Экологические проблемы народонаселения

Города потребляют в 10 и более раз больше воды в  расчете на 1 человека, чем сельские районы, а загрязнение водоемов достигает  катастрофических размеров. Объемы сточных  вод достигают 1м2 в сутки на одного человека. Поэтому практически все  крупные города испытывают дефицит  водных ресурсов и многие из них  получают воду из удаленных источников.

Водоносные горизонты  под городами сильно истощены в результате непрерывных откачек скважинами и колодцами, а кроме того загрязнены на значительную глубину.

Коренному преобразованию подвергается и почвенный покров городских территорий. На больших  площадях, под магистралями и кварталами, он физически уничтожается, а в  зонах рекреаций – парки, скверы, дворы – сильно уничтожается, загрязняется бытовыми отходами, вредными веществами из атмосферы, обогащается тяжелыми металлами, обнаженность почв способствует водной и ветровой эрозии.

Растительный покров городов обычно практически полностью  представлен “культурными насаждениями”  – парками, скверами, газонами, цветниками, аллеями. Структура антропогенных  фитоценозов не соответствует зональным  и региональным типам естественной растительности. Поэтому развитие зеленых  насаждений городов протекает в  искусственных условиях, постоянно поддерживается человеком. Многолетние растения в городах развиваются в условиях сильного угнетения. 

Состояние воздушного бассейна

Для большинства  крупных городов характерно чрезвычайно  сильное и интенсивное загрязнение  атмосферы. По большинству загрязняющих агентов, а их в городе насчитывается  сотни, можно с уверенностью сказать, что они, как правило, превышают  предельно допустимые концентрации. Более того, поскольку в городе наблюдается одновременное воздействие  множества загрязняющих агентов, их совместное действие может оказаться  еще более значительным. Широко распространено мнение о том, что с увеличением размеров города возрастает и концентрация различных загрязняющих веществ в его атмосфере, однако в действительности, если рассчитывать среднюю концентрацию загрязнений на всю территорию города, то в многофункциональных городах с населением более 100 тыс. человек она находится примерно на одном и том же уровне и с увеличением размеров города практически не возрастает. Это объясняется тем, что одновременно с увеличением объемов выбросов, возрастающих пропорционально росту численности населения, расширяется и площадь городской застройки, которая и выравнивает средние концентрации загрязнения в атмосфере.

Существенной особенностью крупных городов с населением более 500 тыс. человек является то, что  с увеличением территории города и численности его жителей  в них неуклонно возрастает  дифференциация концентраций загрязнения  в различных районах. Наряду с  невысокими уровнями концентрации загрязнения  в периферийных районах, она резко  увеличивается в зонах крупных промышленных предприятий и, в особенности в центральных районах. В последних, несмотря на отсутствие в них крупных промышленных предприятий, как правило, всегда наблюдаются повышенные концентрации загрязнителей атмосферы. Это вызывается как тем, что в этих районах наблюдается интенсивное движение автотранспорта, так и тем, что в центральных районах атмосферный воздух обычно на несколько градусов выше, чем в периферийных, – это приводит к появлению над центрами городов восходящих воздушных потоков, засасывающих загрязненный воздух из промышленных районов, расположенных на ближней периферии. При анализе процессов загрязнения атмосферы городов весьма существенно различие между загрязнениями, производимыми стационарными и мобильными источниками. Как правило, с увеличением размера города доля мобильных источников загрязнения (в основном автотранспорта) в общем загрязнении атмосферы возрастает, достигая 60 и даже 70%.

Существующие соотношения  между стационарными и мобильными источниками загрязнения атмосферного воздуха в значительной мере определяют его характер.

Стационарные источники  выбрасывают в воздух главным  образом сернистый газ (150 т в  сутки в расчете на каждые 500 тыс. населения во время отопительного  сезона), окислы азота (100 т в сутки  при том же расчете), а также  некоторое количество угарного газа, фенолов, серной кислоты и других загрязняющих веществ в зависимости  от специфики промышленного производства города и состава используемого  в нем топлива. Относительно недавно стационарные источники выбрасывали в атмосферу значительное количество пыли разнообразного химического состава, но в настоящее время существующие газоочистные установки задерживают более 95% всех твердых частиц, образующихся при сгорании топлива, но практически не улавливают газовых составляющих.

Другой особенностью стационарных источников является то, что их сбросы в атмосферу, в отличие  от мобильных источников, происходят, как правило, на большой высоте, что  приводит к тому, что производимые ими загрязнения распространяются на большой территории (в зависимости  от высоты труб). Эти зоны, накладываясь друг на друга, образуют области устойчивых загрязнений в промышленных районах  города, распространяющихся на высоту до 150 м и более.

