Територіальний та галузевий принципи аналізу функціонування екологічної небезпеки

Територіальну структуризацію екологічної небезпеки в регіоні доцільно розглядати з застосуванням різних підходів до групування джерел, що створюють екологічну небезпеку в регіоні.

Відносна віддаленість окремих джерел один від іншого призводить до того, що зони неприйнятної небезпеки, створювані ними, часто не перекриваються. Досить поширеною є ситуація, коли спостерігається нерівномірність у розміщенні об’ектів прояву небезпеки соціально-природної підсистеми (відособлені ділянки селітебних територій, зон зелених насаджень, об'єктів природно-заповідного фонду, сільськогосподарських угідь). Такі позиційні особливості формування небезпеки є підставою для здійснення просторового зонування регіону з виділенням окремих соціально-промислових районів (промрайонів), а в їх складі - зон формування техногенної небезпеки (технозон). З іншого боку, однопрофільні виробничі об'єкти характеризуються типовими загальними чинниками формування екологічної небезпеки, що дозволяє деякою мірою уніфікувати напрямки управління екологічною безпекою в галузевих аспектах. Це визначає доцільність виділення господарських промислових і транспортних комплексів. Результати практичної реалізації наведених підходів в умовах конкретного регіону наведено у п. 7.3.4 розділу 7 підручника.

3.5.4. Системний аналіз функціонування екологічної небезпеки у регіональних умовах

Функціонування екологічної небезпеки техногенного класу доцільно проводити за видами небезпеки, які, в першу чергу, визначаються хімічними, фізичними та ландшафтотрансформуючими чинниками.

3.5.4.1. Екологічна небезпека, що утворюється хімічними чинниками впливу

Серед підвидів техногенної небезпеки, формованої хімічними чинниками впливу, особливу увагу необхідно звертати на ті, які є пріоритетними для регіону. Це, у першу чергу, відноситься до забруднення компонентів навколишнього середовища шкідливими речовинами, що містяться у відходах, проявів небезпеки в штучно створених об’єктах гідросфери під дією природно-антропогенних чинників, локальних змін стану приземного прошарку атмосферного повітря.

Відходи як побічні (у порівнянні з цільовою продукцією) види речовини, утворюються в технологічних процесах, сфері споживання і представляють серйозну екологічну небезпеку (особливо місця їх розміщення).

Внаслідок порушення технологічних регламентів при транспортуванні і переробці нафти, а також при виникненні різних аварійних ситуацій, відбуваються розливи і витоки нафти і продуктів її переробки. У магістральних трубопроводах і резервуарах утворюється осад – так звані нафтові відкладення. Останні не знаходять практичного застосування і вивозяться у відвали, що негативно позначається на протіканні біохімічних процесів у ґрунтах і є причиною погіршення їх структурно-механічних властивостей і водопроникності [26]. Забруднення ґрунтів зберігається протягом тривалого часу, перешкоджаючи використанню земель для сільськогосподарської діяльності.

На підприємствах з видобутку і переробці корисних копалин (кар’єрах), на різних стадіях технологічного процесу утворюється значна кількість пилоподібних речовин. Останні переважно вивозяться у відвали і є джерелом вторинного забруднення атмосферного повітря і ґрунту. Прояви екологічної небезпеки полягають в підвищеному (у порівнянні з ГДК) рівні забруднення повітря в селітебних забудовах при несприятливих метеоумовах.

При експлуатації машин і механізмів у різних господарських комплексах регіону утворюється значна кількість відпрацьованих мастил. Екологічна небезпека в цьому випадку виявляється, головним чином, при просочуванні їх у ґрунт і потраплянні в поверхневі і ґрунтові води при проливах і витоках.

Відходи споживання, які складуються на звалищах, являють собою різнофракційні продукти з різним ступенем біологічного перетворення. При їх розкладанні утворюються шкідливі речовини, що разом з первинними інгредієнтами відходів при надходженні в атмосферне повітря та поверхневі води розносяться останніми на значні відстані. Крім цього, звалища є розсадниками патогенної флори і фауни (мікробів, комах, шкідливих гризунів і птахів). Місця складування являють собою системи, що характеризуються також високим ступенем пожежонебезпеки. Отже, вони є джерелами широкопрофільної екологічної небезпеки різного генезису.

Значна кількість звалищ виробила свої ресурси за обсягами нагромадження відходів. Як приклад у табл. 3.2 наведені дані про стан окремих місць розміщення відходів [27].

Так, звалище відходів виробництва і споживання, яке розташоване у південній технозоні Кременчуцького промрайону, експлуатується більше 40 років з порушеннями вимог природоохоронного і санітарного законодавства - відсутня гідроізоляція, не забезпечене відведення інфільтрату. Ґрунтові води навколо звалища забруднені іонами важких металів, фенолами та їх похідними, нафтопродуктами. За результатами спостережень [27] встановлено, що концентрації, зокрема, заліза, свинцю, марганцю, нафтопродуктів, фенолу в ґрунтових водах перевищують ГДК у 4-26 раз (для різних інгредієнтів). Вода в колодязях прилеглих населених пунктів не відповідає екологічним стандартам і не придатна для пиття.

