PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 711.01/09

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_11_673

РОЛЬ РЕКОНСТРУКЦИИ ОЗЕЛЕНЕННЫХ И БЛАГОУСТРОЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЗЕЛЕНОГО КАРКАСА ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ

THE ROLE OF THE RECONSTRUCTION OF LANDSCAPED AND LANDSCAPED LANDSCAPES FOR THE FORMATION OF A GREEN FRAMEWORK OF URBAN AREAS

Старостина Айталина Анисимовна, кандидат архитектуры, доцент, заведующая кафедрой землеустройства и ландшафтной архитектуры,  ФГБОУ ВО «Арктический государственный агротехнологический университет» (Адрес:677007, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, ш. Сергеляхское, 3 км., д. 3) тел. 8(914) 279-08-09, e-mail: Linastar2005@mail.ru

Гаврильева Надежда Константиновна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры землеустройства и ландшафтной архитектуры, ФГБОУ ВО «Арктический государственный агротехнологический университет» (Адрес:677007, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, ш. Сергеляхское, 3 км., д. 3) тел. 8(924) 567-53-82, e-mail: nadezheda@inbox.ru

Андреева Нюргуяна Викторовна, старший преподаватель кафедры землеустройства и ландшафтной архитектуры, ФГБОУ ВО «Арктический государственный агротехнологический университет» (Адрес:677007, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, ш. Сергеляхское, 3 км., д. 3) тел. 8(924) 567-53-82, e-mail: kuiaara@mail.ru 

Starostina Aitalina Anisimovna, PhD in architecture, associate Professor, head of the Department of Land Management and Landscape Architecture, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education «Arctic State Agrotechnological University» (Address:677007, Republic of Sakha (Yakutia), Yakutsk, Sh. Sergelyakhskoe, 3 km. 3) tel. 8(914) 279-08-09, e-mail: Linastar2005@mail.ru

Gavrilieva Nadezhda Konstantinovna, Candidate of Agricultural Sciences, associate Professor, Department of Land Management and Landscape Architecture, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education «Arctic State Agrotechnological University» (Address:677007, Republic of Sakha (Yakutia), Yakutsk, Sh. Sergelyakhskoe, 3 km. 3) tel. 8(924) 567-53-82, e-mail: nadezheda@inbox.ru

Andreeva Nyurguyana Viktorovna, Senior Lecturer of the Department of Land Management and Landscape Architecture, Arctic State Agrotechnological University (Address: 677007, Republic of Sakha (Yakutia), Yakutsk, Sergelyakhskoye Highway, 3 km., 3) tel. 8(924) 567-53-82, e-mail: kuiaara@mail.ru

Аннотация. Благоустройство городов связано с этапами развития градостроительства. В процессе изменения городской среды от одного исторического периода к другому происходило создание и накопление культурных ценностей, внедрение новых технологий и строительных материалов. Городское благоустройство всегда было направлено на улучшение жизненной среды, создание комфорта и повышение эстетических качеств города. К сожалению, данные о состоянии древесных насаждений и озеленения в городе Якутске  до настоящего времени носят приблизительный либо локальный характер. Таким образом, актуальность изучения состояния озеленения города определяется влиянием увеличением территории населения на экологическое состояние среды города, возрастающей ролью жилых районов и рекреационных территорий, появляется необходимость проведения инвентаризации и паспортизации насаждений. Также важной задачей становится поиск практических решений, касающихся различных аспектов зеленого строительства города.

Актуальными в настоящее время становятся вопросы реконструкции и возобновления городских насаждений. В связи с чем, весьма важным является изучение влияния городской среды на семенное размножение растений. В статье отражены актуальные нормативно-техническое регулирование в области озеленения городской среды Республики Саха (Якутия), также  нормы правила общегородского озеленения и результаты градостроительных и планировочных анализов благоустройства улицы города Якутска. Основным результатом проведенной работы является определение общих ландшафтно-архитектурных требований при реконструкции и создании элементов озеленения, на примере улицы Петра Алексеева ГО «город Якутск». Для этого проведены анализ современного состояния функционально-планировочной структуры улицы, выявлены положительные качества существующих насаждений, также их основные недостатки при уходе за зелеными насаждениями.

Abstract. The beautification of cities is connected with the stages of development of urban planning. In the process of changing the urban environment from one historical period to another there was the creation and accumulation of cultural values, the introduction of new technologies and building materials. Urban landscaping has always been aimed at improving the living environment, creating comfort and enhancing the aesthetic qualities of the city. Unfortunately, the data on the state of tree plantings and landscaping in Yakutsk are still approximate or local. Thus, the relevance of studying the state of the city’s greenery is determined by the influence of the increasing territory of the population on the environmental condition of the city, the increasing role of residential areas and recreational areas, the need for an inventory and passportization of plantations appears. Also an important task is the search for practical solutions relating to various aspects of green building of the city.

The issues of reconstruction and renewal of urban plantations become urgent at present. In this regard, it is very important to study the impact of the urban environment on the seed multiplication of plants. The article reflects the current normative and technical regulation in the field of landscaping of the urban environment of the Republic of Sakha (Yakutia), as well as the norms of urban landscaping and the results of urban planning and planning analysis of street landscaping in Yakutsk. The main result of the work is the definition of general landscape-architectural requirements for the reconstruction and creation of landscaping elements, on the example of Petr Alekseev Street in the city of Yakutsk. To do this, the analysis of the current state of the functional and planning structure of the street, identified the positive qualities of the existing plantings, as well as their main drawbacks in the care of green spaces.

