Некоторые решения проблем техносферы и экологической безопасности мегаполиса

Д.т.н., академик РАЕН, А.И. ХЕСИН

Тезисы доклада:

“Некоторые решения проблем техносферы и экологической безопасности мегаполиса”

Бурное развитие научно-технического прогресса, образование мегаполисов привело к появлению новых проблем в развитии техносферы, непосредственно связанной с нарушением экологического баланса среды обитания человека.

Для успешного решения проблем восстановления нарушенного баланса среды обитания населения мегаполисов необходимо определить наиболее опасные для существования человека загрязняющие факторы, устранение которых даёт наибольший эффект, а так же обозначить актуальные проблемы безопасности экосферы мегаполиса.

Системный анализ экологической ситуации показывает, что наиболее весомый вклад в отравление среды обитания человека в мегаполисе вносят специфические газовые выделения автомобильного транспорта, промышленных предприятий, загрязнённые твёрдыми бытовыми отходами (ТБО) территории под жилыми и хозяйственными постройками постоянно генерирующие токсичные газовые выбросы. Эти нарушения экологического баланса в атмосфере приводят к формированию процессов вторичного синтеза токсичных химических веществ и опасных биологических агентов (в соответствии с законами квантовой механики), приводящих к отравлению воды, почвы, продуктов питания и создающих условия ускоренного патологического старения населения.

Для обеспечения восстановления среды обитания человека в мегаполисе необходимо определить главные поражающие факторы как общий, так и частные для каждой конкретной проблемы отдельно, устранение которых эффективно снижает экологическую опасность. Общим поражающим экологическую среду мегаполиса фактором следует признать атмосферные загрязнения и выделить следующие наиболее актуальные задачи для восстановления экосистемы мегаполиса, такие как:

• рекультивация загрязнённых несанкционированными свалками твёрдых бытовых отходов (ТБО) территорий, отводимых под строительство жилых и хозяйственных построек;
• улучшение качества и увеличение объёмов очистки промышленно-бытовых стоков;
• устранение выбросов в атмосферу предприятиями газообразных продуктов, сопутствующих промышленным технологиям;
• обеспечение радиационной защиты населения и вывод инкорпорированных радионуклидов из организма человека
• снижение канцерогенной опасности автомобильного транспорта.

Решение этого не полного перечня задач, определяющих наибольшую опасность для жизни и здоровья человека, позволяет значительно ослабить воздействие техногенных факторов на экосистему мегаполиса.

Для частных проблем, например, загрязнённых территорий ТБО таким фактором являются токсичные газовые выделения, сопутствующие естественному распаду органических веществ и химических соединений тела захоронения, продолжительность генерации которых по времени исчисляется столетиями. Именно эти газовые выделения токсичных, канцерогенных и мутагенных химических соединений составляют наибольшую опасность для жизни человека.

К сожалению, строительные технологии, используемые при возведении построек в условиях ограниченных площадок на территории мегаполисов, предполагали изменение складок рельефа местности за счёт отсыпки твёрдыми бытовыми отходами, не предусматривая последствий для здоровья населения. Таким образом оказалось, что большая часть территории жилой застройки мегаполиса находится на постоянно генерирующих токсичные газовые и иные выделения в телах захоронений твёрдых бытовых и промышленных отходов.

Бытующее ошибочное мнение о предотвращении газовых выделений свалок ТБО методом укрытия грунтом только усугубляет экологическую ситуацию за счёт возникновения вторичных реакций распада органических соединений с образованием дополнительной газогенерации токсичных химических агентов. Известно, что любые грунты прозрачны для миграции газовой фазы. Свалочные отложения ТБО генерируют газы круглогодично с выделением большого количества тепла независимо от погодных условий. Даже зимой свалки не замерзают. Нам абсолютно безразлично, что находится под покровом земли – месторождение полезных ископаемых или иное образование – главное чтобы оно не выделяло отравляющие газы, не загрязняло атмосферу, которой мы дышим.

У жителей домов, построенных на свалочных отложениях развиваются различные так называемые токсимические синдромы, постепенно приводящие к утрате тканями организма своих биологических функций, проявляющихся в форме различных клинических симптомов неясной этиологии. При этом наблюдаются нарушения лёгочного кровообращения, а также циркуляторные расстройства в кишечнике, мозге и миокарде, приводящие к почечно-печёночной недостаточности с энцефалопатической комой, отёку мозга и его глубокой гипоксии, преждевременное патологическое старение организма человека, а так же к неожиданная смерть.

В 1992-1993 годах по заказу правительства г.Москвы были успешно проведены пилотные промышленные работы по обезвреживанию газовых выделений захоронений ТБО под жилыми застройками густонаселённых районах. Применённая технология позволила полностью выполнить поставленную задачу в течение 3-х месяцев, без сложных инженерных работ с высокой степенью безопасности для населения по значительным объёмам (360000 и 128000 кубических метров) на глубине залегания тела захоронений ТБО до 28 метров.

Каждый мегаполис ежедневно поглощает и выделяет огромное количество воды. Проблема очистки промышленных и хозяйственных стоков, увеличение объёмов их очистки, повышение качества без дополнительного капитального строительства очистных сооружений приобретает всё большее значение в связи с ускоренным ростом населения мегаполисов и ограниченности свободных территорий.

