки сировини, матеріалів і напівфабрикатів, що утворюються в процесі виробництва, частково або повністю втратили свою якість і не відповідають стандартам виробництва. Причиною утворення відходів є переважно господарська діяльність людини.

Судячи з наведених нижче цифр, зрозуміло, чому В.Вернадський назвав людську діяльність геологічною силою. Нині людина

 використовує 13% річкових вод, повертаючи їх у довкілля у вигляді стічних вод;

 вирубує щороку 20 млн. га лісів;

 видобуває з надр і піднімає на поверхню ~100 млрд. т мінеральних руд;

 виплавляє понад 800 млн. т різних металів;

 спалює понад 7 млрд. т умовного палива;

 вносить на поля понад 500 млн. т добрив і 4 млн. т пестицидів, значна частина яких розсіюється у довкіллі і через високу стійкість накопичується по ланцюгах живлення.

Найбільшим постачальником відходів є гірничодобувний і гірничозбагачувальний комплекси, металургійна, хімічна та енергетична галузі промисловості.

Відходи класифікують за кількома принципами, але найчастіше - на основі джерела утворення та з урахуванням їх особливостей: побутові; промислові; сільськогосподарські; будівельні; каналізаційні; відходи споживання - вироби й машини, які втратили свої споживчі властивості внаслідок фізичного і морального спрацювання; радіоактивні; токсичні.

Токсичність - це міра несумісності речовин з життям; вона обернено пропорційна смертельній (летальній) дозі чи смертельній концентрації. З метою оцінки небезпечності відходів використовують 5 класів небезпечності: від вибухової речовини (тринітротолуол та ін.), рідини (бензин, бензол, діетиловий ефір), вогненебезпечної твердої речовини, що має здатність до самозаймання (вугільний пил, тирса, магній тощо) до отруйних та інфікуючих речовин (сполуки арсену, меркурію) і речовин, що здатні при контакті з повітрям чи водою виділяти токсичні речовини і викликати гострі чи хронічні захворювання в разі потрапляння в організм людини (прикладом є така реакція: NaCN+H₂ONaOH+HCN).

Короткі характеристики різних типів відходів

Побутові відходи - це все те, що викидається з житлових будинків і установ - харчові відходи, спрацьована техніка, старі газети і журнали, консервні бляшанки, старий мотлох тощо. Кількість таких відходів та їх склад залежить від багатьох чинників і можуть значно відрізнятися навіть на сусідніх вулицях одного міста. Структура їх визначається рівнем розвитку країни, специфікою і розміщенням промислових і господарських об’єктів тощо. Найбільшу долю міських відходів складає папір - 41%, найменшу - алюміній -~1%. Щороку на кожного жителя припадає така кількість побутових відходів, кг: США - понад 720, Австралії і Фінляндії - понад 620, Японії - 340-440, Франції - 300-360, Голландії - 165-190.

Майже до 1960-х років більшу частину побутових відходів вивозили за межі міста і спалювали на відкритих майданчиках; згодом звалища сміття влаштовували в природних кар’єрах, заболочених низинах, які потім засипали землею і асфальтували, влаштовуючи рекреаційні зони (території для відпочинку людей). Однак при цьому не лише втрачаються цінні компоненти твердих побутових відходів - метали, скло, папір, а й забруднюються повітря, ґрунти, поверхневі і підземні води, створюються епідеміологічно небезпечні зони. Пізніше почали вводити в експлуатацію сміттєспалювальні заводи, які забруднювали повітря через відсутність очищення димових газів.

У 1997 р. в Німеччині побудовано сміттєспалювальний завод, в якому відбувається практично безвідходний і екологічно чистий процес: нагрівання до 400⁰С і подальше спалювання при 1300⁰С, за якого 90% відходів згоряє, а 10% (твердий залишок) містить кольорові (немагнітні) метали, переважно Al, магнітні матеріали (Fe), камені, скло, кераміку. Лише 0,3% початкової кількості побутових відходів заховують на сміттєвих полігонах. Димові гази зазнають багатоступінчастого очищення, і вміст шкідливих речовин значно нижчий від європейських норм. Теплота переробляється в електроенергію.

Сільськогосподарські відходи - це відходи тваринництва і рослинництва, насамперед солома, стебла кукурудзи, соняшнику, гній з ферм. Раніше в господарстві селянина цінувався кожний жмуток соломи: її використовували як підстилку для худоби, для покрівель, при випіканні хліба. Нині солому часто просто спалюють на полях, незважаючи на те, що вона, як і стебла кукурудзи та соняшнику є цінною сировиною для вироблення паперу, будівельного та звукоізоляційного картону тощо.