Как уже указывалось, доля стационарных источников загрязнения  атмосферы городов имеет тенденцию  к неуклонному сокращению, и это  объясняется не столько ростом автомобильного парка, сколько тем, что уменьшить  объем выбросов у стационарных источников значительно проще, чем у автомобилей. Оно производится одновременным  проведением ряда мероприятий: введением  центрального отопления, ликвидацией  мелких котельных, газификацией промышленного  производства и топливно-энергетического  комплекса, установкой газоочистных систем. Важно отметить, что существующие ныне проекты сероулавливающих установок  позволяют уже в ближайшее  время превратить крупные города в мощные источники производства серосодержащих соединений и в первую очередь серной кислоты. Так, при  утилизации 90% сернистого газа, сбрасываемого  ныне в атмосферу, можно получать до 170—180 т серной кислоты в сутки  во время отопительного сезона в  расчете на город с 500 тыс. населения.

В настоящее время  большие надежды в области  охраны воздушного бассейна связываются  с максимальной газификацией промышленности и топливно-энергетического комплекса, однако эффект газификации не следует  преувеличивать. Дело в том, что перевод  с твердого топлива на газ, конечно, резко снижает объемы серосодержащих выбросов, но увеличивает выбросы окислов азота, утилизация которых еще является технически проблематичной. Сходная ситуация складывается и при сокращении выбросов угарного газа, являющегося продуктом неполного сгорания топлива. Совершенствуя режимы горения, можно свести выбросы угарного газа до минимума, но одновременно с повышением температуры увеличивается и окисление атмосферного азота, приводящее к росту объемов окислов азота, сбрасываемых в атмосферу. В отличие от стационарных источников загрязнение воздушного бассейна автотранспортом происходит на небольшой высоте и практически всегда имеет локальный характер. Так, концентрации загрязнений, производимых автомобильным транспортом, быстро уменьшаются по мере отдаления от транспортной магистрали, а при наличии достаточно высоких преград (например, в закрытых дворах домов) могут снижаться более чем в 10 раз.

В целом выбросы  автотранспорта значительно более  токсичны, чем выбросы, производимые стационарными источниками. Наряду с угарным газом, окислами азота  и сажей (у дизельных автомашин) работающий автомобиль выделяет в окружающую среду более 200 веществ и соединений, обладающих токсическим действием. Среди них следует выделить соединения тяжелых металлов и некоторые  углеводороды, особенно бензапирен, обладающий выраженным канцерогенным эффектом. Несомненно, что в ближайшем будущем загрязнение воздушного бассейна городов автомобильным транспортом будет представлять наибольшую опасность. Это объясняется главным образом тем, что в настоящее время еще не существует кардинальных решений данной проблемы, хотя нет недостатка в отдельных технических проектах и рекомендациях.

Кратко охарактеризуем основные направления решения проблемы уменьшения загрязнения окружающей среды автотранспортом.

Воздействие окружающей среды  на здоровье городского населения 

В большой степени  загрязнение атмосферы сказывается  на здоровье городского населения. Об этом свидетельствуют, в частности, существенные различия в заболеваемости населения в отдельных районах  одного и того же города.                        

В подтверждение  сказанного приведем данные из работы И. П. Лашневой, изучавшей заболеваемость детей, проживающих в двух районах с разным уровнем загрязненности атмосферного воздуха: в одном большое количество промышленных предприятий находится вблизи детских садов, в другом детские учреждения отдалены от основных магистральных путей и источников загрязнения воздуха вредными веществами. Анализ заболеваемости показал, что общая острая заболеваемость в первом районе была в 1,5 раза выше, чем во втором. Заболеваемость органов дыхания детей возрастных групп (от 1 года до 6 лет) в первом районе была также в 1,5 раза выше, чем во втором районе, а нервной системы и органов чувств – в 2-2,5 раза чаще.Изменение здоровья горожан является не только показателем экологического состояния города, но и важнейшим социально-экономическим его следствием, которое должно определять ведущие направления по улучшению качества окружающей среды. В связи с этим весьма важно подчеркнуть, что само здоровье горожан в пределах биологической нормы является функцией от экономических, социальных (включая психологические) и экологических условий.

В целом на здоровье горожан влияют многие факторы, в  особенности характерные черты  городского образа жизни–гиподинамия, повышенные нервные нагрузки, транспортная усталость и ряд других, но более всего – загрязнение окружающей среды. Об этом свидетельствуют существенные различия в заболеваемости населения в разных районах одного и того же города.