Ключевые слова: ландшафтная архитектура, территориальное планирование, реконструкция, озеленение и благоустройство территории

Key words: landscape architecture, spatial planning, reconstruction, landscaping and site improvement

Введение

Город Якутск с населением 330 тыс. человек считается одним из самых «холодных» городов Земли, расположенных в зоне вечной мерзлоты. Короткое лето Якутии успевает порадовать жителей и гостей города зеленью и цветами от силы четыре месяца в году [1]. За этот короткий промежуток времени необходимо успеть провести работы по озеленению и благоустройству.  Проблема обусловлена рядом факторов, в том числе:  наличием пыли, загазованности, шума и других неблагоприятных факторов, присущих крупному городу. В Якутске остро стоит проблема озеленения. В последнее время городское пространство города становится все более востребованным горожанами для целей проведения свободного времени в праздничные и выходные дни.

Главной составляющей экологической инфраструктуры является система зелёных насаждений и акваторий города, имеющая своей главной функцией формирование городской среды и стабилизацию среды. В нашей стране делаются обоснованные предложения для градостроительной планировки термин «зеленый каркас» или «природный каркас». Зеленый каркас является и должен быть основной структурной частью жизнеобеспечения города.

Актуальность исследования

Актуальность обусловлена тем, что благоустройство и озеленение являются важнейшей сферой деятельности муниципального хозяйства. Именно в этой сфере создаются те условия для населения, которые обеспечивают комфорт, эстетику, безопасность городской среды. Озеленение участков города является проблемой окружающей среды. Это связано с решением различного рода вопросов по  планировке, эксплуатации, агротехники и по созданию различных объектов рекреации и хозяйственно — бытовой деятельности.

Целью исследования является комплексная оценка     современного состояния зеленых насаждений и разработка научно-обоснованного подхода к озеленению ГО «город Якутск» на примере магистральной улицы Петра Алексеева. Соответственно, исходя из задач: описать нормативно-техническое регулирование в области озеленения городской среды; провести анализ современного состояния грунта и газонов, древесно- кустарниковой флоры и элементов благоустройства территорий на примере магистральной улицы Петра Алексеева ГО «город Якутск»; провести анализ современного состояния композиционных составляющих элементов озеленения; определить общие ландшафтно-архитектурные требования при реконструкции и создании элементов озеленения; изучить основные виды технологий и методов посадки и ухода за элементами озеленения; подобрать оптимальный состав газонных трав и устройство цветочного оформления; выработка предложений и рекомендаций по проектированию и реконструкции и созданию элементов озеленения на примере улицы Петра Алексеева ГО «город Якутск»; разработка технологий посадки и ухода за элементами озеленения на примере магистральной улицы Петра Алексеева ГО «город Якутск».

Результаты

В каждом городе есть проблемы в магистральных улицах по озеленению. В основном на магистральных улицах смотрят в первую очередь безопасность, не затрагивая вопрос о рассмотрения повышения эстетического, санитарно-гигиенического уровня формировании ландшафта дороги. Деревья и кустарники создают защиту дороги от снежных заносов, ветровой эрозии, пыли  и другие защитные мероприятии. Соответственно, выполняют важную роль в решении проблем по охране окружающей среды от загрязнения различными веществами, вносимыми автомобильным транспортом являясь средством регулирования распределения и перераспределения.

Основное требование озеленения трассы с окружающим ландшафтом это декоративное оформление. Декоративное озеленение должно целенаправленно усилить связь автомобильной дороги с окружающей природной средой, способствовать развитию современной инфраструктуры зеленого хозяйства.

После изучения актуальных требований правил  благоустройства территории городского округа «город Якутск» по содержанию и восстановления зеленых насаждений [2] был проведен анализ современного состояния благоустройства улицы Петра Алексеева (Рисунок 1).

В нашем городе по ул. Петра Алексеева дороги покрыты асфальтобетоном. Эти покрытия особенно в летний период сильно нагреваются и медленно остывают, поддерживая высокую температуру окружающего воздуха. Из-за этого воздух, где растут  деревья и кустарники, нагревается, и часть солнечной радиации отражается на кронах деревьев. Впоследствии часть деревьев засыхает, это в основном новые саженцы деревьев и кустарников. Отставшие  зеленые насаждения увеличивают влажность воздуха приблизительно на 15-30%.

Деревья и кустарники должны не только создавать благоприятную среду для движения и пребывания на улицах людей, но и участвовать в эстетическом формировании придорожного пространства. Крупномерные растения также не должны закрывать перспективу на архитектурные комплексы. Не забывая о  целостности архитектурной композиции и связи уличных насаждений. По улице П. Алексеева можно отметить места с деревьями, кустарниками, с водоемом — это П. Алексеева 40, где есть участки с газонами. Насаждения эффективно отфильтровывают воздух от пыли. Летнее время растения с клейкими и шероховатыми листьями накапливают до 40-50% пыли, в осенне-весенний сезон 25-40 %. На участках улиц, лишенных растительности, запыленность повышается в 2-3 раза. Рекомендуется использовать подходящую в нашем регионе боярышник, можжевельник, кизильник, спирею и др.

Одним из основных факторов экологии городской среды  является шумовой режим. В пешеходных зонах города уровень шума должен быть не более 75 дб А, а шум свыше 90 дб А неблагоприятно воздействует на организм человека. Здесь опять-таки вступают на помощь растения, которые снижают уровень в среднем на 6.0- 13,2 дб А. Эффективна посадка деревьев и кустарников с плотными, раскидистыми, густо облиственными кронами. Но с другой стороны на перекрестках и поворотах улиц посадки деревьев и кустарников не должны мешать видимость дороги, движущийся транспорт пешеходам и водителям автотранспорта. Такие места находятся на кольцевой дороге между улицами Пирогова и Стадухина, где растут деревья высотой 3, 4 метра. На повороте П. Алексеева 83/9 посажены деревья, кусты высотой от 3 до 6 метров. Эти насаждения можно пересадить на другие участки улицы, где разрешена посадка высотными деревьями [3].

Анализ современного состояния грунта и газонов придорожных территорий проводился летом ‒ осенью 2021 года по улице Петра Алексеева города Якутска.

