Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

А.И. Сафонов
Техноэкология. Курс лекций

Донецк: ДонНУ, 2014. – 107 с.

Предыдущая

6. Инженерные средства и методы защиты окружающей среды

6.3. Методы и средства очистки сточных вод

Вода обладает необыкновенно ценным свойством непрерывного самоочищения, регулируемого биохимическими циклами. Уже было сказано, что поступающие в водоемы загрязнения подвергаются изменениям в пространстве и времени, обретая другую концентрацию, структуру и физико-химические свойства. В результате совокупной деятельности бактерий, водорослей, высших водных растений и различных беспозвоночных организмов в условиях действенной природы процесс самоочищения осуществляется быстро. С увеличением количества загрязняющих веществ так называемая способность самоочищения водоема снижается и при определенном их уровне может вообще исчезнуть. Так, химические, нефтеперерабатывающие и другие предприятия сбрасывают со стоками некоторые органические вещества, которые под действием микроорганизмов окисляются, потребляя для этого кислород, растворенный в воде. Резкое уменьшение кислорода вызывает гибель организмов, составляющих сложную живую систему водоема, нуждающуюся для своей жизнедеятельности в кислороде. В то же время начинают усиленно развиваться анаэробные микроорганизмы, не нуждающиеся в кислороде и активно содействующие нарушению экологического равновесия, развитию процессов загнивания и, в конечном счете, гибели водоема.

С ростом антропогенного воздействия на биосферу и гидросферу загрязнения, поступающие в водоемы пресной воды, приняли масштабы, при которых очистка сточных вод становится неизбежным элементом водопользования.

В ближайшем будущем, вероятно, человечеству не удастся избежать загрязнений воды в процессе ее технологического использования. А это обязывает к решению чрезвычайно важных задач очистки сточных вод от загрязнений любых видов. Необходима очистка воды до такой степени, чтобы при сбросе ее в водоем и смешении с природной водой биохимическая потребность в кислороде (БПК) была в пределах нормы, установленной санитарными правилами. Постоянное накопление загрязняющих веществ в биосфере и гидросфере, а также быстрый рост количества новых, еще плохо изученных химических элементов и их соединений, сбрасываемых со сточными водами, выдвигают проблемы пересмотра санитарных норм в сторону более жестких ограничений. Одни ограничения, однако, не могут стать гарантом сохранения естественных качеств природных вод, необходимо одновременное соблюдение предельно допустимых концентраций загрязнений.

Методы очистки сточных вод

Сточные воды, в зависимости от условий их образования, подразделяются на бытовые или хозяйственно-фекальные (БСВ), атмосферные (АСВ) и промышленные (ПСВ). Наибольшее количество загрязняющих компонентов содержат промышленные сточные воды, жидкие отходы которых являются продуктами переработки органических и неорганических веществ.

По своему фазово-дисперсному состоянию сточные воды согласно классификации, предложенной Л. А. Кульским, подразделяются на четыре группы (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Классификация примесей по их фазово-дисперсному состоянию

Группа

Степень дисперсности частиц примесей, см-1

Размер частиц, мм

Краткая характеристика примесей

Гетерогенные системы

I – смеси

105

10-6

Суспензии и эмульсии, обусловливающие мутность воды, а также микроорганизмы и планктон; коллоиды и высокомолекулярные соединения, обусловливающие окисляемость и цветность воды

II - коллоидные растворы

105–106

10-5–10-6

Гомогенные системы

III – молекулярные растворы

106–107

10-6–10-7

Газы, растворимые в воде, органические вещества, придающие запахи и вкусы.

Соли, основания, кислоты, обусловливающие минерализованность, жесткость, щелочность или кислотность воды

IV – ионные растворы

 

 

Промышленные сточные воды очищают различными методами, к важнейшим из которых относятся: механический, химический, физико-химический, биологический и термический.

Механическую очистку сточных вод применяют при выделении нерастворимых примесей методами процеживания, отстаивания и фильтрования. Обычно эти методы применяют в качестве предварительной очистки сточных вод. Процеживание с помощью разнообразных приспособлений типа решеток, сит, сеток и самоулавливателей позволяет избавиться от грубодисперсных примесей, а мелкие твердые частицы удаляются методом отстаивания и фильтрования. Тяжелые частицы примесей осаждаются, легкие же вещества всплывают на поверхность воды отстойника, откуда могут быть легко удалены. При необходимости очистки вод, содержащих нефтепродукты, применяют широко распространенные маслоловушки, жироловушки, нефтеловушки, которые, однако, малоэффективны, так как процесс очистки в них малоинтенсивен и требует специальных устройств для отвода нефти.

