Геоэкологическая безопасность хозяйственно-питьевого водопользования в верхнем и среднем приобье
Скачать 0.98 Mb.
|
| На правах рукописи Лукашевич Ольга Дмитриевна геоэкологическая безопасность хозяйственно-питьевого водопользования в верхнем и среднем приобье Специальность 25.00.36 – Геоэкология А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Томск - 2007 Работа выполнена в Томском государственном архитектурно – строительном университете Научный консультант доктор геолого-минералогических наук, профессор Рогов Геннадий Маркелович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Порядин Алексей Филиппович доктор технических наук, Адам Александр Мартынович профессор доктор геолого-минералогических наук, профессор Букаты Михаил Болеславович Ведущая организация: Уральский государственный технический университет Защита состоится 31 мая 2007г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.265.02 при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2, С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета Автореферат разослан 26 апреля 2007 г.  Ученый секретарь диссертационного совета Недавний О.И. ^ Актуальность работы. В последние годы развитие Западной Сибири как сырьевого региона кардинально ухудшило геоэкологическую обстановку в целом и состояние водных ресурсов в частности. Несмотря на огромные, по мировым масштабам, запасы пресной воды в Западно-Сибирском артезианском бассейне, только ничтожно малая их часть (на уровне 2%) полностью удовлетворяет по качеству требованиям экологически безопасного питьевого водоснабжения. Часть городского и более половины сельского населения используют воду ненормативного качества. Принятие России в ЕС влечет необходимость скорейшего решения проблемы обеспечения всего населения чистой питьевой водой, что требует совершенствования и внедрения новых систем водоподготовки, увеличения доли использования подземных вод как более защищенных от загрязнения, а также принятия мер по сохранению и восстановлению водных объектов. Верхнее и Среднее Приобье характеризуется крайне неравномерным распределением районов добычи полезных ископаемых, развитием селитебных зон, концентрацией объектов химии и нефтехимии, металлургии, машиностроения, предприятий ядерно- и военно-промышленного комплексов. Развитие производственно-территориальных комплексов с высокой концентрацией населения и рост влияния отходов на почвы, поверхностные и подземные воды приводит в условиях дефицита чистой воды к изменению характера водопользования с экстенсивного на интенсивный. Здесь требуется привлечение ранее разведанных запасов подземных вод, что возможно только после их ревизии и экологического аудита, так как возрастающая добыча угля, нефти, газа, не сопровождающаяся реализацией адекватных мер по сохранению, восстановлению и охране недр, водных и почвенных ресурсов от загрязнения и деградации, приводит к ухудшению состояния водоисточников. Интенсивный путь в хозяйственно-питьевом водопользовании предполагает определение оптимального режима эксплуатации водозаборов подземных вод, соответствие технологии водоподготовки показателям качества исходной воды, очистку и утилизацию сточных вод и отходов водоочистных станций, загрязняющих окружающую среду. Комплексное решение этих вопросов на примере ряда районов Приобья определяет актуальность работы. ^ . Целью исследования является разработка теоретических положений и технических решений для обеспечения экологически безопасного хозяйственно-питьевого водопользования с учетом принципов устойчивого развития. Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи: - разработать принципы построения и пути реализации региональной стратегии геоэкологической безопасности хозяйственно-питьевого водопользования;
^ Комплексный характер проблемы потребовал применения системного подхода как методологической основы решения большого круга теоретических и прикладных задач, для решения которых использовались:
