Введение

Климатические изменения на нашей планете происходят не только за счёт антропогенных факторов, но и из-за природных опасных гидрометеорологических явлений, влияющих на наблюдаемые и прогнозируемые долгосрочные изменения средних климатических показателей и экстремальных, включая такие аномалии, как засухи, сильные штормы и наводнения.

Согласно данным ГУ «Республиканский центр по гидрометеорологии, контролю радиоактивного загрязнения и мониторингу окружающей среды» (Белгидромет), на территории Беларуси в последние десятилетия потепление климата происходило в среднем, как и по всему земному шару, на 0,45°C за 10 лет.

Одним из проявлений климатических изменений является увеличение во многих регионах изменчивости и экстремальности климата. Например, на территории Беларуси участились опасные явления погоды, а также инициированные ими техногенные чрезвычайные ситуации, причём опасные гидрометеорологические явления, наблюдаемые в течение двух последних десятилетий, оказались более интенсивными и разрушительными, чем когда-либо [1]. По данным МЧС Республики Беларусь, наиболее разрушительными были наводнения, лесные пожары и аномальная жара.

Большую роль в оценке потенциальных убытков от влияния рисков природных катастроф играют релевантные и качественные исторические данные о произошедших катастрофах и ущербе от них. Во всём мире создаются и поддерживаются центры накопления информации о реализовавшихся природных катастрофах, размере ущерба от них, информации о покрытии ущерба страхованием, сумме страховых выплат. Накапливается и анализируется информация о подверженности регионов климатическим рискам. На основании такой информации строятся прогнозы и вероятностные модели [2].

Как же влияют климатические изменения на работу очистных сооружений и эксплуатацию иловых площадок, расположенных на территории Республики Беларусь? За период 1981–2021 годов на сети станций гидрометеорологических наблюдений Беларуси было зарегистрировано 1035 опасных гидрометеорологических явлений (ОГЯ): очень сильный ветер, очень сильный дождь и ливень, крупный град, очень сильная жара, заморозки, атмосферные и почвенные засухи. Из них ущерб отраслям экономики и населению нанесли 530 явлений или 58%. Относительно невысокий удельный вес опасных гидрометеорологических явлений, нанёсших ущерб, объясняется отсутствием донесений об ущербе, если он был незначителен либо явление наблюдалось в относительно малонаселённой местности. Также значение имеет пространственное распределение некоторых видов ОГЯ.

Проанализировав текущие и будущие погодные и климатические риски для территории Беларуси, очевидна в будущем высокая повторяемость ОГЯ (в основном очень сильных дождей и ливней) и экстремальных высоких температур воздуха, что может негативно отразится на содержании площадок (карт) с депонированным избыточным илом из очистных сооружений сточных вод [3].

Цель работы — провести оценку воздействия иловых площадок на окружающую среду в условиях изменения климата. При этом ставятся задачи по определению характера, степени и масштаба влияния объекта хозяйственной деятельности на экологические и социальные факторы и построению матрицы распределения значений уровня эколого-социального риска в зависимости от территории распространения загрязнений от иловых площадок при возникновении опасных гидрометеорологических явлений.

Разработка эффективных технологий очистки сточных вод является насущной необходимостью для устойчивого управления водными ресурсами. Однако, согласно современным технологиям, очистные сооружения, возвращая природе чистую воду, генерируют отходы, самым неприятным из которых является активный ил — отработанный или излишек, которые вместе образуют осадок сточных вод. На каждый килограмм общего количества органических загрязнителей в аэротенке, где происходит осаждение, образуется 350 г. активного ила.

Поддержание баланса активного ила является одним из важнейших факторов при эксплуатации очистных сооружений, поскольку как его дефицит, так и избыток негативно влияют на процесс очистки воды. Таким образом, образующийся избыточный осадок всё время приходится удалять из аэротенков, осаждая в накопительные пруды [4, 5].