К более эффективным устройствам для очистки нефтесодержащих сточных вод относятся усовершенствованные, весьма простые, но дающие большой эффект очистки технические комплексы*.

Для интенсификации процессов отстаивания и фильтрации в сточные воды обычно добавляют коагулянты и флокулянты или используют гидроциклоны и центрифуги, которые повышают скорость очистки действием центробежных сил. Использование современных устройств для механической очистки позволяет достигнуть выделения из бытовых сточных вод до 60% нерастворенных веществ, а из производственных - до 90–95%.

Химические методы очистки основаны на добавлении в сточные воды таких реагентов, которые, вступая в химическую реакцию с загрязняющими веществами, способствуют получению малотоксичных веществ, а также выпадению в осадок (нерастворенных коллоидных или частично растворенных водных примесей). Среди химических методов очистки широко распространены нейтрализация и окисление (активным хлором, кислородом воздуха, озоном и другими веществами), способствующие уменьшению количества нерастворенных примесей сточных вод до 95% и растворенных - до 25%.

Физико-химическую очистку применяют для удаления из вод суспензированных и эмульгированных примесей, а также органических и неорганических веществ, растворенных в сточной воде с помощью коагуляции, отдувки, ионного обмена, адсорбции, экстракции, ультрафильтрации, кристаллизации, дистилляции, дезодорации и других методов.

Термическая очистка сточных вод применяется в тех случаях, когда промышленные сточные воды не поддаются очистке перечисленными методами. В этом случае загрязненную воду подвергают термическому обезвреживанию или же перекачивают ее в глубинные скважины.

Биологическая очистка состоит в минерализации органических загрязнений сточных вод, которые окисляются микроорганизмами. В естественных условиях такая очистка проводится на специальных полигонах, называемых полями фильтрации или полями орошения. На этих полях сточные воды разливаются по системам каналов, где очистка их от загрязнений осуществляется путем фильтрации вод в слоях почвы толщиной не менее 0,8 м.

Биологическая очистка воды - процесс, присущий природе, выработавшей в ходе эволюции на Земле устойчивый механизм экологического равновесия. На основе знаний о сложных взаимосвязях живых организмов в биосфере человек создал различные очистные сооружения, работающие на принципе биологической очистки: биологические пруды, представляющие самостоятельные экологические системы; биологические фильтры, использующие в качестве рабочего звена тонкую бактериальную пленку или аэротенки - искусственные сооружения в виде больших бетонных резервуаров, в которых сточные воды продуваются сильными струями мельчайших пузырьков воздуха снизу вверх. В таких устройствах «рабочим телом» служит масса, состоящая из двух компонентов: микроскопических растений и животных. Этот биологический механизм очистки - плод творческой фантазии человека, претворенный в реальные биофильтры, каких в природе не существует.

Процесс так называемой минерализации органических веществ становится интенсивным в условиях, когда имеется избыток кислорода в виде пузырьков воздуха и приток органических веществ со сточными водами. Тогда в иле биологического очистного устройства бурно развиваются бактерии и различные микроорганизмы, бактерии слипаются в комья причудливой формы, образуя огромную активную поверхность, выделяющую ферменты, расщепляющие органические вещества, которые выпадают в осадок в виде минералов. Сущность биологической очистки мало чем отличается от процессов, происходящих на полях орошения и фильтрации, хотя биохимическое окисление в первом случае происходит значительно быстрее.

Интенсивное использование перечисленных устройств с биохимическим способом очистки, естественно, приводит к скоплению огромного количества осадков, которые можно рекуперировать в ценные продукты. Так, из активного ила успешно получают белково-витаминные корма (продукты белвитамин), витамины В12. Активные угли или осадки, получаемые при обработке и очистке сточных вод гидролизной и бумажной промышленности, перерабатывают в продукты, используемые в сельскохозяйственном производстве в качестве удобрений.