На территории преобладают искусственно созданные или сильно трансформированные почвы под посадками деревьев на придорожной территории. Для них характерно отсутствие генетических почвенных горизонтов, в профиле сочетаются различные по окраске и мощности слои искусственного происхождения.

В результате агрохимического анализа почвы от 08.10.2021 г. отмечено низкое содержание гумуса от 1,5 до 3,8 % на контрольных точках 1–11. Содержание фосфора низкое ‒ от 15 до 23 мг/кг. Содержание калия в почве низкое ‒ от 30 до 40. Реакция среды щелочная, рН 7,9‒9,0.

Для сравнения: на контрольной точке 12 до окультуривания, проведенного 25 февраля 2021 года, наблюдалось среднее и очень низкое содержание    азота,    среднее    содержание    фосфора    и    калия,    после окультуривания увеличилось количество органического вещества до 5,8.

Реакция почвы стала нейтральной, увеличилось в разы количество питательных элементов почвы. Отсутствуют признаки засоления.

Специалистами ГБУ «Служба земледелия Республики Саха Якутия» проведен лабораторный анализ почвы открытого грунта. В образцах определили реакцию среды, содержание нитратного азота, гумуса, подвижного фосфора, обменного калия. Результаты исследований приведены в протоколе № 123 от 16.09.2022 и 21.09.2022 г.

Почва участка 12.1 имеет близкую к нейтральной реакцию среды (6,44 рН), содержание нитратного азота очень высокое (190 мг/кг), содержание подвижного фосфора и обменного калия также очень высокое (> 500 млн^-1), содержание гумуса (5,05 %).

Почва участка 12.2 имеет нейтральную реакцию среды (7,21 рН), содержание нитратного азота очень высокое (178 мг/кг), содержание подвижного фосфора и обменного калия среднее (>500 млн^-l), содержание гумуса (6,8%).

По результатам химического анализа почвенных образцов выбранного из участка, участок показало истощенность, сильное хлорирование и засоленность. Также выявлено низкое содержание гумуса от 1,5 до 3,8 %, фосфора от 15 до 23 мг/кг, калия   от 30 до 40 мг/кг. Реакция почвенной среды щелочная: рН 7,9‒9,0.

На данном участке магистральной улицы Петра Алексеева, в первую очередь, производилось окультуривание почвы. Так как придорожные территории засолены, содержат органические вещества, нитратный азот, фосфор, кали, кальций, магний, натрий и хлор, отмечалось закисление и защелачивание почвы. После окультуривания и подготовительных работ,  осенью было рекомендовано производить обработку почвы. Частично начать реконструкцию деревьев и кустарников ‒ больных, отмирающих, внесение удобрений, удаление и срезка заросли по территориям:

• с улицы Орджоникидзе до Лермонтова деревья и кустарники по осени находились в удовлетворительном состоянии: требуется удаление отмирающих, срезка зарослей березы, боярышника, кизильника;
• с улицы Лермонтова до Кутузова состояние деревьев и кустарников осенью также удовлетворительное: требовалось удаление отмирающих, срезка зарослей ивы, шиповника, березы, спиреи.
• с улицы Кутузова до Семена Данилова деревья находились в неудовлетворительном состоянии: больные, отмирающие сосна и лиственница ‒ их нужно заменить и внести удобрение. Кустарники: в удовлетворительном состоянии ‒ шиповник, акация, спирея и в хорошем ‒ боярышник и ива.

На улице Петра Алексеева мало места между дорожной сетью и жилыми домами для посадки больших деревьев, кустарников, в связи с этим растениям достается мало солнечного света. Высокорастущие деревья и густые кустарники, в данном участке береза и боярышник, должны обеспечивать режим инсоляции придомового пространства (рисунок 2).

Сухой климат, усугубляемый пылью и песком, в воздухе оказывает воздействие выветривание открытого грунта. Соответственно, в городе необходимо предусмотреть мероприятия от открытого грунта. Первый посев нами был произведен в конце июня сплошным ручным способом смесью трав «ПАРК-СЕВЕР».

В 2022 году посеяли газонную траву на площади 274 м², вдоль тротуара были посажены однолетние цветы. Так как конец июня и первая половина июля были засушливыми, в травостое наблюдались проплешины ‒ 35‒40 % от общей площади, поэтому дополнительно провели подсев в начале июля готовой смесью «GnomGras». Состав травостоя: овсяница красная – 15 %, райграс однолетний – 35 %, мятлик луговой – 5 %, овсяница луговая – 15 %, райграс пастбищный – 30 % с дополнением семян костреца безостого.

Важно правильно определить время первой стрижки молодого газона. С одной стороны, скашивание травостоя подавляет развитие растений, особенно молодых. С другой, запоздание со скашиванием густого травостоя также действует отрицательно: нижние междоузлия этиолируются, травостой полегает, газон теряет декоративность. Поэтому впервые скашивают молодой травостой, когда растения достигнут 10‒15 см. Делают это только в сухую погоду косилкой с остро отточенными ножами на высоту 5-6 см. После того как трава отрастет до высоты 7-8 см, нужно прикатать ее катком для стимуляции кущения. После этого следуют подсев трав с мульчированием в местах, где отсутствуют всходы, внесение комплекса удобрений и вторая стрижка. При озеленении качество стрижки напрямую зависит от используемой газонокосилки и другой садовой техники.

Следующий элемент озеленения это газон. Зимостойкими многолетними травами после многолетних исследований ученые Якутии создали следующие сорта: овсянка красная и мятлик луговой.  Но эти сорта газонной травы при эксплуатации требуют особого ухода. Для перезимовки газонных трав имеет значение срок последнего его скашивания и высота газонной травы под снегом. Слишком высокие побеги (20-25 см), отставшие под слоем снега, осенью, из-за повышенной влажности, загнивают, а весной, из-за недостатка питательных элементов, могут погибать. При низкой надземной части (4-6 см) травы более подвержены вымерзанию и не способны обеспечить корневую систему растений необходимым количеством кислорода и других веществ [4].