Таблиця 3.2 – Експлуатаційні характеристики полігонів для розміщення відходів Полтавської області

Результати системного аналізу техногенної небезпеки, що формується відходами виробництва та споживання на прикладі конкретного регіону, наведені в п. 7.3.5 розділу 7 підручника.

Окремий підхід пропонується для елементів моніторингу формування екологічної небезпеки у штучно створених об’єктах гідросфери.

У формуванні екологічної небезпеки у водосховищах слід відзначити істотну роль донних відкладень техногенного походження, що трансформуються під дією екстремальних природних чинників, і масовий розвиток ціанобактерій.

Донні відкладення є одним з найбільш важливих абіотичних компонентів екосистеми водойми. Процеси їх формування і склад впливають на якість природних вод, процеси самоочищення у водоймах, умови існування бентосних організмів [28]. Донна гідрофауна (зообентос), у свою чергу, здійснює вплив на донні відкладення, активізуючи обмін речовин між дном і водними масами. Крім того, бентосні організми впливають на хімічний склад відкладень, зокрема, на величину запасів органічної речовини.

Речовини, що переносяться водою і формують склад донних відкладень, сортуються відповідно до розподілу швидкості течії. Так, наприклад, для Дніпродзержинського і Кременчуцького водосховищ (як великих рівнинних) характерна диференціація ділянок залягання донних відкладень з великими частками і мулом різного ступеня дисперсності від верхів’я до греблі, а також від берегових і острівних обмілин до затопленого русла. Швидкість складає відповідно 6,4¸7,6 см/с і 1,7¸2,0 см/с для Дніпродзержинського і Кременчуцького водосховищ [29], що сприяє відносно швидкому нарощуванню нашарувань донних відкладень, які місцями досягають товщини 2 м.

Хімічний склад донних відкладень вище і нижче греблі Кременчуцького водосховища свідчить про інтенсивність процесів вилучення забруднюючих речовин (амонію, нітратів, нітритів, фосфатів, карбонатів, гідрокарбонатів) з них у придонні прошарки води. Спостерігається перевищення гранично допустимих концентрацій: азот амонійний – у 2 рази, нітрити – у 5 разів, залізо загальне (Fe²⁺, Fe³⁺) – у 3,8-11,4 рази, марганець – у 6-19 разів, мідь – у 6,8-8,8 разів, цинк – у 1,2 рази, нафтопродукти – у 4-22 рази [30].

Слід зазначити, що одним з важливих чинників, які визначають трофічний статус і якість вод у водосховищах, є запас біогенних елементів і, у першу чергу, сполук азоту і фосфору. Він формується за рахунок надходження останніх з водозбірної території і виносу донних відкладень у воду (зовнішнє і внутрішнє біогенне навантаження) [31]. Значна кількість органічної речовини не встигає розкластися у водній товщі і надходить далі в донні відкладення, де мінералізується внаслідок діяльності бактерій, особливо в анаеробних умовах. Інтенсивність мікробного окислення органічної речовини визначається, у першу чергу, концентрацією і доступністю потенційних електронних акцепторів [32]. Зміни якості природних вод обумовлені хімічними процесами, пов’язаними з нагромадженням токсичних речовин у донних відкладеннях і життєдіяльністю різноманітних гідробіонтів. Це прямо пов’язано зі ступенем забруднення вод органічними речовинами і продуктами їх розкладання [33].

Розглянемо конкретні механізми біологічних і, особливо, хімічних процесів, що протікають в умовах інтенсивного техногенного навантаження при дії екстремальних природних чинників.

Багаторічне скидання забруднюючих речовин у водосховища Дніпровського каскаду привів до незворотних змін у них. Токсичні речовини в значних кількостях сконцентрувалися в донних відкладеннях (особливо це характерно для Кременчуцького водосховища як самого мілководного), що стало причиною вторинного забруднення водойм, сприяло зміні органолептичних показників води, видового складу альгофлори, у якій стали домінувати синьозелені водорості. Продукти життєдіяльності останніх додали свого внеску у погіршення здатності водойм до самоочищення та їх забруднення.

Помітне домінування внутрішнього біогенного навантаження над зовнішнім пов'язане з тим, що внутрішньоводоймові потоки біогенних елементів і забруднюючих речовин, що надходять зі стічними водами, проходять багаторазово через донні відкладення. За останні роки, внаслідок нагромадження шкідливих речовин у донних відкладеннях, підвищилася швидкість внутрішньоводоймового рециклінгу, а зміна кліматичних чинників (середня температура водної товщі в червні 2001 і 2002 років складала 23-26^оС) стала причиною зсуву хімічної рівноваги в обмінних процесах між водною товщею і донними відкладеннями. З одного боку, це – седиментація завислих речовин і сорбція твердою фазою осадів розчинених інгредієнтів, з іншого боку - винос розчинених речовин різної природи з донних відкладень у воду і ресуспензія осадів. Механізм зазначених процесів має як фізико-хімічну, так і біологічну природу.