Рациональное водопотребление в промышленности

Не так давно устройство очистных сооружений считалось проявлением высокой природоохранной культуры. Но такой, как выяснилось, примитивный подход бесконечного чередования сброса и очистки с развитием цивилизации вряд ли защитит воду от гибели. Нужна не очистка, а защита естественных вод от загрязнений.

Очистные сооружения пока еще не имеют большого удельного веса среди объектов, предназначенных для охраны окружающей среды от загрязнений. Во всех частях мира есть еще предприятия, где очистка сточных вод считается эффективной, если она дает возможность не превышать предельно допускаемые концентрации загрязняющих веществ. Вместе с тем водооборотные циклы (исключившие спуск загрязнений в воду) стали реальной составляющей технологических процессов многих предприятий, работающих с нулевым сбросом.

Отказ от очистных сооружений, считавшихся долгие годы основным средством защиты водных ресурсов от загрязнений, необходим не только потому, что это лишь частичная мера, не исключающая вредных составляющих веществ в гидросфере. По современным оценкам, содержание очистных сооружений - экономически не выгодный процесс. Подсчитано, что расходы на устранение ущерба от загрязнения водоемов резко возрастают от увеличения концентрации вредных примесей, а повышение эффективности очистки неизменно влечет за собой рост затрат на очистку.

При нынешнем положении дел с постоянным увеличением загрязнений гидросферы очевидным становятся два направления в борьбе за охрану водных ресурсов. Во-первых, это ужесточение экономической ответственности водопотребителей за некачественную очистку сточных вод, во-вторых, разработка и внедрение новых технологий, коренным образом изменяющих подход к проблемам охраны окружающей среды.

Мощным катализатором выполнения указанных тенденций, видимо, должно стать развитие новых законодательных актов по использованию и охране водных ресурсов от загрязнений промышленными и бытовыми стоками, в которых будут учтены современные проблемы защиты гидросферы. Отказ от старых и внедрение новых технологий, прежде всего, обусловлен созданием промышленных предприятий без выбросов и отходов. Такие предприятия должны применять новейшие системы технологических процессов, в которых использование сырьевых и энергетических ресурсов будет увязываться с требованиями защиты природы и здоровья человека. В нашей стране основные тенденции создания таких производств связаны с системой переработки сырья, содержащей комплексы выделения и обработки всех отходов в виде готовой продукции.

В последние годы наметились разные технологические направления, обеспечивающие существенное снижение водопотребления и загрязнения. К наиболее перспективным из них относятся: разработка и внедрение водооборотных циклов; повторное использование очищенных вод в оборотных системах охлаждающей воды; разработка принципиально новых безводных технологических процессов с внедрением их в первую очередь на производствах с ядовитыми отходами, применение систем воздушного охлаждения.

Наиболее рациональными способами сбережения водных ресурсов становятся водооборотные циклы, принципиальные схемы которых  указаны на рис. 6.6.

Рис.6.6. Схемы водооборотных циклов

Водооборотные циклы водоснабжения сейчас широко используются в теплоэнергетике и на атомных электростанциях, где в связи с этим снижается потребление чистой воды. Внедрение водооборотных циклов в США позволило значительно уменьшить количество потребляемой воды в теплоэнергетике с 230 км3 в 1970 г. до 100 км3 в настоящее время, при этом выработка энергии возросла. Специалисты разработали целые комплексы перспективных систем с водооборотными циклами, которые наряду с исключением сброса сточных вод значительно уменьшают потребление свежей воды. Примером того может служить внедренная на Волжском автомобильном заводе бессточная система (вместо существовавшего ранее комплекса очистных сооружений), с вводом которой сэкономлено 10 млн кВт ч электроэнергии.

Рассматривая оборотное водоснабжение как эффективное средство потребления свежей воды, следует иметь в виду, что в нем используются методы очистки сточных вод, которые должны обеспечивать необходимое количество технологической воды. В технике, как известно, качество воды определяется совокупностью показателей: физических, химических, биологических и бактериальных. В зависимости от назначения воды и требований технологического процесса вода классифицируется по четырем категориям. К I категории относится вода, используемая в системах охлаждения, ко II - употребляемая в качестве среды поглощения и транспортирования механических и растворенных примесей без нагрева, к III категории относят воду того же назначения, что и II, но с нагреванием, и IV категории - используемая как растворитель реагентов (данные приводятся по Г. В. Стадницкому и А. И. Родионову).