Промислові відходи виникли одночасно з промисловістю і з часом їх кількість і асортимент збільшуються. Найгірше, що відходи стають дедалі все більш небезпечними, оскільки окремі їх компоненти не включаються в загальний біосферний кругообіг, накопичуються і негативно впливають на біотичні і абіотичні компоненти біосфери.

За агрегатним станом відходи поділяють на тверді, рідкі та газоподібні. Найістотнішим джерелом твердих відходів є вугільна, металургійна, хімічна промисловості, ТЕС. Пусті породи, металургійні шлаки, золи займають і забруднюють значні території, з яких під дією вітру чи атмосферних опадів потрапляють у ґрунт, поверхневі і ґрунтові води, роблячи ці території малопридатними для землеробства. Терикони шахт постійно димлять, виділяючи в атмосферу токсичні гази. Рідкі відходи - це звичайно стічні води промислових підприємств, а також АЕС, які містять цілий спектр забруднювачів - від важких металів і нафтопродуктів до радіоактивних елементів. Газоподібні відходи - викиди підприємств, які через димові труби надходять в атмосферу, забруднюючи її оксидами вуглецю, азоту, сірки, озоном. Значними забруднювачами повітря є металургійна промисловість та енергетика (ТЕС викидають в атмосферу до 29% загальної кількості всіх шкідливих відходів промисловості), транспорт. Каналізаційні відходи - це шлам, який утворюється в процесі очищення стічних побутових вод на станціях водоочищення, збагачений органічними речовинами та елементами: N, P, K, Ca тощо. Численні мегаполіси світу оточені “чорними поясами” - муловими майданчиками з продуктів, що залишаються після обробки каналізаційних стічних вод. Широкому застосуванню цих продуктів як добрива перешкоджають неестетичний вигляд, неприємний запах, небезпечність споживання овочів на удобреному в такий спосіб ґрунті через наявність у шламі яєць гельмінтів. Проблему утилізації цих відходів вирішують затопленням в океані, складуванням за містом, спалюванням. Так, в 1997 р. став до ладу перший в Росії завод зі спалювання осаду стічних вод (Санкт-Петербург), що дозволило в 10-12 разів зменшити витрати на транспорт; за рахунок значної теплотворності осаду спалювання проводиться без додавання палива з утилізацією теплоти для технічних потреб станції; золу використовують як домішок при виготовленні будівельних матеріалів і дорожнього покриття, димові гази очищують від золи, важких металів.

Радіоактивні відходи - джерелами яких можуть бути АЕС, заводи, де одержують ядерне паливо, радіохімічні заводи, де виділяють радіоактивне паливо з Твелів, дослідницькі лабораторії. Для знешкодження рідких радіоактивних відходів використовують спеціальні методи (дистиляція, випаровування тощо); а тверді радіоактивні відходи в спеціальних контейнерах заховують у шахтних виробках, на дні океану, у соляних відпрацьованих шахтах, враховуючи умови зберігання. Поблизу не має бути населених пунктів чи родовищ корисних копалин; матеріал контейнеру має витримувати високий тиск, температуру, дію агресивного середовища (морська вода, сіль); зона захоронення не може перебувати у сейсмічно активних зонах.

Таким чином, утилізація відходів буває різною, відбувається в залежності від їх кількості, концентрації цінних компонентів та токсичних речовин. На сьогоднішній день використовуються такі способи утилізації:

♦ обробка відходів - здійснення будь-яких технологічних операцій, пов’язаних зі зміною фізичних, хімічних та біологічних властивостей відходів з метою підготовки їх до екологічно безпечного зберігання і перевезення;

♦ знешкодження відходів - усунення або зменшення небезпечності відходів механічними, фізичними, хімічними чи біологічними методами;

♦ поховання відходів - остаточне розміщення відходів у спеціально відведених місцях чи об’єктах таким чином, щоб їх шкідливий вплив на довкілля та здоров’я людей не перевищував установлених норм.

На завершення слід зазначити, що безвідходних технологій не буває, бо це суперечить другому закону термодинаміки: неможливо перетворити всю енергію на роботу без витрат. Однак резерв розвитку і екологізації виробництва з метою зменшення відходів є. Це - створення нових та вдосконалення існуючих маловідходних технологій; створення біотехнологій; перенесення окремих технологій в космос; мініатюризація; розробка нових матеріалів, які швидко руйнуються у довкіллі (наприклад створення біодеградальних пластмас) тощо.

Питання для самоконтролю

1. Дайте визначення техносфері і вкажіть час та динаміку її розвитку.

2. Класифікуйте забруднення навколишнього середовища за галузевим принципом у порядку його зменшення (від найменшого до найбільшого).

3. Яке значення мають транспортні забруднення повітря у містах?

4. Що таке “смог”?

5. Що таке “кислотні дощі”, де вони формуються і де можуть випадати в Україні?

6. Назвіть причини евтрофікації водойм.

7. Чим є Світовий океан для людини і які його основні антропогенні забруднювачі?

8. Що таке “стічні води” і які методи їх очищення ви знаєте?

9. Назвіть основні типи відходів людської діяльності.

10. Що таке токсичність відходів?

11. У чому полягає специфіка радіоактивних відходів?

12. Які сучасні методи утилізації відходів людської діяльності ви знаєте?

13. Чи існують безвідходні технології?

ЛЕКЦІЯ 5

АГРОСФЕРА

5.1. Загальні положення

Агросфера - частина біосфери, трансформована людиною під впливом різних видів сільськогосподарської діяльності. Це - землі з переважанням культурних рослин і тварин, поселень сільського типу, землі, на яких упродовж тисячоліть сформувався новий природний масив. Це - агроландшафти, що потребують для свого існування і розвитку постійної значної енергетичної підтримки людиною, території з дуже збіднілим біорозмаїттям, виснажені і захімізовані, але не так техногенно навантажені, як урбанізовані та промислові райони. Термін “агросфера” з’явився порівняно нещодавно, з 90-х років ХХ ст., обґрунтовується і впроваджується як і термін “агроекологія”.

Вивчення агросфери з сучасних екологічних позицій має для України надзвичайне значення, бо агросфера займає 70% території держави і є одним з джерел економіки і добробуту нації. У багатьох країнах Азії, Південної Америки, Африки, що розвиваються, площа агросфери також велика і має дуже істотне значення для їх соціально-економічного розвитку, але продуктивність аграрного сектора цих країн, як і в Україні, значно нижча від продуктивності агросфери розвинених країн (Німеччини, Голландії, Швеції, Канади та ін.). Це пов’язано насамперед з технологіями обробітку ґрунту, системи землекористування, екологічним рівнем землеробства і сільськогосподарського виробництва взагалі.

Розвиток агросфери почався ще 10 тисяч років тому, коли людина почала меліорувати землі, докорінно змінюючи їх (осушення шумерами родючих заплав Тигру і Євфрату, єгиптянами - заплави Нилу та ін.). Меліорація стала активним стимулятором розвитку людських цивілізацій, розвитку ремесел, пов’язаних з виготовленням сільськогосподарського знаряддя, таких наук, як землевпорядкування, астрономія (для визначення часу повеней, засух, сіяння і збирання врожаю). Але саме розвиток агросфери призвів і до перших надзвичайно вагомих локальних і регіональних змін природного середовища: вирубування, викорчовування та випалювання тисяч гектарів лісів, розорювання земель і заміна багатотрав’я монокультурами (злакові, овочі), витоптування свійськими тваринами луків і пасовищ спричинили сильне збіднення ландшафтів; розвиток пустель, ярів призвів до змін режиму й складу поверхневих і ґрунтових вод, значного погіршення екологічних умов. З часом природні екосистеми дедалі більше витіснялись штучними агроекосистемами, в яких панували рослини і тварини, потрібні людині, корисні тільки їй. Таке заміщення біосфери агросферою супроводжувалося спрощенням трофічних ланцюгів, вимиранням значної кількості тварин і рослин, збідненням і деградацією грунтів - одного з найголовніших компонентів біосфери, роль яких надзвичайно велика, бо вони виконують важливі екологічні функції, головною з яких є те, що ґрунти є середовищем існування мікроорганізмів, грибів, рослин, інших живих істот. Родючість грунтів визначає умови існування людини та її розвитку. Тому, коли стан грунтів у всьому світі значно погіршився, особливо після Другої світової війни, вчені-аграрії та екологи з 80-х роках ХХ ст. почали займатися дослідження значення грунтів, шукати шляхи їх відродження; і ці дослідження продовжуються і нині.

5.2. Агроекосистеми

Сучасні агроекосистеми - це комплекс двох біотичних спільнот, одна з яких створена впродовж віків природою, а друга - людиною (наприклад, - степ і плантації цукрових буряків, кукурудзи чи картоплі; ліс з дикими грушевими і яблуневими деревами і фруктовий сад з сортовими деревами або ягідними чагарниками, виведеними людиною шляхом багаторічної вегетаційної роботи). Біотична спільнота, створена людиною, регулярно нею підтримувана з метою одержання сільськогосподарської продукції, яка має малу екологічну стійкість, але високу врожайність (продуктивність) одного чи кількох видів (сортів, порід) рослин або тварин, називається агроценозом.