У водосховищах, внаслідок зниження концентрації розчиненого кисню різко, підвищився вміст аміаку, який досить добре розчиняється у воді з утворенням гідроксиду амонію (NH₄OH). Кислотність у воді придонних прошарків змінилася до рН = 8¸10. У цих умовах при відмиранні основної маси синьозелених водоростей (СЗВ) в навколишнє середовище вивільнюється марганець у формі «+7» (він присутній у СЗВ у складі волютину) з утворенням марганцю «+4» (у вигляді MnО₂). Оскільки частина гідроксиду амонію витрачається на окислювально-відновний процес, рН середовища зменшується і досягає значень 4,5¸5,5, при яких двооксид марганцю здатний перетворюватися в марганець «+2». Крім цього, у процесі відмирання організмів, особливо бентосних, утворює сірководень (H₂S), який гірше розчиняється у воді в порівнянні аміаком, тому він бере участь у зниженні кислотності середовища вже на другому етапі процесів, що протікають у водоймах. Таким чином, у пробах води зафіксований загальний вміст марганцю (Mn⁺⁴, Mn⁺²) за аналогією з визначенням загального заліза.

Заслуговує на увагу той факт, що накопичені в донних відкладеннях продукти життєдіяльності СЗВ (типу сакситоксину, гоніаутоксину, суруготоксину, дебромаплизиатоксину) здатні зв'язувати в стійкі комплекси іони металів (у тому числі марганцю, міді) при наявності в їх хімічній структурі комплексоутворюючих фрагментів типу = NH₂ і -ОН. Стійкість таких комплексів залежить від рН природних вод. В умовах лужного середовища вони руйнуються і збільшують концентрацію іонів металів у природних водах, що й було зафіксовано влітку 2001 і 2002 років. Таким чином, при порушенні екологічної рівноваги в гідробіоценозах під впливом антропогенних чинників істотно змінюються процеси авторегуляції їх формування, які більш збалансовані в рівноважних наземних фітоценозах. А це впливає на рівень нагромадження біологічно активних речовин у водному середовищі і донних відкладеннях, що відбивається на формуванні якості води і функціональній активності гідробіонтів.

Процес деградації порушених природно-водних комплексів, який має місце в Кременчуцькому і Дніпродзержинському водосховищах, прямо зв'язаний з надходженням нітритів і амонійного азоту з донних відкладень у природні води, тобто відбувається накопичення органічного азоту, який під дією екстремальних кліматичних чинників здатний перетворитися в канцерогенні N-нітрозаміни [34]. В автохтонному утворенні цих сполук беруть участь і водорості. Як відомо, у процесі життєдіяльності останніх і після відмирання клітин у воду надходять різні хімічні сполуки, у т.ч. первинні, вторинні, третинні і гетероциклічні аміни. Враховуючи збільшення кількості нітратів/нітритів і зміну рН середовища нижче 7 при розкладенні водоростей, стає зрозумілим можливість здійснення реакції синтезу нітрозамінів як попередників у евтрофованих водоймах. У деяких затоках Кременчуцького водосховища рН води коливається в інтервалі 8-9, тому в таких умовах здійснюється синтез N-нітрозамінів, особливо при підвищених температурах. Враховуючи канцерогенну активність нітрозосполук необхідно здійснювати контроль за їх складом у воді, яка використовується для питного водопостачання.

Результати системного аналізу екологічної небезпеки, що формується в штучно створених об´єктах гідросфери, на прикладі конкретного регіону наведені в п.7.3.5 розділу 7 підручника.

Розглянемо елементи моніторингу формування екологічної небезпеки під впливом техногенних джерел викидів шкідливих речовин в атмосферу (підприємства промисловості, об'єкти теплоенергетики, транспортні засоби) Територію будь-якого регіону не можна вважати замкнутою. Виникаючі градієнти концентрацій привнесених в атмосферу речовин (забруднювачів) є рушійною силою атмосферної дифузії. У силу зазначеного, а також під впливом метеорологічних чинників, забруднюючі речовини, що знаходяться в атмосфері, будуть поширюватися не тільки на території регіону, але і за його межі. Але при відносній сталості дії техногенних джерел інгредієнтний і концентраційний склад атмосферного повітря в регіоні буде відрізнятися від периферійного простору.

Екологічну небезпеку зазначеного підвиду можна якісно охарактеризувати в динаміці валовими викидами шкідливих речовин (п.7.3.5. розділу 7 підручника).