Загрязнение и здоровье окружающей среды (стр. 2 из 11)

Различие в воздействии двух основных типов загрязнения на энергетику системы показано на фиг. 216. Нестойкие загрязнители, несущие энергию {органическое вещество), или питательные вещества (фосфаты, карбонаты и т. п.), повышают продуктивность экосистемы, если поступают в умеренном количестве (кривая /). При повышении поступления до критического уровня часто возникают резкие колебания (.например, в цветении водорослей), а дальнейшее увеличение поступления этих загрязнений приводит к стрессу — система в сущности оказывается отравленной «избытком благ». Быстрота, с какой в отсутствие должного контроля может произойти переход от хорошего к плохому, вносит дополнительные трудности в распознавание загрязнения и воздействие на него (это видно по тому, как круто кривая / идет вниз).Кривая // на фиг. 216 показывает, что токсичные вещества с самого начала вызывают стресс и по мере увеличения их количества продуктивность подавляется все больше, однако и в этом случае при постоянном низком уровне их поступления в среду эффект будет трудно обнаружить.

ЭТАПЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ

Обычно принято делить обработку нестойких отходов на три стадии: 1) предварительная (первичная) обработка — механическое отсеивание и осаждение твердых веществ (которые сжигают или закапывают); 2) неполная (вторичная) обработка — биологическое восстановление органического вещества; 3) полная, или окончательная (третичная) обработка, 'которая состоит в химическом удалении фосфатов, нитратов, биогенных и других веществ. Полная трехстепенная обработка жидких отходов показана на фиг. 217. Как уже отмечалось, неполная обработка осуществляется в биологической системе, в которой микроорганизмы разлагают биологическое вещество таким же образом, как они делают это в почвах и донных осадках. Наиболее распространенная установка представляет собой систему с активным илом, которая при помощи насоса, обычно электрического, производит аэрацию и перемешивание. Другая система — это система с капельным фильтром, в которой жидкость после предварительной обработки течет под действием силы тяжести по камням или сочится по поверхности пластмассового лотка, образующего аэрируемый слой и напоминающего перекат естественной реки. Систему вторичной обработки весьма полезно изучить на практике по экологии; в качестве руководства можно рекомендовать книгу Хокса (1963).

Предварительная и неполная обработка были недавно скомбинированы в очень компактной установке, которая особенно удобна для пригородов и небольших городов. Следует напомнить, что переработка в меньшем пространстве требует увеличения подводимой мощности (энергии) и более высокой квалификации обслуживающего персонала; любая неполадка сопровождается поступлением необработанных сточных вод в окружающую среду. Это вновь служит иллюстрацией принципа, согласно которому повышение сложности и эффективности в использовании пространства требует увеличения затрат энергии на «откачивание неупорядоченности».

По стоимости сооружения и эксплуатации самыми дешевыми являются окислительные пруды. Это неглубокие водоемы (1 — 1,5м глубины), устроенные так, чтобы поверхность соприкосновения с воздухом была максимальна. Отходы закачиваются на дно пруда, и водоросли, бурно растущие в верхней освещенной зоне, обеспечивают аэрацию.

Фиг. 217. Три стадии обработки сточных вод и других органических отходов.

Многие крупные и мелкие города уже имеют установки для предварительной (первичной) обработки; большинство предполагает начать производить неполную (вторичную) обработку в ближайшие годы. Полную (третичную) обработку необходимо ввести как можно скорее, иначе крупные город захлебнутся своими собственными отбросами.

Эти пруды действуют как аэробно-анаэробные системы, подобно естественно плодородным лагунам. Применение таких полуестественных устройств требует много места (около 0,5 га на обработку бытовых отходов 100 чел.) и разумного обращения. Производительность их можно повысить при помощи дополнительных устройств для механической аэрации. Такие пруды сейчас широко применяют для обработки бытовых сточных вод в пригородных районах, особенно в теплом климате. Эффективны они также для частичной обработки отходов бумажных и текстильных фабрик, фабрик, выпускающих пищевые продукты, и т. д. Несомненно, что такие пруды будут шире использоваться в будущем для переработки отходов с птицеферм и скотных дворов. В настоящее время эти отходы животноводства почти не обрабатываются, что является причиной очень серьезного загрязнения водных путей (вспомните, что на земле примерно в пять раз больше домашних животных, чем людей, если, так сказать, привести их к одному знаменателю). Следует подчеркнуть, что окислительные пруды производят не полную обработку, а превращение: органическое вещество-загрязнитель превращается в вещество водорослей и биогенные вещества, которые выносятся в естественную среду, где для них должно иметься адекватное пространство и возможность включения в пищевые цепи. Здесь напрашиваются такие решения, как сбор урожая водорослей на корм скоту или использование прудовых стоков для аквакультуры, ирригации и других полезных целей, но все это требует дальнейших исследований.