Наиболее заметные отрицательные последствия загрязнения  окружающей среды в крупном городе проявляются в ухудшении здоровья горожан по сравнению с жителями сельской местности. Так, например, проведенное  М. С. Бедным и соавторами углубленное  изучение заболеваемости отдельных  групп городского и сельского  населения убедительно показало, что горожане чаще страдают неврозами, заболеваниями сосудов мозга, болезнями  центральной нервной системы, органов  дыхания, чем сельские жители.

Наряду с загрязнением воздушного бассейна на здоровье человека отрицательно сказываются многие другие факторы окружающей среды городов.Шумовое загрязнение в городах практически всегда имеет локальный характер и преимущественно вызывается средствами транспорта – городского, железнодорожного и авиационного. Уже сейчас на главных магистралях крупных городов уровни шумов превышают 90 дБ и имеют тенденцию к усилению ежегодно на 0,5 дБ, что является наибольшей опасностью для окружающей среды в районах оживленных транспортных магистралей. Как показывают исследования медиков, повышенные уровни шумов способствуют развитию нервно-психических заболеваний и гипертонической болезни. Борьба с шумом, в центральных районах городов затрудняется плотностью сложившейся застройки, из-за которой невозможно строительство шумозащитных экранов, расширение магистралей и высадка деревьев, снижающих на дорогах уровни шумов. Таким образом, наиболее перспективными решениями этой проблемы являются снижение собственных шумов транспортных средств (особенно трамвая) и применение в зданиях, выходящих на наиболее оживленные магистрали, новых шумопоглощающих материалов, вертикального озеленения домов и тройного остекления окон (с одновременным применением принудительной вентиляции).

Особую проблему составляет увеличение уровня вибрации в городских районах, главным  источником чего является транспорт. Данная проблема мало исследована, однако несомненно, что ее значение будет возрастать. Вибрация способствует более быстрому износу и разрушению зданий и сооружений, но самое существенное, что она  может отрицательно влиять на наиболее точные технологические процессы. Особенно важно подчеркнуть, что наибольший вред вибрация приносит передовым отраслям промышленности и соответственно ее рост может оказывать ограничивающее влияние на возможности научно-технического прогресса в городах. 

Загрязнение водного бассейна

Загрязнение водного  бассейна в городах следует рассматривать  в двух аспектах – загрязнение  воды в зоне водопотребления и  загрязнение водного бассейна в  черте города за счет его стоков.Загрязнение воды в зоне водопотребления является серьезным фактором, ухудшающим экологическое состояние городов. Оно производится как за счет сброса части неочищенных стоков городов и предприятий, расположенных выше зоны водозабора данного города и загрязнения воды речным транспортом, так и за счет попадания в водоемы части удобрений и ядохимикатов, вносимых на поля. Причем, если с первыми видами загрязнения можно путем строительства очистных сооружений бороться эффективно, то предотвратить загрязнение водного бассейна, производимое сельскохозяйственными мероприятиями, очень сложно. В зонах повышенного увлажнения около 20% удобрений и ядохимикатов, вносимых в почву, попадает в водотоки. Это, в свою очередь, может приводить к эвтрофикации водоемов, которая еще больше ухудшает качество воды.

Важно заметить, что  водоочистные сооружения водопроводов не в состоянии очистить питьевую воду от растворов указанных веществ, поэтому питьевая вода может содержать  их в себе в повышенных концентрациях  и отрицательно повлиять на здоровье человека. Рост химизации сельского  хозяйства неизбежно будет приводить  к увеличению количества удобрений  и ядохимикатов, вносимых в почву, и соответственно с этим их концентрация в воде будет увеличиваться.

Борьба с таким  видом загрязнений требует использования  удобрений и ядохимикатов в зонах  водосбора исключительно в гранулированной  форме, разработки и внедрения быстроразлагающихся  ядохимикатов, а также биологических  методов защиты растений.

Города также являются мощными источниками загрязнения  водного бассейна. В крупных городах  в расчете на одного жителя (с  учетом загрязненных поверхностных  стоков) ежесуточно сбрасывается в  водоемы около 1 м3 загрязненных стоков. Поэтому города нуждаются в мощных очистных сооружениях, эксплуатация которых  вызывает немалые трудности. Так, при  работе станции биологической очистки  сточных вод городов образуется около 1,5-2 т отработанного ила  в год в расчете на одного жителя. Использование этого ила в  качестве удобрения для столовых сельскохозяйственных культур недопустимо, так как он содержит в себе большое  количество токсических веществ, не подлежащих разложению. В настоящее  время такой ил складируется на суше, занимая значительные территории, и вызывает загрязнение почвенных вод. Причем из ила прежде всего вымываются наиболее токсические элементы, содержащие соединения тяжелых металлов. Наиболее перспективным решением этой проблемы является внедрение в практику технологических систем, предусматривающих получение из ила газа с последующим сжиганием остатков иловой массы.