Развитие зеленого каркаса города в условиях сложившейся застройки – чрезвычайно сложная задача, хотя минимальные возможности для этого существуют (массовое озеленение земель вдоль транспортных магистралей, мест свалок, ликвидируемых баз, складов и др.)[5].

Для принятия и обоснования планировочных решений необходим учет специфики природного ландшафта. В этот ряд логично встраиваются проекты экологической инфраструктуры «зеленого» строительства города. Это позволяет сформировать городскую среду – урбонизированный ландшафт,  как гармоничный синтез предметных, пространственных, природных  и художественных  компонентов. В процессе реализации градостроительных проектов, для возведения зданий и сооружений используются, корректируются и преобразуются почти все компоненты и элементы ландшафта (геологическая среда, рельеф, гидрография, почвенно-растительный покров). Создается новая геолого-геоморфологическая среда, формируются техногенные почвы и грунты, изменяется растительность и климат[6].

Проект реконструкции озеленения

Разработан проект реконструкции насаждений по установленным нормам и правилам проектирования (рисунок 3 и 4). Посадка зеленых насаждений магистральной улицы Петра Алексеева должна проводиться по общему требованию свода правил СП 42.13330.20. [4]. На участке ул. Петра Алексеева г. Якутска выделяется несколько зон: пешеходная, зеленая и зона проезжей части.

К зеленым разделительным полосам относятся насаждения вдоль магистралей и улиц, отделяющие пешеходные пути от проезжей части с интенсивным транспортным движением. Для лучшей защиты пешеходов от пыли и выхлопных газов посажены рядовой посадкой кустарники  акации в количестве 110 штук, для создания живой изгороди из кустарников. Расстояние между растениями 50-55 см друг от друга, 80 см от проезжей части и 80 см от тротуара.

Для сохранения естественной природной среды в городском пространстве, надо сохранить существующие зеленые территории города и создать связь вновь посаженными зелеными зонами, чтобы город стал комфортным и чистым для человека. Поэтому в развитых городах формирование городов идет в гармонии с окружающей средой, в градостроительстве активно используются концепции «экологического (или зеленого) каркаса» [7], то есть, обеспечивая озеленение магистральных улиц города можно добиться непрерывного озеленения между скверами и парками города.

Почва

Рекомендовано внесение органического вещества в виде навоза, гумуса, перегноя с осени в дозе 30 кг/м² и с последующей обработкой почвы для посадки древесно-кустарниковой растительности с внесением подкормки минеральными удобрениями в дозе (NPK)₉₀ под посадку.

По основным требованиям к качеству почвенного покрова при создании объектов ландшафтной архитектуры особое требование предъявляется к верхнему горизонту почвы. Наличие гумуса должна составлять не менее 4-5%. Содержание нитратного азота от 20 и выше, фосфора и калия более 250 млн^-l.

Путем внесения почвогрунтовая смесь из перегноя, песка и дерновой земли на участках получили положительные результаты.

Газон

При подготовке газонов рекомендовано начать с осенней обработки почвы против сорняков, внесения перегноя для улучшения гумусового слоя, внесения удобрений ‒ фосфора, калия. Весной провести перепашку, внести удобрения с азотом, тщательно выровнять прикатыванием поверхность почвы. Посев газонных трав рекомендуется с мая по июль месяц, пересев ‒ до августа месяца. Перед посевом провести легкое рыхление. Сеять в безветренный, сухой день широко используемые сорта травы ‒ овсяницу красную и мятлик луговой. У них высокая зимостойкость, засухоустойчивость, выживаемость, сохраняются при частом скашивании и вытаптывания, что является одной из положительных особенностей сортов. При посадке использовать адаптированный к условиям севера материал.

Деревья и кустарники

При посадке деревьев и кустарников в прилегающих территориях городских улиц следует учитывать размещение. В первую очередь как выше сказанного деревья и кустарники не должны мешать пешеходам и водителям видеть дорогу и движущийся транспорт, заслонять светофоры и дорожные указатели. Далее при посадке саженцев должны учитывать требуемые расстояния друг от друга и добиваться целостности архитектурной концепции.

Осенью 2021 г. в реконструируемом участке были посажены березы вдоль забора (50 шт.) на расстоянии 1 м друг от друга, 1 м от боярышника, 1,2 м от ограждения. Боярышники (50 шт.) высажены на расстоянии 1 м друг от друга, 1 м от березы, 100 см от тротуара (рисунок 2).

Цветы однолетники

Ухудшение экологической обстановки, возрастающая потребность цветочного озеленения повышает спрос на посадочно-рассадный материал однолетников. Соответственно рассадная технология позволяет удовлетворить самые высокие  требования покупателей:

• во-первых, она позволяет значительно расширить весенне-летние сроки посадки, что очень важно для короткого якутского лета;
• во-вторых, рассада однолетних растений легче переносят транспортировку, они не пересыхают, корни не повреждаются. Кроме того, если нет возможности посадить растения сразу же после приобретения, можно на некоторое время оставлять при поливе. При посадке значительно увеличивается приживаемость растений и резко снижается их отмирание;
• в-третьих, красивый декоративный эффект цветочного оформления достигается в довольно короткие сроки.

Цветы в скверах, парках, на клумбах, рабатках, аллеях, улицах, балконах, приусадебных участках, дачах, искусно вписанные в общий ансамбль столицы Крайнего Севера, придают неповторимый колорит и удивительную красоту. Наша столица со скудной растительностью может превратиться в прекрасный современный зеленый оазис.

Заключение

К территории зеленых зон постсоветских городов, которые всегда были вписаны в окружающий их ландшафт и являлись наиболее живописной его частью, можно применять разработанные подходы по реконструкции среды. Работы следует проводить в соответствии с общими принципами ландшафтной композиции и правилами формирования планировочной структуры объекта комплексно.