^ . Выявлены геоэкологические условия формирования и эволюции состава и свойств природных вод, используемых в регионе для питьевых, хозяйственных, производственных целей. Показана общность физико-химических процессов (сорбция, коагулирование, фильтрование, окислительно-восстановительные процессы, электрокинетические явления, катализ, биохимические реакции), протекающих в природных водах в естественных условиях и при обработке подземных вод, на основе чего выдвинута концепция самоочищения природных вод в технических системах водоснабжения. В соответствии с ней главной задачей в технологии очистки железосодержащих вод является активизация процессов автокоагуляции и седиментации. Разработаны принципы региональной классификации, учитывающей интегральное воздействие естественных и техногенных факторов на протекание фазовых и биогеохимических процессов в природных водах позволяющей дать комплексную геоэкологическую оценку водному объекту, используемому для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Углублены и развиты физико-химические основы экологически чистой технологии очистки подземных вод, содержащих примеси железа, марганца, тяжелых металлов, органических веществ природного и техногенного происхождения, что конкретизируется в следующем:
^
^ . Результаты исследований могут использоваться при принятии решений о производственном и хозяйственно-питьевом использовании водных объектов, размещении производства, создании стратегического резерва питьевой воды, при обосновании и выборе вариантов оптимальной технологии очистки воды, при разработке стратегии экологически безопасного питьевого водоснабжения населения региона, в том числе при чрезвычайных ситуациях. Установленные закономерности техногенного преобразования показателей качества вод могут служить основой для разработки водоохранных мероприятий, при совершенствовании системы мониторинга. Предложены новые способы улучшения качества природных вод и устройства для их осуществления, защищенные 4 патентами РФ. Разработанная комплексная безотходная технология очистки подземных вод с учетом региональных особенностей состава загрязнителей позволяет благодаря блочно-модульному исполнению получать питьевую воду, полностью соответствующую действующим нормативам качества. Начиная с 1994г. по этой технологии созданы и успешно работают 14 водоочистных станций в населенных пунктах Томской области. Благодаря обеспечению населения доброкачественной питьевой водой снизилась социальная напряженность. Разработана технология утилизации осадка железосодержащих промывных вод в производстве керамического фильтрующего материала (патент №34880). Эффективность применения керамического материала в качестве фильтрующей загрузки проверена на пилотной установке в полупроизводственных условиях на Томском водозаборе, получены положительные результаты. Результаты научных исследований вошли в отчеты по госбюджетным и хоздоговорным темам, используются в ОГУ "Облкомприрода" и Департаменте природных ресурсов и охраны окружающей среды Администрации Томской области, а также используются в учебном процессе при подготовке студентов инженерно-экологического факультета по специальности "Водоснабжение и водоотведение" в Томском государственном архитектурно-строительном университете. ^ Решение поставленных в работе задач основано на общении и систематизации результатов многолетних исследований (с 1990 по 2006 г.), выполнявшихся автором в рамках инициативной, хоздоговорной и госбюджетной тематики научно-исследовательских работ Томского государственного архитектурно-строительного университета и Государственного института проблем ЖКХ в районах Севера, Сибири и Дальнего Востока, в том числе по гранту РФФИ №98-05-03150 "Комплексное описание физико-химической эволюции подземной гидросферы в процессе совместной эксплуатации водозаборов и полигонов удаления жидких отходов" (1998-2000гг.), по государственному контракту с Министерством промышленности, науки и технологий Российской Федерации № 32.500.11.2422 от 09.04.2002 "Модульная станция очистки и обеззараживания воды". В диссертацию вошли результаты, полученные автором лично и в сотрудничестве с научными работниками НИИ Интроскопии ТПУ, ОАО "Надежда" и других организаций. Автору принадлежит формулировка цели работы и постановка задач, обоснование и выбор путей их решения и методик исследований, проведение большой части анализов, интерпретация и обобщение результатов, формулировка научных положений, выносимых на защиту, и выводов. ^ . Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 35 научных конференциях и совещаниях, наиболее значимыми из которых являются: региональная конференция "Проблемы экологии Томской области" (Томск,1992); Международная научно-техническая конференция "Вода, которую мы пьем" (Москва, 1995); Международная конференция "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды" (Томск, 1995); Международная конференция "Экологически чистые процессы в решении проблем окружающей среды" (Иркутск, 1996); Международная конференция "Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека" (Томск, 1996); II и III Международные конгрессы "Вода: экология и технология" (Москва, 1996, 1998); ХV Всероссийское совещание по подземным водам Сибири и Д. Востока (Тюмень,1997); Международная научно-техническая конференция "Экология человека и природы": (Иваново, 1997); 2 Сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу (Томск, 1997); Международная конференция "Экологическая геофизика и геохимия" (Москва-Дубна, 1998); Международный симпозиум "Контроль и реабилитация окружающей среды" (Томск, 1998, 2006); Международная научно - практическая конференция "Водоснабжение и водоотведение: качество, эффективность" (Кемерово, 1998); Международная научно-техническая конференция «Техника и технология очистки и контроля воды» (Томск, 1999); Международная конференция "Экология Сибири, Д. Востока и Арктики (ЕSFEA-2001)" (Томск, 2001); 4-я Международная научно-практическая конференция "Экономика, экология и общество России в 21-м столетии" (С.-Петербург, 2002); 2-я Всероссийская научная конференция по геологии и нефтегазоносности Западно-Сибирского бассейна (Тюмень, 2002); Всероссийское совещание по подземным водам Востока России (Иркутск, 2003); Всероссийская гидрогеохимическая конференция «Проблемы поисковой и экологической геохимии Сибири», посвященной 100-летию П.А. Удодова (Томск, 2003); Международная научно-техническая конференция "Город: прошлое, настоящее, будущее" (Иркутск, 2004); IV международная научно-техническая конференция "Экология и безопасность жизнедеятельности" (Пенза, 2004); Всероссийская конференция с межд. участием «Экологическая политика и университетское образование» (Томск, 2005); Международная научно- практическая конференция "Строительство-2005" (Ростов, 2005); III Международная конференция «Реки Сибири» (Новосибирск, 2005); Международная научная конференция «Проблемы ресурсов, геотермии и геоэкологии», посвященная 100-летию со дня рождения академика Г.В. Богомолова (Минск, 2005); Международная научно-техническая конференция "Устойчивое развитие и экологический менеджмент" (С.-Петербург, 2005); Международная научная конференция «Химия, химическая технология и биотехнология на рубеже тысячелетий» (Томск, 2006). Публикации. Теоретические и практические результаты исследований по теме диссертации изложены в 110 работах (основных 52), в том числе в 3 монографиях (из них 2 – коллективные), 5 патентах, 16 статьях в журналах, включенных в перечень ВАК. ^ Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложений, содержит 369 страниц, включая 63 рисунка, 57 таблиц и список использованной литературы из 452 наименований. Автор признателен коллективам кафедр "Гидрогеоэкология и водохозяйственная деятельность" и "Химия" ТГАСУ, профессорам ТГАСУ Д.С. Покровскому, А.В. Мананкову, В.К. Попову, Ю.С. Саркисову за критические замечания в процессе обсуждения работы и помощь в ее создании. Автор признателен также всем коллегам из других организаций, чьи консультации, совместное сотрудничество, помощь, советы, способствовали выполнению работы. Особую благодарность за постоянную поддержку автор выражает своему научному консультанту, доктору геолого-минералогических наук, профессору Г.