Главными критериями решения этой проблемы очевидно являются ускорение процессов очистки стоков и снижение продуцированного в процессе биологической очистки ила. Утилизация ила, его перемещение на места захоронения является тоже серьёзной проблемой нарушающей экологическое равновесие в среде обитания. Ил аэротенков очистных сооружений содержит в себе так же, как адсорбент все токсичные вещества, присутствующие в процессе очистки хозяйственных и промышленных стоков. Транспортировка ила и его выветривание на иловых площадках складирования представляют дополнительную экологическую опасность за счёт атмосферной миграции токсичной пыли, провоцирующей инфекционные и иные заболевания неясного генеза. Один из вариантов комплексного решения этих проблем является создание специфических микроорганизмов с заранее заданными свойствами. Эксперимент в 1991 году однозначно продемонстрировал возможность создания специализированных кремниевых микроорганизмов со свойствами анабиоза, устойчивых к изменению температурных режимов, привязанных к конкретным географическим координатам проживания популяций, для жёсткого контроля их распространения за пределы собственной экосистемы промышленного объекта. Способность микроорганизмов к анабиозу создаёт ограничение образования избыточного ила.

Таким образом, были решены оба пункта проблемы комплексно – повышение производительности очистных сооружений и отсутствие образования избыточного ила, ввиду заранее заданной способности микроорганизмов впадать в состояние анабиоза при отсутствии или уменьшении загрязняющих ингредиентов в сточных водах, являющихся для них пищей. Исходя из экспериментально полученных данных, можно утверждать, что имеется потенциальная возможность аналогичным способом нейтрализовать токсичные соединения, существующих полей аэрации очистных сооружений сточных вод.

Особый вклад в загрязнение среды обитания мегаполиса вносят радиоактивные изотопы, которые оказались на территории мегаполисов за счёт деятельности научных организаций и промышленных предприятий, производивших захоронения радиоактивных отходов и не предполагавших столь негативных последствий для жизни и здоровья населения, а также путём осаждения промышленных газовых выбросов. Пути миграции радионуклидов в атмосфере изучены недостаточно. Однако нужно отметить, что именно они являются реперами для развития многочисленных заболеваний населения и в первую очередь онкологических. Известно, что именно они могут являться патологическими очагами так называемого множественного рака, когда в организме человека образуются злокачественные новообразования одновременно в разных тканях, что приводит к гарантированному фатальному исходу.

Задачи рекультивации заражённых земель, утилизации радиоактивных отходов и вывода инкорпорированных из организма человека радионуклидов являются важнейшими в прикладной науке. Последний пункт перечисленных задач удалось решить в 1996 году когда был создан ондуляторный аппаратный комплекс и методика ускоренного вывода инкорпорированных радионуклидов из организма человека с мониторингом инструментальных измерений текущей дозы.

Создание такого комплекса позволяет утверждать, что Россия имеет потенциальные возможности выживания населения в случае аварий техногенного происхождения на объектах атомной энергетики и в случае ядерного терроризма. Частично решая проблему радиационной безопасности, обеспечивая радиологическую реабилитацию населения, созданный комплекс позволяет внести свой существенный вклад в укрепление здоровья человека и торможение процессов биологического старения при лучевом поражении.

Аппаратные компоненты комплекса имеют медицинскую сертификацию Министерства здравоохранения СССР и проверены временем. В настоящее время разрабатываются более эффективные и компактные аппаратные ондуляторные средства комплексной индивидуальной радиологической безопасности.

Особое место в загрязнении среды обитания мегаполиса занимают транспортные средства. Ежегодное увеличение численности автомобильного парка, отсутствие возможности расширения транспортных магистралей создают чудовищное загрязнение в атмосфере мегаполисов. Каждый день и особенно летом в безветрие, каждый из нас имеет возможность наблюдать такое техногенное явление как смог. Химический и биологический состав смога представляет из себя сочетание почти всего комплекса ядовитых веществ и канцерогенов, продуцирующих специфическую патогенную микрофлору, воздействующую на все элементы нашей среды обитания.

Системный анализ показал, что значительный вклад в загрязнение атмосферы мегаполиса кроме автомобильных выхлопных газов так же вносит и шинная пыль, образуемая при естественном износе автомобильных покрышек.

Научные исследования выявили высокую канцерогенную опасность автомобильных шин, что привело к формулировке новой задачи технологического характера, которая связана с модификацией производственных процессов в резинотехнической промышленности. В 1996 году для решения проблемы выброса N-нитрозаминов была апробирована принципиально новая технология с применением специфических ингибиторов-катализаторов, позволяющих реализовать процессы химических цепных разветвлённых реакций с обрывом цепи, в производстве резиновых изделий.