Федеральный проект «Формирование комфортной городской среды» национального проекта «Жилье и городская среда» концептуально является продолжением приоритетного проекта «Формирование комфортной городской среды», который реализовывался в период 2017–2018 годов. Наработанный за два года опыт лег в основу федерального проекта, который стартовал в 2019 году.

Мероприятия по реализации федерального проекта позволят улучшить качество городской среды к 2030 году в полтора раза. В связи с этим был подписан приказ Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 06.04.17 № 691/пр  «Об утверждении методических рекомендаций по подготовке государственных программ субъектов Российской Федерации и муниципальных программ формирования современной городской среды в рамках реализации приоритетного проекта «Формирования комфортной городской среды» на 2018–2022 годы (с изм. на 21.12.17) [8]. В данном приказе  к городской среде относят благоустройство территорий муниципальных образований соответствующего функционального назначения (площадей, набережных, улиц, пешеходных зон, скверов, парков), дворовых территорий многоквартирных домов.

Как показывает мировая практика, появляется все больше и больше данных о преимуществах озеленения в городах.

Департамент городского развития Сената Берлина в 2011 году  выпустил — Дизайн для всех «Общественное открытое пространство».  В данном издании  рекомендуется не только правила посадки саженцев, но и составление композиции ландшафтной архитектуры с помощью элементов озеленения. Так, например, деревья и кустарники помогают определить выдающиеся достопримечательности, такие как парки. Живые изгороди и бордюры, такие как окружающие стены, должны, по крайней мере, периодически обеспечивать визуальную связь (на уровне глаз, приблизительно 0,60 м). Дорожки должны быть свободны от корней и ветвей [9].

В Нью-Йорке действует Руководство по проектированию улиц (Street Design Manual), впервые выпущенное в 2009 году, в котором определен единый стандарт для проектов благоустройства, список мероприятий и элементов городской среды. Стандарт проектирования улиц формирует дизайн-код — видение того, как должно выглядеть улично-дорожное пространство Нью-Йорка (геометрия дорог и улиц, материалы, элементы освещения, уличная мебель, озеленение)[10].

2020 году Центром Компетенций Республики Саха (Якутии) по вопросам городской среды «LETO»  было выпущено  методическая  рекомендация,  разработанная на материалах директора Ботанического сада СВФУ Ивановы Натальи Сергеевны. Где были рассмотрены общие вопросы по: выбору растений, посадке, подготовке посадок, уходу за растениями [11].

Перечень озелененных территорий городского округа, их границы утверждаются главой городского округа «город Якутск» (паспортизация скверов, парков и т.д.). Озелененные территории ограниченного пользования используются для декоративного озеленения, средозащитных, оздоровительных и санитарно-гигиенических функций. Озелененные территории специального назначения используются для экранирования, шумозащиты, ассимиляции и фильтрации загрязнителей атмосферного воздуха и повышения комфортности микроклимата. Озелененные территории создаются и функционируют в соответствии с проектом, согласованным в установленном порядке [1].

В настоящее время сотрудниками университета Арктического ГАТУ разработано научно-методическое пособие, где по результатам  детального исследования был разработан проект реконструкции улицы Петра Алексеева.

Список источников

1. Изюменко С.А. Климат Якутска / Под ред. Ц. А. Швер, С. А. Изюменко. — Л.: Гидрометеоиздат, 1982.
2. Правила  благоустройства    территории    ГО    «город    Якутск», утвержденные решением Якутской городской думы от 06.2021 № РЯГД- 30-1.
3. Сивцева Н.Е. Экогеохимические особенности формирования урбаноземов в условиях криолитозоны (на примере г. Якутска): дис. канд. биол. наук: 02.08. – ФГАОУ ВПО Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, город Якутск, 20212 г. – 142.
4. Мазиров И. М. Газон: Создание и уход/ И. М. Мазиров- ЛитРес: Самиздат. – 2018.- 110 с.
5. Калманова В.Б. Анализ формирования зеленого каркаса в планировочной структуре г. Биробиджана // Региональные проблемы. 2019. Т. 22, № 3. С. 70–77.
6. Кочуров Б.И., Хазиахметова Ю.А., Ивашкина И.В., Сукманова Е.А. Ландшафтный подход в градостроительном проектировании // Юг России: экология, развитие. 2018. Т.13, N C.71-82. DOI: 10.18470/1992-1098-2018-3-71-82, с. 75.
7. Старостина А.А., Гаврильева Н.К. Градостроительный анализ благоустройства водоемов Якутска //журнал «Инновации и инвестиции». 2020. № 9, С. 221-225.
8. Об утверждении методических рекомендаций по подготовке государственных программ субъектов Российской Федерации и муниципальных программ формирования современной городской среды в рамках реализации приоритетного проекта «Формирования комфортной городской среды [Электронный ресурс]: Приказ от 6 апреля 2017 г. № 691 / Принят Министерством строительства Российской Федерации. – URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_215257
9. Berlin — Design for All. Public Outdoor Space. Berlin: Berlin Senate Department for Urban Development, 2011.
10. Street Desing Manual, New York City, Department of Transportation// Third Edition, 2020. – URL: http://www.nyc.пov/dot.
11. Методические рекомендации. Озеленение городов и сел Республики Саха (Якутия): разработано Центром Компетенций Республики Саха (Якутия) по вопросам городской среды «LETO». 2020.