Даже после относительно полной вторичной обработки, сток еще, конечно, сильно загрязнен биогенными веществами и непригоден для прямого использования человеком. В то время как технология вторичной обработки достаточно развита, третичная обработка находится еще главным образом на стадии экспериментальных установок. Большинство городов все еще стремится к достижению адекватной вторичной обработки, тогда как им следовало бы добиваться полного восстановления путем третичной обработки. Тысячи мелких городов и пригородных районов не производят вообще никакой обработки или в лучшем случае производят только грубую первичную обработку. Как указывалось выше, отходы индустриализованного сельского хозяйства почти не обрабатываются. Человек рассчитывает, что третичную обработку произведет природа, и она могла бы делать это очень эффективно, если предоставить ей достаточно места. Осложнения начинаются после того, как пространство, необходимое для естественной обработки отходов, человек застроит городами, сельскохозяйственными и промышленными предприятиями, которые производят дополнительные загрязнения. В результате ему приходится прибегнуть к искусственной третичной обработке, которая в несколько раз дороже обычной вторичной обработки. Стефенс и Вайнбергер (1968) приводят сравнительную стоимость разных стадий обработки отходов:

1) 1000 галлонов рабна 3785 л.

Нижние цифры соответствуют стоимости на крупных предприятиях, обрабатывающих по 100 млн. галлонов в день. Капиталовложения, требуемые для создания установок полной обработки, — порядка 25 млн. долл., а установка для неполной и предварительной обработки обходится в 20 и 10 млн. долл. соответственно. Производство питьевой воды путем полной обработки (полное восстановление) обходится дешевле, чем опреснение (в последнем случае 1000 галлонов стоит не менее 1 долл.) и может вскоре стать дешевле, чем доставка воды по трубам из удаленных источников; По качеству восстановленная вода была бы лучше той, которую пьют сейчас миллионы городских жителей.

В менее густонаселенных областях начинают проявлять .все больший интерес к использованию для третичной обработки не только водных, но и наземных экосистем. Это разумно, так как площадь наземной среды обитания во много раз больше, чем поверхность пресноводных водоемов. Эксперименты, в которых участки земли орошали сточными водами от установки вторичной обработки при помощи разбрызгивателей, показали, что на востоке Украины это позволяет добавить по крайней мере 5 см в неделю такой воды к естественным осадкам, не изменяя качества грунтовых вод. Иными словами, фосфаты, нитраты и другие биогенные вещества, добавляемые в почву с такой скоростью, поглощаются растениями и почвой. Рост зерновых и пастбищных культур и молодых посадок леса при подобном «опрыскивании» биогенными веществами сточных вод также усиливался. Очевидно, такого рода земляной «фильтр» будет обладать большой долговременной емкостью, если удалять биогенные вещества, собирая урожай или путем выпаса. Однако результаты последних экспериментов со всеми типами орошения предостерегают, что при высоком уровне входа биогенные вещества или соли могут постепенно накапливаться. Эксперименты следует, вероятно, продолжать еще много лет, для того чтобы определить истинные возможности третичной обработки на различных типах водосборов. А до тех пор следовало бы исходить из того, что оптимальный ввод должен быть ниже того максимального ввода, который кажется допустимым по данным 3—5-летних экспериментов.

СТРАТЕГИЯ ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ И КОНТРОЛЯ НАД НИМИ

Человек располагает тремя возможностями избавления от отходов: 1) сбрасывание без всякой обработки в ближайшее подходящее место) (воздух, река, озеро, почва, колодец или океан); 2) сбор и обработка в определенной ограниченной зоне обработки отходов, где созданы полуестественные экосистемы, такие, как окислительные бассейны, опрыскиваемые леса и земляные насыпи, которые выполняют большую часть работы по разложению и восстановлению; 3) переработка в искусственных хемо-механических регенерационных системах. Первый путь основан на теории «разбавление — решение проблемы загрязнения»; он был и остается главным способом удаления отходов, используемым почти повсеместно. Промышленные предприятия и города обычно расположены вдоль водных путей, что облегчает сбрасывание сточных вод. Очевидно, что такая практика не может продолжаться и ее следует прекратить как можно скорее, чего бы это ни стоило.