Естественно предположить, что для решения экологических проблем мегаполиса необходимо создать принципиально новую теоретическую базу и технологическую платформу, обеспечивающих как устранение последствий загрязнения среды обитания, так и предотвращение их продуцирования техносферой. В основу разработки теоретической базы были положены труды нобелевских лауреатов Н.Н. Семёнова, И.Пригожина, Нильса Бора, В.Л. Гинзбурга. В качестве технологической платформы была предложена идея создания специального вещества с универсальными свойствами. Широкомасштабные фундаментальные и поисковые исследования на предмет синтеза химического вещества, обладающего одновременно свойствами, как ингибитора, так и катализатора протекания биохимических, биофизических и цепных разветвлённых химических процессов создали предпосылки практической реализации идеи.

Сложность решения поставленной задачи заключалась в поиске такой совокупности химических ингредиентов, которая позволила бы без противоречия решать задачу коллективного взаимодействия и обеспечивала протекание потоковых химических цепных, разветвленных реакций в широком спектре слабых взаимодействий с реакционной средой.

После длительных поисков и многочисленных экспериментов удалось создать такие препараты, что открыло новые горизонты для реализации перспективных прикладных “альтитехнологических” решений в области экологии и промышленного производства.

В рамках программы исследований на основе созданного в 1991 году научного задела и разработанных универсальных ингибиторов-катализаторов были проведены пилотные эксперименты по проблемам техносферы и экологической безопасности мегаполиса. Найдены некоторые технологические решения по следующим прикладным научным направлениям:

• создания технологической платформы по очистке и обеззараживанию промышленных, хозяйственно-бытовых сточных вод. Эксперименты проводились на очистных сооружениях химического завода г. Горловка Донецкой области в 1991г. Пилотный эксперимент был интересен тем, что очистные сооружения завода кроме специфических собственных так же обеспечивали и прием хозяйственно-бытовых стоков города. Таким образом, очистные сооружения оказались уникальными в плане проведения экспериментов над стоками, содержащими в себе как химические, биохимические так и биологические агенты одновременно. Эта ситуация создала условия для проверки одновременно технологий обеспечивающих очистку сточных вод различных загрязняющих источников и показала наиболее рациональный путь решения проблемы всех типов очистных сооружений. Решением проблемы очистки сточных вод стало использование уникальных кремниевых микроорганизмов с заранее заданными свойствами в процессе их создания. Эксперимент однозначно продемонстрировал такую возможность.
• апробирование технологии по комплексной утилизации газовых выделений захоронений промышленных и бытовых отходов, в том числе под объектами административного и жилого фонда мегаполиса (1992-1993гг. реализованы в промышленном пилотном эксперименте в г. Москве );
• разработка средств радиационной защиты от воздействия ионизирующих излучений и медицинской техники нового поколения (1991-1992 гг. Куйбышевское производственное объединение им. Масленникова, патенты), в том числе для ускоренного вывода инкорпорированных радионуклидов из организма человека (1996 г. Курский медицинский университет, Курская АЭС, г. Курчатов Курской области);
• апробирование химического катализатора-ингибитора для трансформации N-нитрозаминов (канцерогенов) в изделиях шинной промышленности (лабораторные исследования и эксперименты в Научно-исследовательском инженерном институте г. Балашиха Московской области 1996 гг.).

Разработка научного задела и дальнейшее его развитие финансировались из негосударственных (частных) источников с момента их начала и до 1996 года - года их остановки.

Возможности применения разработанных альтитехнологий не ограничиваются задачами восстановления среды обитания мегаполисов. Они охватывают практически все сферы деятельности человечества.

Можно надеяться, что описанные выше разработки в скором времени будут востребованы обществом.

Литература:

1. Отчёт о результатах проведения исследований технологии очистки хозяйственных и промышленных стоков химического комбината г. Горловка Донецкой области, 1991г.
2. Отчет по результатам обезвреживания свалочных бытовых и твердых отходов участка второй очереди ВСО “Чертаново 3” г.Москвы согласно договора № 3/нт от 15.07.1992г.
3. Аннотационный отчет о выполненных работах на объекте “Варшавское шоссе 150”согласно договора №016/0693-СМ от 08.06.1993г.
4. Акт оценки качества выполненных работ, 15.10.92г., г. Москва. (Объект “Чертаново-3”).
5. Письмо №1037, от 27.11.92г., Объединение общего заказчика “Москапстрой”.
6. Акт приёмки выполненых работ № 757 от 23.07.03г.
7. Регистрационная форма № 191, от 09.07.99г. промышленная технология “Обезвреживание и снижение до ПДК выделения токсичных биогазов из тела свалок ТБО” ЦКТ ВВЦ г. Москва,
8. Тавадян Л.А., Избирательное ингибирование и инициирование многоцентровых неразветвлённых реакций, “Армянский химический журнал”, 1987г., т.40, №2, с. 81-92.
9. М.Е. Скудатин, “Оценка летучих канцерогенных веществ в изделиях шинной промышленности”, доклад на 6 конгрессе работников шинной промышленности, 2002г.,

д.т.н. академик РАЕН А.И. Хесин,

Работа представлена лауреатом Государственной премии, д.т.н., профессором, академиком МАИ Якубовичем С.К., президентом Самарского отделения Международной академии информатизации.

Заказы на проведение работ и предложения в этой области присылайте по электронной почте в разделе "Контакты"