References

1. Izyumenko S.A. Climate of Yakutsk / Ed. Ts. A. Shver, S. A. Izyumenko. — L .: Gidrometeoizdat, 1982.
2. Rules for the improvement of the territory of the GO «Yakutsk city», approved by the decision of the Yakutsk City Duma dated June 30, 2021 No. RYAGD-30-1.
3. Sivtseva N.E. Ecogeochemical features of the formation of urbanozems in the permafrost zone (on the example of the city of Yakutsk): dis. cand. biol. Sciences: 03.02.08. – FGAOU VPO North-Eastern Federal University. M.K. Ammosov, the city of Yakutsk, 20212 — 142.
4. Mazirov I. M. Lawn: Creation and care / I. M. Mazirov- LitRes: Samizdat. – 2018.- 110 p.
5. Kalmanova V.B. Analysis of the formation of a green frame in the planning structure of the city of Birobidzhan // Regional problems. 2019. V. 22, No. 3. S. 70–77.
6. Kochurov B.I., Khaziakhmetova Yu.A., Ivashkina I.V., Sukmanova E.A. Landscape approach in urban planning // South of Russia: ecology, development. 2018. V.13, N3. C.71-82. DOI: 10.18470/1992-1098-2018-3-71-82, p. 75.
7. Starostina A.A., Gavrilieva N.K. Urban planning analysis of the improvement of water bodies of Yakutsk // Journal «Innovations and Investments». 2020. No. 9, pp. 221-225.
8. On the approval of guidelines for the preparation of state programs of the constituent entities of the Russian Federation and municipal programs for the formation of a modern urban environment as part of the implementation of the priority project «Formation of a comfortable urban environment [Electronic resource]: Order No. 691 dated April 6, 2017 / Adopted by the Ministry of Construction of the Russian Federation . – URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_215257
9. Germany. Berlin — Design for All. public outdoor space. Berlin: Berlin Senate Department for Urban Development, 2011.
10. Street Design Manual, New York City, Department of Transportation// Third Edition, 2020. – URL: http://www.nyc.pov/dot.
11. Guidelines. Landscaping of cities and villages of the Republic of Sakha (Yakutia): developed by the Competence Center of the Republic of Sakha (Yakutia) on the urban environment «LETO». 2020.

Для цитирования: Старостина А.А., Гаврильева Н.К., Андреева Н.В. Роль реконструкции озелененных и благоустроенных ландшафтов для формирования зеленого каркаса городских территорий // Московский экономический журнал. 2022. № 11. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-11-2022-42/

© Старостина А.А., Гаврильева Н.К., Андреева Н.В., 2022. Московский экономический журнал, 2022, № 11.

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 504

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_11_672

ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ТРАВОСМЕСЕЙ ДЛЯ ФИТОРЕМИДИАЦИИ ПОЧВ ПОСЛЕ НЕФТЯНЫХ РАЗЛИВОВ В УСЛОВИЯХ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА

OPTIMIZATION OF THE COMPOSITION OF GRASS MIXTURES FOR PHYTOREMIDIATION OF SOILS AFTER OIL SPILLS IN THE CONDITIONS OF THE FAR EAST

Малиновская Светлана Анатольевна, канд. хим. наук, доцент кафедры «Нефтегазовое дело, химия и экология» Дальневосточного государственного университета путей сообщения 680021, Хабаровск, ул. Серышева,47, E-mail: ngd.dvgups@mail.ru

Малиновская Надежа Сергеевна, студент направления специальности 21.03.01 Нефтегазовое дело Дальневосточного государственного университета путей сообщения, 680021, Хабаровск, ул. Серышева,47, E-mail: malin_ndy@mail.ru

Malinovskaya Svetlana Anatolyevna, Ph.D. chem. Sci., Associate Professor, Department of Oil and Gas Business, Chemistry and Ecology, Far Eastern State Transport University 680021, Khabarovsk, st. Serysheva, 47, E-mail: ngd.dvgups@mail.ru

Malinovskaya Nadezha Sergeevna, student of the specialty 21.03.01 Oil and gas business of the Far Eastern State Transport University, 680021, Khabarovsk, st. Serysheva, 47, E-mail: malin_ndy@mail.ru

Аннотация. Добыча и транспортировка нефти сегодня являются одними из самых экологичных процессов. Однако избежать аварийных разливов и загрязнений, возникающих в процессе эксплуатации объектов нефтяной отрасли, не удается. Экологические последствия разливов и загрязнений в процессе эксплуатации нефти носят трудно учитываемый характер, поскольку нефтяное загрязнение нарушает многие естественные процессы и взаимосвязи, существенно изменяет условия обитания всех видов живых организмов и накапливается в биомассе. Нефть является продуктом длительного распада, проникает вглубь почвы, нарушая экосистему почвы. Кроме того, наземные загрязнения приводят к загрязнениям водоемов дождевыми стоками. В статье рассмотрена возможность оптимизации процесса фиторемедиации почвы. Для восстановления почвенных покровов после нефтяных разливов обязательно проводят рекультивацию загрязненных почв. Важным способом восстановления почвы является фиторемедиация — устранение остатков нефти путем высева нефтестойких трав, активизирующих почвенную микрофлору. С этой целью  используют травяные смеси, состоящие из многолетних сидератов, резистентных к наличию некоторого количества нефтяных загрязнений. Нами исследована возможность использования в целях фиторемедиации однолетних сидератов, широко используемых в условиях Дальнего Востока. Исследована их способность к прорастанию в загрязненной нефтью воде и почве. Для сидератов с наибольшим процентом прорастания проведены модельные исследования на загрязненной нефтью почве. Проанализирован процент убывания органического углерода в процессе вегетации растений. Проанализирована цена на семена трав для составления травосмесей для фиторемедиации и обоснована экономическая целесообразность использования исследованных культур.