Широкое применение методов почвенного депонирования иловых осадков с 1950-х годов приводит к образованию объектов прошлого (накопленного) экологического ущерба — иловых площадок (прудов, карт), выведенных из хозяйственного оборота или с несанкционированным пополнением их. Токсичность избыточных илов и длительные сроки жизненного цикла иловых площадок обуславливают специфичность данных объектов. Многофакторное воздействие иловых площадок может быть вызвано высоким содержанием в твёрдой фазе иловых осадков тяжёлых металлов, органических загрязнителей, отнесённых к группе диоксиноподобных, и специфичных микроценозов, многие из которых отнесены к группе суперэкотоксикантов. По данным строительных и санитарно-гигиенических нормативов, сроки выдерживания осадков сточных вод на иловых площадках, обеспечивающие их полную дезинвазию, составляют: при весенней заливке — 45 месяцев; летней — 42 месяцев; осенней — 39 месяцев; зимней — 48 месяцев.

Тем не менее, учитывая результаты предыдущих исследований, указания на комплексные данные по воздействию на гидрогеологическую обстановку района расположения иловых площадок в существующей специализированной литературе отражены слабо. Структурно-функциональные особенности выведенных из эксплуатации иловых площадок, как объектов утилизации избыточного ила из очистных сооружений, и их жизненный цикл практически не изучены [6, 7].

Одним из компонентов экологического риска хранения ила на открытых площадках недалеко от населённых пунктов является риск нанесения ущерба здоровью людей в условиях глобального изменения климата. В этой работе мы будем учитывать эколого-социальный риск, то есть комбинацию вероятности или частоты возникновения определённой опасности и величины последствий климатического события на загрязнения от иловых площадок не только на окружающую среду, но и на здоровье социума, и на его взаимоотношения с местными органами самоуправления.

Некоторые исследователи утверждают о преимуществах с точки зрения изменения климата и выбросов парниковых газов от осадка сточных вод, перерабатываемого в сельское хозяйство, в частности о том, что часть углерода в осадке, используемом в сельском хозяйстве, будет поглощаться в почве [8–10]. Однако достоверные научные данные по остатку углеродного следа от осадка сточных вод отсутствуют, поэтому он не учитывается в Национальном кадастре Беларуси.

Что касается загрязнения воздуха, то замена химического удобрения осадком сточных вод уменьшает выбросы закиси азота, связанные с этим удобрением. Считается, что всего лишь 20% азота в переваренном осадке легко доступно для растений, поэтому выбросы N2O в результате его распространения больше, чем сокращение N2O от вытесненного удобрения. Однако в настоящее время осушённый осадок сточных вод в виде избыточного ила недостаточно часто применяется ввиду отсутствия технологических условий, несоответствия современным экологическим тенденциям и возникающих организационных трудностей.

Уровень эколого-социального риска (ЭСР) загрязнения окружающей природной среды и влияние его на социум, в том числе и при возникновении определённого неблагоприятного сочетания климатических сигналов, рассчитывается как:

LR = RD,

где LR — уровень ЭСР — степень опасности нанесения ущерба (D) окружающей среде и человеку в результате изменения состояния иловых площадок; R — величина риска (вероятность) возникновения загрязнения при возникновении климатического сигнала распространением неблагоприятных газовых выделений в воздушную и загрязнения тяжёлыми металлами подземных вод и земли от иловых площадок; D — величина ущерба окружающей среде и здоровью человека в результате загрязнения близлежащей территории от иловых площадок при возникновении климатического сигнала.


Рис. 1. Комплексная схема оценки уровня эколого-социального риска загрязнения

Комплексную оценку уровня ЭСР загрязнения при возникновении климатического сигнала от иловых площадок в результате неблагоприятного сочетания климатических сигналов и возникновении опасных явлений отобразим в виде схемы (рис. 1).

В табл. 1 приведена шкала оценки вероятности наступления ЭСР от климатических воздействий, как иллюстрация результата взаимодействия связанных с климатом опасностей (включая опасные явления и тренды), уязвимости и подверженности антропогенных систем (в виде иловых площадок) возникновению опасных явлений и медленных изменений при хранении накопленного ила очистных сооружений. Изменения, как в климатической системе (столбики 1 и 2 табл. 2), так и в социально-экономических процессах, включая адаптацию и смягчение воздействий (столбик 3 и 4 табл. 2), являются движущими факторами опасности, подверженности и уязвимости.

Как следует из табл. 1 и 2, сильная жара и увеличение количества жарких дней (волн жары) имеют значительный риск частого повторения и продолжительности, что повлечёт за собой вероятность усиления появления и распространения по значительной территории неблагоприятного воздушного фона и ухудшение качества окружающей среды для населения, а для сооружений (иловых площадок) повлечёт за собой деградацию заградительного почвенного покрова и проникновения токсичных веществ в почву.