Одним из важнейших направлений является внедрение безотходной технологии, где все виды отходов (жидкие, твердые) полностью утилизируются. Обезвреживание и утилизация твердых промышленных отходов составляют весьма сложную и трудноразрешимую задачу. Дело в том, что сложный цикл безотходной технологии может быть реализован в условиях комплекса взаимосвязанных предприятий, в которых отходы одного производства становятся исходным сырьем для другого. Но многие отходы (в том числе крупнотоннажные) пока не находят широкого применения. Часть неутилизируемых отходов собирают предприятия Главвторчермета и Главвторсырья, однако большую часть этих отходов подвергают захоронению или вывозят на специально организованные для этой цели полигоны.

Промышленные отходы в США, по некоторым данным составляют свыше 1 млрд т, в Японии – 260 млн т в год. В России объем потребления вторичных ресурсов за последнее пятилетие возрос более чем на 4 млн т. Основой комплексного использования сырья, а следовательно, и защиты природы от загрязнений служит так называемая рекуперация - улавливание и переработка отходов. Предприятия с безотходными технологиями начали строиться в нашей стране уже в 30-х гг., но это были единичные производства; в середине 80-х гг. развитие таких предприятий получило качественно новый уровень. Примером тому служит разработка и внедрение промышленного комплекса ванадиевых шлаков, при котором было достигнуто полное соблюдение требований защиты окружающей среды (за разработку указанного комплекса группа советских специалистов в 1976  г. была отмечена Государственной премией).

Не менее важным направлением существенного снижения водопотребления и загрязнения сточных вод становится внедрение «безводных» или «сухих» технологий. Использование таких технологий в нефтеперерабатывающей промышленности позволило уменьшить расход воды на переработку одной тонны нефти в 100 раз, в целлюлозной промышленности на базе новых технологий сокращено потребление воды в 6 раз, а концентрация не поддающихся очистке загрязнений сточных вод уменьшилась в 7 раз. При проектировании промышленных предприятий без выбросов отходов в природную среду предусматривают создание комплексов бессточных и замкнутых систем водопотребления, комплексную переработку сырья; рекуперацию промышленных отходов; разработку промышленных объединений с замкнутой системой потоков переработки сырья и отходов и заготовления новой продукции.

Другая крупная составляющая загрязнений гидросферы - бытовые сточные воды, которые представляют с точки зрения очистки сточных вод и уменьшения их объема сложнейшую проблему планеты. Дело в том, что здесь невозможно создать оборотное водоснабжение или безводную технологию. Это не позволяет сделать ни сегодняшний уровень развития различных технологий, ни глобальный уровень мышления тех людей, специалистов и других лиц общества, которым предстоит принимать кардинальные решения новой ориентации. Необходимо время, а пока продолжается загрязнение окружающей среды, нарушение экологических систем в биосфере, гидросфере, огромные экономические потери, рост заболеваемости и смертности из-за потребления загрязненной воды, и, пожалуй, самое важное - генетическое воздействие разрушающего характера на следующие поколения человека и всей будущей биосферы.

Технические средства очистки сточных вод

Сточные воды как ресурс промышленного водоснабжения по своему составу разнообразны и могут содержать загрязнения, находящиеся в различных агрегатных состояниях. Примеси, загрязняющие сточные воды, подразделяют на три категории.

Мусор и грубодисперсные примеси. Мусор - это полиэтиленовые и пластиковые частицы пакетов, тряпки и прочие предметы, попадающие в систему очистки. Ливнестоки приносят также частицы почвы, глины, песка, эмульсий, попадающие в водоемы с промышленных предприятий. Для удаления этих примесей используются устройства механической очистки: решетки, песколовки, отстойники, септики.

Органические вещества, или коллоидные примеси, которые находятся в воде в виде тонкодисперсных образований. Это как живые организмы (бактерии-редуценты), так и неживая органика (волокна бумаги и тканей, пищевые отходы). Вещества этой категория изменяют цвет воды. Термин «коллоиды» свидетельствует о том, что эти вещества не оседают, а остаются во взвешенном состоянии. Для удаления этих примесей используют коагулянты - вещества, вызывающие слипание и укрупнение частиц.