М. Рогову. ^ Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цель и задачи исследования, приведены основные научные положения, выносимые на защиту и обуславливающие научную новизну и практическую значимость представленных результатов. Охарактеризована общая структура диссертации. ^ рассматривается геоэкологическая безопасность хозяйственно-питьевого водопользования как комплексная междисциплинарная проблема. Понятие "Геоэкологическая безопасность" мы считаем составной частью экологической безопасности, которая в законе "Об экологической безопасности" определена как "состояние защищенности жизненно важных интересов личности, общества; защищенности окружающей природной среды от угроз, возникающих в результате антропогенных и природных воздействий на нее". В расширенном, трансдисциплинарном значении геоэкология – наука, которая соотносит законы экологии с закономерностями наук о Земле, интегрирует знания об экологических проблемах и ставит в качестве цели сохранение жизнеобеспечивающей среды и жизни на Земле. Таким образом, геоэкологическая безопасность предполагает сохранение среды обитания, преодоление экологических бедствий, кризисов, катастроф. Сюда входит и геоэкологическая безопасность хозяйственно-питьевого водопользования. Н.И. Алексеевским с соавторами предложено новое направление в геоэкологии – "гидроэкологическая безопасность". Это особое состояние водных объектов территории, при котором природопользование в бассейнах рек не препятствует удовлетворению запросов потребителей, не приводит к негативному изменению ни здоровья населения, ни условий существования экосистем. Мы будем рассматривать вопросы геоэкологической безопасности хозяйственно-питьевого водопользования с позиций стабильности качества подземных вод, тенденций антропогенного изменения, пригодности для использования, а также взаимодействия "водный объект (источник водоснабжения) – техническая система", имея в виду, что, водозаборное сооружение и вся система водоснабжения, а также водоотведение и очистка сточных вод – технические системы. Кроме того, расширим рамки некоторых представлений об опасностях и рисках, связанных с эксплуатацией подземных водозаборов, расположенных вблизи потенциальных очагов загрязнения, включая хранилища радиоактивных отходов. Население, особенно в экономически развитых районах, подвержено дополнительному риску вследствие залповых загрязнений воды во время внештатных ситуаций на промышленных предприятиях, при порывах трубопроводов, в результате стихийных бедствий. В воду вследствие производственных аварий и катастроф, а в сельской местности - при нарушении агрохимических принципов поступают химические и бактериальные загрязнители, в том числе высокотоксичные. Защита биоты и человека от вредного воздействия вод и защита природных вод от техногенного воздействия – две стороны проблемы геоэкологической безопасности. Территория Верхнего и Среднего Приобья характеризуется сложным геологическим строением и многообразием биотических, абиотических факторов среды, предопределяющих разнообразие качества природных вод питьевого назначения (рис.1). Мощное техногенное влияние ресурсного и промышленного комплексов проявляется в классическом варианте триады: истощение ресурсов, загрязнение окружающей среды, ухудшение здоровья человека и состояния других живых организмов. Сказанное напрямую относится к водным ресурсам и питьевой воде. Таблица 1. Основные показатели водопотребления и водоотведения в Верхнем и Среднем Приобье (по материалам Государственного доклада "О состоянии и об охране окружающей среды РФ в 2004г.")
В табл.1. систематизированы сведения о водохозяйственном факторе воздействия на окружающую среду в регионе. Объемы используемой воды и сточных вод, сбрасываемых в водотоки и водоемы, значительны. В урбанизированных районах Приобья наблюдается рост заболеваемости людей, вызванный использованием недоброкачественной питьевой воды, повышается экологический и геологический риск проживания вблизи водных объектов и на подтопляемых территориях, происходит утрата биоразнообразия гидробионтов, падает способность водоемов к самоочищению. Этот не полный перечень водно-экологических проблем и их последствий показывает, что они не могут быть решены в рамках одной научной дисциплины и отдельными ведомствами и организациями. Трактуя понятие "техносфера" как "практически замкнутая