Abstract. Extraction and transportation of oil today are among the most environmentally friendly processes. However, accidental spills and pollution arising during the operation of oil industry facilities cannot be avoided. The environmental consequences of spills and pollution during the operation of oil are difficult to take into account, since oil pollution disrupts many natural processes and relationships, significantly changes the living conditions of all types of living organisms and accumulates in biomass. Oil is a product of long-term decay, it penetrates deep into the soil, disrupting the soil ecosystem. In addition, terrestrial pollution leads to pollution of water bodies by rain runoff. The article considers the possibility of optimizing the process of soil phytoremediation. To restore soil cover after oil spills, it is imperative to reclaim contaminated soils. An important method of soil restoration is phytoremediation — the elimination of oil residues by sowing oil-resistant herbs that activate soil microflora. For this purpose, herbal mixtures are used, consisting of perennial green manure, resistant to the presence of a certain amount of oil pollution. We have studied the possibility of using annual green manure crops widely used in the conditions of the Far East for phytoremediation. Their ability to germinate in oil-contaminated water and soil has been studied. For green manure with the highest percentage of germination, model studies were carried out on oil-contaminated soil. The percentage of organic carbon decrease in the process of plant vegetation was analyzed. The price of grass seeds for the preparation of grass mixtures for phytoremediation has been analyzed and the economic feasibility of using the studied crops has been substantiated.

Ключевые слова: загрязнение почв нефтью, фиторемидиация почв, рекультивация почв, однолетние сидераты, травосмеси

Key words: soil pollution with oil, soil phytoremidia, soil recultivation, annual green manure, grass mixtures

Актуальность

Несмотря на то, что нефть – самое ценное сырье, и обустройству его производства и транспортировки уделяется очень большое внимание, полностью исключить аварийные разливы нефтепродуктов и загрязнения, возникающие в процессе эксплуатации объектов нефтяной отрасли, все равно не удается.

Даже при современном уровне оборудования, в том числе для ликвидации аварий, разливы нефти приравниваются к техногенным катастрофам.

Проблема

Экологические последствия разливов и загрязнений в процессе эксплуатации нефти носят трудно учитываемый характер, поскольку нефтяное загрязнение нарушает многие естественные процессы и взаимосвязи, существенно изменяет условия обитания всех видов живых организмов и накапливается в биомассе.

Нефть является продуктом длительного распада, проникает вглубь почвы, нарушая экосистему.

Цель работы

Выявить экономически и биологически выгодный способ восстановления биологической активности почвы после разлива нефти или загрязнения почвы в процессе эксплуатации объектов нефтяной отрасли.

Гипотеза

Восстановление биологической активности почвы возможно при использовании однолетних сидератов.

Задачи

1. Выбрать сидераты, чаще всего используемые на территории Дальнего Востока;
2. Определить и сравнить процент прорастания однолетних и многолетних сидератов в воде;
3. Определить способность к прорастанию семян в воде, загрязненной нефтью, определить способность прорастания семян в почве, загрязненной нефтью;
4. Определить, какой из видов семян экономически выгоден.

Наземные разливы приводят к попаданию в почвы токсичных элементов – бор, молибден, свинец, уран, стронций, сера и кобальт; дефициту элементов минерального питания, таких как азот, фосфор и кислород, из-за избытка органических углеродосодержащих соединений; снижению почвенного плодородия, вследствие образования гидрофобных пленок из нефти вокруг почвенных агрегатов, препятствующих проникновению в них водных растворов; нарушается уровень аэрации в почве – она заполняет часть свободного порово-трещинного пространства, вытесняя из него почвенный воздух; отрицательному воздействию на почвенную фауну – быстрая гибель крупных беспозвоночных организмов (насекомые, черви); при концентрации нефти более 5% снижается биологическая активность растений и наступает их гибель; кроме того, наземные загрязнения приводят к загрязнениям водоемов дождевыми стоками.

Кроме аварий причиной загрязнения почвы может быть процесс эксплуатации скважин, сбор, транспортировка, и подготовка нефти. Установлено, что наиболее загрязненными участками являются участки возле устья скважин, насосной, земляных амбаров и в местах скопления сточных вод.

Для восстановления почвенных покровов после нефтяных разливов обязательно проводят рекультивацию загрязненных почв. Рекультивация – это создание искусственного слоя почвы с благоприятными для произрастания растений свойствами.

Важным способом восстановления почвы является фиторемедиация. Это устранение остатков нефти путем высева нефтестойких трав, активизирующих почвенную микрофлору.

Ликвидацию нефтяных загрязнений почвы проводят в два этапа: технический и биологический. Технический этап начинают непосредственно после аварийного разлива нефти, когда биологическая активность почвы в значительной степени подавлена острым токсическим действием загрязнителя. Технический этап предполагает использование механических и физико-химических методов. То есть, приходится удалять верхние слои почвы для очистки от нефтяных загрязнений.

Исследуя способность семян однолетних сидератов к прорастанию, мы выяснили, что прорастание горчицы белой подавляется присутствием нефти незначительно. Для этого мы провели ряд экспериментов: для начала, мы проверили всхожесть семян в воде. Семена горчицы, люпина и гороха были залиты 10 мл воды и оставлены в чашках Петри для прорастания.

Также была исследована всхожесть этих семян в воде, загрязненной нефтью (1 проба: 0,3 г нефти на 10 мл воды, 2 проба: 0,5 г нефти на 10 мл воды).

На третий день был рассчитан процент прорастания семян (см. таблицу 1).

Прорастание семян горчицы в воде загрязненной нефтью составляет приблизительно  50%,  процент прорастания гороха в этих условиях меньше, составляет около 30%, но это больше, чем процент прорастания люпина, который в загрязненной нефтью воде не пророс совсем (0%).

Затем были проведены модельные эксперименты с почвой. Для исследования были взяты пробы почвы массой 2 кг. Площадь поверхности проб составляла 216 см². На эту поверхность была разлита нефть объемом 100 мл, глубина проникновения нефти составила 3 см. Объем почвы, загрязненной нефтью составил 648 см³, а процент загрязнения нефтью – 15,4%, что в три раза превышает уровень критического загрязнения для флоры. Затем пробы, загрязненные нефтью были засеяны горчицей и горохом,  массой по 5 г. Были сделаны две контрольные пробы чистых почв, засеянных горчицей и горохом, и оставлено по одной пробе почвы без посевов, но залитой нефтью, и одной пробе почвы. Все пробы регулярно поливались водой. Наблюдение велось в течение 14 дней. Пробы для анализа на органический углерод отбирались каждые три дня по «конверту», смешивались между собой, и бралась для анализа средняя проба. Определение органического углерода проводилось по известной методике.