Растворенные в воде органические соединения и газы. К ним относятся в основном биогены, например, соединения азота, фосфора и калия из продуктов жизнедеятельности, обогащенные фосфатами. Вещества этой категории придают воде различные привкусы, запахи, окраску. Очистку воды осуществляют аэрированием - продувкой воды воздухом, введением окислителей, разрушающих большинство примесей этой категории, адсорбцией - применением активированного угля, который удаляет примеси путем впитывания (сорбирования) многих примесей.

Общая схема очистки воды включает следующие этапы (рис. 6.7):

предочистка - очистка воды от мусора грубодисперсных примесей с помощью стержневой решетки и песколовки или грязеотстойника;

первичная очистка - осуществляется путем медленного пропускания воды через первичные отстойники, при этом вода на выходе из баков-отстойников все еще содержит до 70% неосевших органических веществ и растворенные биогены;

вторичная или биологическая очистка может быть выполнена при помощи капельных биофильтров и активного ила. В этой очистке участвуют живые естественные редуценты, потребляющие органические вещества. В процессе дыхания они превращают это вещество в воду и углекислый газ (см. рис. 6.7).

Описание: 0034

Рис.6.7. Общая схема очистки сточных вод

Сточные воды очищают механическим, биологическим, физико-химическим и обеззараживающим (дезинфекционным) методами. Приведем несколько примеров.

Отстойники служат для удаления из сточных вод механических примесей и частично коллоидных (минеральных и органических) загрязнений. Они могут применяться в общей схеме очистки, как это показано на рис.7.7, и как самостоятельные сооружения, если требуется очистка только от технических примесей. При расходе сточных вод не более 50000 м3/сут. используют вертикальные отстойники. Горизонтальные отстойники используются на станциях производительностью 30000 – 50000 м3/сут для удаления из сточных вод коагулированных взвесей или там, где необходимо удалять некоагулированные взвеси при любой производительности.

В промышленности особую проблему составляет очистка сточных вод от нефтепродуктов. В качестве примера приведем одно из устройств, отличающееся простотой конструкции и эффективностью в работе (устройство отмечено дипломом НТО МПС). Авторы серии таких устройств А.Е. Аствацатуров, И.Г.Чайка. Устройство, показанное на рис. 6.8, содержит корпус 1 цилиндроконической формы с патрубком 2, снабженным краном 3 для отвода очищенной воды и патрубком 4 с краном 5 для отвода осевших загрязнений. Внутри корпуса 1 размещена камера 6 конусообразной формы, снабженная тангенциально расположенными патрубками 7 с краном 8 для подачи воды на очистку, и патрубком 9 для отвода нефтепродуктов. В нижней части камеры 6 расположены коллектор 10 и патрубок 11 для подачи воздуха, снабженный краном 12.

Описание: 0035

Рис. 6.8. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод

(по а.с. А. Е.,Аствацатурова, И. Г. Чайки)

Работает устройство следующим образом. Корпус 1 заполняется водой до уровня расположения патрубка 2. Сточная вода, содержащая нефтепродукты, подается по патрубкам 7 в камеру 6 и приобретает круговое движение, пронизывается восходящими вверх пузырьками воздуха, исходящими из коллектора 10, и интенсивно разделяется.

Всплывшие нефтепродукты концентрируются в верхней зауженной части камеры 6 и отводятся по патрубку 9. Воздух, исходящий из коллектора 10, ускоряет процесс выделения из сточной воды нефтепродуктов, а сужающаяся конусообразная форма камеры 6 обеспечивает их интенсивный отвод. Управление процессом разделения и отвода нефтепродуктов обеспечивается кранами 3, 5, 8, 12. Устройства для очистки нефтесодержащих сточных вод и техническое средство для очистки сточных вод от механических примесей, разработанные также под руководством автора данной книги, были еще в 70-е годы внедрены в производство на крупных сооружениях. Например, «Устройство для подачи теплоносителя в котел железнодорожного вагона-цистерны» (А. с. № 538928 от 20.08.76, внедрено в Грозненском вагонном депо); «Установка для очистки внутренних и наружных поверхностей железнодорожного вагона» (А.с.№ 569466 от 20.04.77, внедрено на Новороссийском и Орджоникидзевском вагоноремонтных заводах); «Моечная машина для обмывки тяговых двигателей» - внедрена совместно с устройствами для очистки сточных вод на Ростовском ЭРЗ в 1978 г. Все эти устройства до настоящего времени не утратили своих технико-экономических преимуществ.