регионально-глобальная технологическая система утилизации и реутилизации вовлекаемых в хозяйственный оборот природных ресурсов, рассчитанная на изоляцию хозяйственно-производственных циклов от природного обмена веществ и потока энергии" (Понятийно-терминологический словарь по геоэкологии и природопользованию), мы полагаем, что этому определению соответствует рассматриваемое нами в данной работе ресурсосберегающее водопользование и водопотребление. В кратком обзоре развития естественных наук, экологизация которых создала условия для формирования геоэкологии и гидрогеоэкологии как ее части, показана необходимость в интегрированном научном подходе к оценке техногенного воздействия на компоненты гидросферы и ее ответных реакций. Охарактеризована системообразующая функция геоэкологии среди современных наук о Земле и вклад в развитие геоэкологии известных ученых: Г.К. Бондарика, С.П. Горошкова, Д.Г. Зилинга, В.В. Ковальского, Е.А. Козловского, Л.М. Корытного, И.В. Крутя, А.Н. Ласточкина, А.Б. Лисенкова, В.И. Осипова, Н.Ф. Реймерса, Ю.Е. Саета, Е.М. Сергеева, В.Т. Трофимова, Ф.И. Тютюновой, Н.В. Шебалина, и др. Вода вовлекается в хозяйственный оборот в составе природно-техногенных комплексов и систем. Динамика их развития и воздействия на окружающую среду – предмет изучения гидрогеоэкологии (экологической гидрогеологии). Основателем гидрогеоэкологии можно считать В.И. Вернадского, глубоко проанализировавшего роль природных вод в биосфере и значение живого вещества для гидросферы. Проблемы формирования подземных вод в природных и техногенно нарушенных условиях рассмотрены в работах Н.К. Игнатовича, Г.Н. Каменского, В.А. Кирюхина, С.Р. Крайнова, А.М. Овчинникова, А.И. Перельмана, Е.В. Пиннекера, Б.И. Писарского, Е.В. Посохова, Б.Н. Рыженко, Л.С. Табаксблата, Н.И. и О.Н. Толстихиных, С.Л. Шварцева, В.М. Швеца и других известных ученых. Природные воды испытывают на себе возрастающий техногенный пресс. Все меньше остается территорий с неизмененными природными условиями. Большой вклад в развитие гидрогеоэкологии внесли А.П. Белоусова, К.Е. Питьева, А.Ф. Порядин и другие исследователи. Обширный материал по подземным и поверхностным водам региона накоплен, обобщен и проанализирован в статьях, научных отчетах, монографиях и диссертациях Ю.Н. Акуленко, С.Г. Бейрома, В.Я. Бычкова, Б.А. Воротникова, В.П. Дегтярева, Е.М. Дутовой, Н.А. Ермашовой, В.А. Земцова, В.А. Зуева, В.Г. Иванова, Ю.Г. Копыловой, Е.С. Коробейниковой, В.С. Кусковского, М.И. Кучина, В.М. Людвига, В.А. Льготина, Ю.В. Макушина, В.М. Матусевича, А.Ю. Озерского, Е.Ю. Осиповой, Г.К. Парфеновой, Г.А. Плевако, В.К. Попова, Д.С. Покровского, Н.М. Рассказова, Г.М. Рогова, Ю.К. Смоленцева, О.Г. Савичева, С.Л. Шварцева, П.А. Удодова и многих других. Среди работ этих ученых есть касающиеся геоэкологических проблем, обобщающие и аналитические материалы с целью проведения регионального районирования подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Геоэкологические исследования в исследуемом регионе нашли отражение в работах А.М. Адама, А.В. Вана, А.В. Мананкова, В.Е. Ольховатенко, В.Н. Парначева, Л.П. Рихванова, Н.А. Рослякова, Е.Г. Язикова и других авторов. Благодаря им углублено понимание гидрогеологических, геоэкологических, геохимических проблем Приобья и поставлены новые актуальные задачи исследований. С геоэкологией тесно связаны теоретические, технические и технологические задачи водоснабжения, очистки сточных вод. Чем сильнее загрязнена вода, тем более длительной, материало- и энергоемкой очистки она требует. Безопасность питьевой воды есть результат двух составляющих: исходного качества природной воды, зависящего от экологического состояния водоисточника, и эффективности технологии, используемой при обработке воды.  С точки зрения интересов человека подземные воды могут рассматриваться как полезное ископаемое, как пищевой продукт, как источник энергии, как средство труда Одновременно подземные воды (вместе с вмещающими породами) играют в природе защитную роль, обеспечивающую функционирование экосистем, а также информационную роль, т.