При появлении риска загрязнения окружающей среды из-за возникновения определённого неблагоприятного сочетания климатических сигналов необходимо провести и экономическую оценку экологического ущерба. Для этого определим категории экологического ущерба от пространственного распространения воздушного и подземного загрязнения от иловых площадок.

Разработанные оценочные шкалы категорий экологического риска R (табл. 2) и экологического ущерба D (табл. 3) являются необходимыми инструментами для определения уровня экологического риска LR (табл. 4) загрязнения окружающей среды (почвы и атмосферы) от рабочих иловых площадок.

Первейшая проблема в устаревшей технологии обезвоживания ила, представляющая из себя наполнение гигантских резервуаров и удаление влаги из них естественным путём. Данные резервуары (площадки) находятся рядом с городами и, занимая значительные площади, распространяют специфический запах, который порождают такие химические соединения, как аммиак, сероводород, формальдегид, меркаптаны и пр., на многие километры вокруг. Это связано с нарушением технологии переработки ила, когда в старые пруды продолжают сбрасывать новообразовавшийся избыточный ил, который возобновляет процессы биологического разложения с выделением газообразных продуктов.

И, пока строятся новые площадки для депонирования избыточного ила, старые иловые хозяйства являются одним из основных загрязнителей атмосферного воздуха — это следует из статистических данных Национального комитета статистики и Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь за 2020–2021 годы.

Недостаточно хорошее состояние иловых площадок (образование прудов) вследствие старения и неудовлетворительного технического обслуживания в качестве примера показано на фото 1.


Фото 1. Иловая площадка (Минский район, Республика Беларусь)

Управление экологическими рисками по эксплуатации площадок с депонированным избыточным илом от очистных сооружений подразумевает выявление опасности на ранних стадиях хозяйственной деятельности, сопряжённой с климатическими рисками и повторяемостью ОГЯ, и разработку мер по устранению этих опасностей или снижению вероятности их проявления.


Иловые поля очистных сооружений города Казань

События, связанные с политикой в области изменения климата и использования возобновляемых источников энергии, также повлияют в настоящем и будущем на управление осадками сточным вод и переработку или утилизацию избыточного ила в том плане, что:

  • привлечёт повышенное внимание экологических организаций и заинтересованных должностных лиц к проблеме изменения климата и смягчения последствий выброса парниковых газов, что поспособствует признанию дополнительных преимуществ применения осадка в почвах;
  • будут усилены инвестиции в доработку технологий по обработке осадка с рекуперацией энергии путём анаэробного сбраживания, сжигания или другой термической обработки с рециркуляцией образующейся золы;
  • возможно увеличение производства и использования биогаза из осадка сточных вод, а также некоторое производство спиртов и других видов топлива непосредственно из осадка сточных вод с использованием пиролиза и газификации;
  • произойдёт более широкое применение ила для выращивания топливных культур, таких как мискантус, гибридные тополя и другие непищевые энергетические культуры;
  • существующие технологии систем очистки сточных вод будут адаптироваться под изменение климата.


Иловые поля очистных сооружений города Красноярска

По предварительным результатам опроса, респондентам белорусских водоканалов было предложено указать, способна ли их нынешняя технология очистки сточных вод справиться с нагрузками, связанными с изменением климата. Почти ¾ респондентов указали, что их технология очистки сточных вод способна преодолеть будущие проблемы, связанные с изменением климата. Чуть более ¼ респондентов не были уверены в своей нынешней технологии или в изменении климата.


Рекультивация иловой площадки вблизи микрорайона Кусуново, город Владимир

Заключение

Итак, адекватная оценка риска ущербов, обусловленная опасными гидрометеорологическими явлениями на территории конкретной области, с учётом экономических особенностей административной единицы, может внести свой вклад в решение задачи предупреждения аварийных ситуаций и минимизации ущерба. Такая оценка необходима для разработки мероприятий по снижению риска аварийных загрязнений окружающей среды (почвы и атмосферы) от рабочих иловых площадок при возникновении определённого неблагоприятного сочетания климатических сигналов и их последствий.


Иловые карты около города Владимира