Для биологической очистки воды применяют метатенки, аэротенки, биологические фильтры. Метатенки представляют собой бродильные камеры, предназначенные для анаэробной очистки - осадки сточных вод с помощью микробов, которые могут жить без доступа воздуха. Аэротенки - это проточные резервуары длиной до 150 м с отстойником, в котором происходит постепенное уменьшение количества органических веществ, азота, нитритов, аммонийных солей путем разрушения их микроорганизмами - минерализаторами.

Биологические фильтры (рис. 6.9) - это устройства, напоминающие собой емкости, загруженные сыпучими материалами, через массу которых пропускают воду.

Описание: 0036

Рис. 6.9. Биологический фильтр:
1 – дозирующий бак; 2 – сифон;

3 – спиральная насадка для разбрызгивания; 4 – магистральный трубопровод; 5 – распределительные трубы; 6 – дренаж из плиток;

7 – каналы для входа воздуха в дренаж; 8 – фильтр из шлака;

9 – канал для отвода очищенной воды

В емкости растворенные вещества сточных вод адсорбируют и разрушаются с помощью микробов (т.е. аэробно), которые могут жить в среде, содержащей кислород. На поверхности сыпучих материалов (шлака, щебня) появляется биологически активная пленка. В верхнем слое - до 10 см - развиваются инфузории, личинки, жгутиковые, которые, разрыхляя биологическую пленку, разлагают клетчатку, хитин. В отечественной и зарубежной практике для очистки сточных вод, загрязненных отходами нефти, продуктами ее переработки, маслами, смолами, красителями, продуктами органического синтеза и др., применяют метод флотации. Наиболее эффективная очистка сточных вод может быть достигнута с помощью сооружений напорной флотации.

Помимо удаления механических примесей, растворенных и коллоидных загрязнений, напорная флотация позволяет растворить в воде достаточное количество воздуха. Технологическая схема очистки сточных вод, содержащих смесь поверхностно-активных веществ (ПАВ), а также взвешенных и коллоидных примесей показана на рис.6.10. Сточные воды предприятия подаются в усреднитель 1, откуда насосом 2 попадают во флотатор 3. Пена из флотатора поступает в пеногаситель 4, снабженный нагревателем (ускорителем разрушения пены). После сепарации ПАВ сточная вода проходит реактор 5, вертикальный отстойник 6 и угольно-кварцевые фильтры 7, 8. Одновременно пеноконденсат из пеногасителя 4 поступает в реактор 12, в который подается суспензия глины через дозатор. После перемешивания пеноконденсата с глиной (10 мин.) суспензия поступает в отстойник 11. Вакуум-фильтр 9 обезвоживает глиняный шлак из отстойника, а глина может быть утилизирована для производства кирпича. Пройдя озонирование в камере 10, очищенная вода поступает в трубопровод предприятия.

Описание: 0038

Рис. 6.10. Схема очистки сточных вод от ПАВ:
I – подвод воды;

II – отвод всплывших загрязнений; III – подвод воздуха; IV - отвод воздуха;

1- буферный резервуар; 2 – эжектор; 3 – напорный бак; 4- флотационная камера; 5 – насос; 6 – скребковые устройства для сбора пены

 

Инженерно-экологический подход к строительству сооружений

Инженерная деятельность может быть признана полезной, если проекты и строительство инженерных сооружений любого уровня учитывают сохранение экологического баланса и обеспечивают безопасность экосистем и, так называемое, рациональное природопользование. Между тем, научно обоснованной взаимосвязи инженерных разработок с лимитирующими факторами природной среды и механизмами саморегуляции экологических систем долгое время вообще не существовало. Инженерные сооружения разрабатывались как бы сами по себе, без учета экологических потерь и деформации в системах биосферы и других сфер.