к. позволяют получить сведения о состоянии подземного пространства (например, о составе, свойствах, изменении концентраций веществ). Защитные, управляющие и информационные функции гидрогеологических систем изучены слабо, такие исследования стали проводиться только в последние годы. Система водоснабжения и канализации может рассматриваться, учитывая ее сложность, как природно-техническая система, в которую входят подсистемы более низкого ранга: водозаборные сооружения; технические системы, обеспечивающие водоподготовку; водопроводно-транспортная система; канализационно-очистные сооружения; система обезвреживания и утилизации отходов. Функционирование этой сложнейшей системы (совокупности подсистем) тесно связано с экологическим состоянием водных объектов: из них отбирается природная вода (сырье для потребителя) и возвращается сточная (очищенная, недостаточно очищенная, не очищенная). Кроме этого прямого взаимодействия есть еще множество косвенных взаимосвязей, позволяющих именовать систему водоснабжения и канализации природно-технической надсистемой: на природную среду оказывают негативное воздействие отходы в виде реагентов, используемых при очистке воды; утечки из изношенных сетей формируют подтопление городских территорий; осадки сточных вод, складируемые на иловых площадках и утилизируемые на сельскохозяйственных территориях, из-за нарушения технологий часто являются источниками загрязнения и т.п. Управление природно-технической надсистемой водоснабжения и канализации – сложнейшая комплексная междисциплинарная задача, требующая усилий со стороны многих отраслей знаний. Одно из важных направлений – использование водосберегающих, низкоэнергоемких, малоотходных технологий. Теоретические обоснования и технические решения по очистке природных вод, в том числе с учетом региональных особенностей, приведены в работах Л.П. Алексеевой, М.И. Алексеева, И.Э. Апельцина, Н.Д. Артеменка, Г.Ю. Асс, Л.А. Васильева, В.В. Дзюбо, В.Л. Драгинского, М.Г. Журбы, В.А. Клячко, Л.А. Кульского, С.Н. Линевича, Е.В. Мегалантия, Г.И. Николадзе, А.Ф. Никифорова, Ю.Л. Сколубовича, Ю.Ф. Турутина, А.М. и В.А. Фоминых, Н.А. Яворовского и других ученых. Так как постоянно расширяются знания о составе и свойствах загрязненных природных вод, повышается уровень развития техники, синтезируются новые материалы, то практический интерес представляет развитие и корректирование технологий очистки воды с учетом указанных обстоятельств. Анализ международного опыта управления качеством вод, механизмов реализации планов и программ показывает, что главными составляющими управления качеством вод и водными ресурсами являются:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
Кодекс российской федерации
Российской Федерации (далее объекты культурного наследия), водоохранные зоны, зоны санитарной охраны источников питьевого и хозяйственно-бытового...Заявление я
...Заявление я
...Заявление я
...Заявление я
...Геоэкологическая оценка влияния глиноземного производства на окружающую среду (на примере г. Ачинска)
Геоэкологическая оценка влияния глиноземного производства на окружающую среду на примере«Информационная безопасность» Дисциплина «Информационная безопасность»
Дисциплина «Информационная безопасность» относится к вариативной части профессионального цикла специальности 080101 «Экономическая...Гоу «Школа здоровья» №1702 Итоги учебно-воспитательной работы за III триместр 2010 – 2011 уч года. На начало III триместра в гоу «Школа здоровья»
Из диаграммы видно, что показатели по отличникам и хорошистам улучшились по сравнению со II триместром в среднем на 6 человек, а...Гоу «Школа здоровья» №1702 Итоги учебно-воспитательной работы за II триместр 2010 – 2011 уч года. На начало II триместра в гоу «Школа здоровья»
Из диаграммы видно, что показатели по отличникам и хорошистам ухудшились в среднем на 7 человек, а по количеству учащихся, окончивших...Рабочая программа дисциплины Методика преподавания психологии в среднем учебном заведении
Целями освоения дисциплины «Методика преподавания психологии в среднем учебном заведении» являются: ознакомление учащихся с теоретическими...
Если Вам понравился наш сайт, Вы можеть разместить кнопку на своём сайте или блоге:
