Экология городской среды - Александр Челноков

Методы внесения культур микроорганизмов применяются в тех случаях, когда необходимая аборигенная микрофлора отсутствует или не соответствует виду загрязнителя. Они могут применяться при массированном и аварийном загрязнении при отсутствии развитого естественного биоценоза. Достоинством этих методов является их селективность и возможность выведения штаммов микроорганизмов, разрушающих сложные токсичные соединения. Однако их эффективность не всегда бывает одинаково высока, поскольку многие культуры эффективны лишь в относительно узком диапазоне условий. Кроме того, часто происходит вырождение микроорганизмов до достижения необходимого уровня очистки. Наиболее опасно то, что их применение может нарушать естественные биоценозы, поскольку при этом происходит смена состава популяций ведущих сообществ микроорганизмов, а это, в свою очередь, может привести к вторичному загрязнению грунтов более опасными веществами, чем те, на которые были направлены очистные мероприятия.

Обычно для очистки почв и грунтов используют такие бактерии, как Bacterium, Actinomyces, Artrobacter, Thiobacterium, Desulfotomaculum, Pseudomonas, Hydromonas, Bacillus и др., а также низшие формы грибов. Часто применяют комплексные биопрепараты, которые содержат не только набор культур, но и питательные вещества. В последнее время разработка искусственных биопрепаратов-деструкторов получила широкое распространение во всем мире.

На избирательной способности бактерий извлекать из многокомпонентных грунтов определенные химические элементы и загрязнители основаны способы очистки грунтов методом бактериального выщелачивания. При бактериальном выщелачивании элементы извлекаются посредством их растворения микроорганизмами в водной среде. Метод применяется для извлечения ценных металлов из руд и отходов производства и был впервые запатентован в США (1958). На его основе можно проводить и очистку грунтов от различных загрязняющих компонентов, в том числе тяжелых металлов.

Таким образом, почвенные биосистемы в городских почвах подвергаются существенным структурным преобразованиям. Это выражается в перераспределении биологической активности почв в пределах почвенного профиля, а именно доминировании микроорганизмов, простейших, грибов, водорослей, насекомых над роющими видами, что отрицательно сказывается на структуре городских почв, их влаго- и воздухоемкости.

В условиях городской среды практически полностью изменены состав, численность и устойчивость микробных сообществ по сравнению с ненарушенными территориями, обусловливающих микробиологические и санитарно-эпидемиологические свойства почв.

В целом антропогенное воздействие на компоненты геологической среды города может привести к развитию опасных геологических процессов, деформации и разрушению зданий и сооружений, значительному экономическому ущербу и человеческих жертвам, существенному ухудшению качества городской среды.

2.2. Антропогенное воздействие на геологическую среду города

Антропогенное воздействие на геологическую среду приводит к интенсификации большинства геологических процессов, постоянно протекающих в биосфере.

Геологические и инженерно-геологические процессы, которые оказывают отрицательное воздействие на территории, хозяйственные и промышленные объекты, жизнедеятельность людей, называют опасными геологическими процессами (ОГП).

Физическое воздействие проявляется в форме загрязнения геологической среды города (изменение температурного, электрического и магнитных полей, возникновение вибрационного поля), за счет которого ей сообщается дополнительное количество энергии через статические (масса сооружений), динамические (вибрация), температурные и электрические поля. Накопление избыточной энергии в среде, которая служит основанием для техногенных объектов, рано или поздно должно привести к ее высвобождению, что может быть связано с возникновением техногенных нарушений катастрофического характера (оползание и разрушение зданий, микроземлетрясения и пр.).

Особенностью физического загрязнения геологической среды города является то, что техногенные физические ПОЛЯ проявляются на небольшой по площади, ограниченной элементами городского рельефа территории, поэтому они по интенсивности значительно превосходят естественные аналоги, создавая на территории города высокие градиенты характеристик (табл. 2.5).

Таблица 2.5. Сравнительная характеристика физических полей городской территории (по Стольберг, 2000)

Тепловое загрязнение геологической среды города проявляется в повышении ее температуры относительно естественных значений. При этом могут образовываться геотермические аномалии. Показано, что на территории крупного города нарушения температурного режима происходят до глубины 100–150 м и более. При этом на горизонтах 10–30 м наблюдаются тенденции к расширению по площади геотермических аномалий с повышением на 2–6 °C фоновых значений температуры пород и подземных вод. Наиболее активными источниками возникновения геотермических образований являются магистральные теплопроводы и сети горячего водоснабжения.

Геотермические аномалии вызывают следующие нарушения:

• образование локальных микроклиматических аномалий на территории города;

• локальное просушивание грунтов с изменением их прочности, что особенно опасно в зонах исторической плотной жилой застройки;

• изменение режимов водо-, массо- и теплообмена грунтов и подстилающих пород;

• усиление процессов химической и биокоррозии металлов;

• изменение микробиоценозов.

Электромагнитное загрязнение геологической среды города связано с возникновением электрических полей блуждающих токов в земле при работе рельсового электротранспорта, подземных сетей кабелей, снабжающих электроэнергией здания и сооружения и т. д. Воздействие электрического ПОЛЯ блуждающих токов выражается в повышении коррозионной активности геологической среды города, что существенно сокращает сроки безаварийной службы кабелей и трубопроводов, утечки из которых, в свою очередь, служат источниками загрязнения почв, грунтов и подстилающих пород территории города. Опасность коррозии возникает при плотности блуждающих токов 5 – 10-2 А/м2, в то время как реальная их плотность в крупных городах примерно в 200 раз выше. При высоком уровне плотности блуждающих токов скорость электрохимической коррозии стали составляет до 2 мм/год, что приводит к снижению срока эксплуатации трубопроводов в 2 раза.

Вибрационное загрязнение геологической среды города обусловлено движением транспортных средств по городским магистралям. Уровень и степень его воздействия на литогенную основу городской территории зависит от типа пород, ее слагающих. Скальные и полускальные грунты обладают меньшей способностью к поглощению энергии вибрационных колебаний, тогда как более рыхлые породы и грунты активно ее поглощают, что приводит к изменению структуры и уменьшению их прочности. Это может способствовать развитию обвальнооползневых процессов на территории города. В качестве верхнего предела допустимого вибрационного воздействия на геологическую среду принимается 73 дБ, что соответствует скорости перемещения частиц породы около 225-10-6 м/с. Эти условия могут создаться при регулярном движении рельсового транспорта.

Наиболее опасными геологическими процессами на территории городов являются техногенно обусловленные землетрясения (микроземлетрясения), эрозия почв, обвалы, оползни, нарушение прибрежной территории, подтопление и затопление, карстообразование, просадка поверхности, высвобождение и аккумулирование окружающей городской средой радона и радиоактивных веществ, а также формирование геопатогенных зон.

Для крупных городов Беларуси характерно развитие процесса карстрообразования в связи с геологическими особенностями региона.

Карстообразование – это процесс выщелачивания растворимых горных пород подземными и поверхностными водами с образованием крупных пустот в породах, с последующим оседанием и обрушением кровли зданий и сооружений. Естественными факторами карстообразования являются пересеченный рельеф, наличие мощного подземного стока, высокие скорости фильтрации грунтов, присутствие в стоках свободной углекислоты, трещиноватость пород.

На территориях городов развитию карста способствует формирование значительных по размерам депрессионных воронок в районах водозабора, высокая кислотность поверхностного стока за счет химического загрязнения, повышенная фильтрационная способность насыпных грунтов, механическое разрушение материнских подстилающих пород при строительстве объектов.