В период бурного развития современной цивилизации было создано великое множество прекрасных, с точки зрения чисто инженерных позиций, сооружений типа плотин, каналов, водохранилищ и прочих объектов. Однако уровень знаний о водных ресурсах и умение управлять ими не соответствовал требованиям разрешения сложных инженерно-экологических задач. А обращение разработок в чисто инженерные решения, как это показали последующие годы их эксплуатации, привели к постепенному накоплению факторов дисбаланса жизнедеятельности экологических систем. Иначе говоря, в природных качествах биосферы, атмосферы, гидросферы и литосферы стали все чаще появляться факторы, способствующие всяким аномальным, ненормальным для природной среды проявлениям, а затем и экологическим катастрофам. Такие явления, когда деятельность талантливых инженеров приводила впоследствии к экологическим бедствиям, заслуживают особого внимания.

Рост промышленного производства в начале XX века привел к резкому увеличению объемов переброски воды. Появляются крупные инженерные сооружения типа Суэцкого и Панамского каналов, затем такие мощные системы переброски воды, как Большой Ферганский канал в СССР, создавший переброску воды в объеме 6 км3 в год, канал Москва-Волга - 2,3 км3 в год, комплекс водоснабжения Нью-Йорка из реки Делавэр - 1,3 км3 в год и т.п. Только крупные системы переброски воды в СССР давали в сумме около 50 км3 в год (общая длина их более 3400 км). Всего в СССР по каналам общей протяженностью 4500 км перебрасывалось ежегодно 110 км3 воды (половина стока Волги). В США суммарный объем переброски воды составляет 30 км3 в год. Во всем мире в настоящее время объем переброски близок к 3000 км3 в год.

Для использования водного ресурса стали разрабатываться грандиозные проекты гигантских гидротехнических сооружений, включающих крупные плотины, водохранилища, сверхмощные насосные станции и каскады гидроэлектростанций. Проекты предусматривали переброску воды из одних речных регионов в другие с поворотом речных вод вспять и другие мероприятий на грани фантастики, в том числе проекты перекачки вод, например, из устья Амазонки в Африку и многие другие. Одновременно проводились работы по искусственному воздействию на системы облаков для изменения места выпадения осадков. Такие эксперименты, относящиеся также в деятельности по переброске воды в пространстве и времени, проводились интенсивно в США, СССР, Израиле. Примеров переброски воды в промышленно развитых странах сравнительно много, и они, несомненно, дают определенный социальный и экономический эффект. А вот экологии и окружающей природной среде они нанесли большой вред.

Экологи придерживаются единого мнения, что необходимо больше изучать и углублять знания о водных ресурсах, надо уметь лучше ими управлять, прежде чем поворачивать реки вспять, перебрасывать пресные воды с одного континента на другой или пытаться искусственно воздействовать на системы облаков для получения дополнительных осадков в одной районе мира, которые вполне естественно не выпадут в другом месте (в США известны целые районы, пострадавшие от засухи в результате подобных экспериментов).

Согласно экологической точке зрения, вода представляет собой ресурс, обращающийся во всей экосистеме. Те специалисты, которые считают, что современные проблемы, связанные с наводнениями, переброской и использованием воды могут быть разрешены лишь строительством крупных инженерных сооружений типа больших плотин и других подобных объектов, возможно, хорошо владеют инженерным делом, но очень слабо разбираются в экологии. Отсюда и огромные материальные убытки, и трудно обратимые нарушения экологического равновесия экосистем. Так, на укрощение крупной реки Миссисипи для ограничения ее разливов были затрачены миллионы, а убытки от наводнений возросли. За строительством дамб и урбанизацией водосборного бассейна реки следует еще большее поднятие уровня воды и тем больше вреда наносится при прорывах ограждений и барьеров. Известны огромные убытки, связанные с укрощением Невы, приносящей огромный ущерб в периоды своих разливов со времен основания на этой реке Санкт-Петербурга.

Вывод из сказанного понятен: ни одно крупное сооружение, связанное с использованием водного ресурса, не должно решаться однобоко на основе чисто инженерных разработок. В этих случаях нужен системный инженерно-экологический подход. Инженерно-экологический подход заключает в себе исследование объективных закономерностей и средств взаимодействия сложной техники и окружающей природной среды с целью приложения их к проектированию инженерных сооружений.



* Характерным примером такой техники может служить устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод, а. с. 570558 (Аствацатуров А.Е., Чайка И.Г.), повысившее эффективность прототина – патент США № 3520105, кл. 55–191, 1968.

Предыдущая