Наши наблюдения показали, что прорастание семян горчицы в почве угнетается незначительно в присутствии нефти. Чего нельзя сказать о горохе. Его прорастание составило только 10%.

Процесс рекультивации оценивался по изменению органического углерода в почве.

Почва, не загрязненная нефтью, содержала 0,860 мг/мл органического углерода, после внесения нефти содержание углерода выросло до 1,16 мг/мл в слое, содержащем нефть. Опыты, проведенные с чистой почвой и посеянными сидератами показали, что в процессе прорастания и развития растений органический углерод в почве убывает, но сравнение убыли органического углерода в почве загрязненной нефтью и засеянной сидератами оказалось больше. Если сравнивать между собой убыль органического углерода, то в пробах с горчицей она значительно выше, чем в пробах с горохом.

Наши эксперименты позволяют нам сделать вывод, что использование горчицы приводит к постепенному восстановлению почвы без предварительной физико-химической подготовки. Такой процесс восстановления можно использовать при незначительных по площади загрязнениях, а также для фиторемедиации (устранения остатков нефти) земель.

Традиционно (ГОСТ Р 57447-2017) для этих целей используют клевер белый, клевер красный, осоку, ежу сборную, овсяницу луговую, кострец безостый и др.

Для определения экономически выгодного сидерата, мы сравнили средние цены на семена, используемые в нашем эксперименте.

Таким образом, среди сидератов самыми экономически выгодными являются горох полевой и горчица белая.  Так как процент прорастания гороха гораздо меньше, чем у горчицы, то мы рекомендуем использовать горчицу белую для рекультивации и фиторемедиации земель.

Выводы:

1. В ходе нашей работы мы исследовали возможность прорастания семян однолетных сидератов в условиях нефтяного загрязнения почвы.
2. Нефтяное загрязнение почвы незначительно подавляет всхожесть и рост семян горчицы белой.
3. В процессе роста и развития растений наблюдается убыль органического углерода в почве и постепенная его нормализация, это позволяет предложить горчицу белую и горох полевой в качестве растений для рекультивации и фиторемедиации загрязненных нефтью земель.
4. Сравнили цены на семена сидератов, используемых в ГОСТе Р 57447-2017 и предложенных нами, выяснили, что использование горчицы белой экономически выгодно.

Список источников

1. Каменщиков Ф.А., Богомольный Е.И. Удаление нефтепродуктов с водной поверхности и грунта. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2006. – 528с.
2. Тучкова О.А. Структурообразователи для обеспечения экологической безопасности при разливах нефти и нефтепродуктов // Вестник Казанского технологического университета. 2017. №16. С. 44-46
3. Тучкова О.А., Гасилов В.С. Разливы нефти и нефтепродуктов. Часть 1: основные положения разработки Планов по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов // Вестник Казанского технологического университета, 19, 21, 69-72 (2016).
4. Шайхиев И. Г., Степанова С. В., Шайхиева К. И. Исследование хвои сосновых деревьев в качестве сорбционных материалов для удаления нефтей и масел с водной поверхности // Вестник Казанского технологического университета, 20, 3, 183-186 (2017).

References

1. Kamenshchikov F.A., Bogomolny E.I. Removal of oil products from the water surface and soil. — M.-Izhevsk: Research Center «Regular and Chaotic Dynamics», Institute for Computer Research, 2006. — 528p.
2. Tuchkova O.A. Structure-forming agents to ensure environmental safety in case of oil and oil products spills // Bulletin of the Kazan Technological University. 2017. No. 16. pp. 44-46
3. Tuchkova O.A., Gasilov V.S. Spills of oil and oil products. Part 1: the main provisions for the development of Plans for the Prevention and Response to Oil and Oil Product Spills // Bulletin of the Kazan Technological University, 19, 21, 69-72 (2016).
4. Shaikhiev I. G., Stepanova S. V., Shaikhieva K. I. Study of needles of pine trees as sorption materials for removing oils and oils from the water surface // Bulletin of the Kazan Technological University, 20, 3, 183-186 ( 2017).

Для цитирования: Малиновская С. А., Малиновская Н. С. Оптимизация состава травосмесей для фиторемидиации почв после нефтяных разливов в условиях Дальнего Востока // Московский экономический журнал. 2022. № 11. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-11-2022-41/

© Малиновская С. А., Малиновская Н. С., 2022. Московский экономический журнал, 2022, №11.

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 338.43

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_11_670

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ РИСКИ ДОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ ВО ВЬЕТНАМЕ

ENVIRONMENTAL RISKS OF HYDROCARBON PRODUCTION IN VIETNAM

Чинь Куок Винь, аспирант кафедры геоэкологии Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина, -mail: Vinhtq95@gmail.com

Chin Quoc Vinh, Gubkin Russian State University of Oil and Gas, Moskow, Russia

Аннотация. В статье приведены результаты исследований, касающихся проблем накопления и распространения потенциально токсических примесей в добываемом углеводородном сырье. Автором в статье отмечается, что в связи с этим возрастают экологические риски, обусловленные необходимостью работы с устранением вредного воздействия на окружающий мир.

В статье рассмотрено энергопотребление Вьетнама по видам энергий, в том числе углеводородного сырья (его добыча и потребление), а также выбросы углерода в результате использования углеводородного сырья. Представлены экологические риски, возникающие в связи с использованием углеводородного сырья во Вьетнаме.  Вьетнам обладает достаточно большими запасами углеводородов, больше половины из которых еще не разведаны. Однако добываемых запасов нефти во Вьетнаме недостаточно для покрытия спроса на нее, так как объемы потребления нефти более чем в 2 раза превышают объемы ее добычи.

Исследование показывает, что проблема экологических рисков, обусловленных добычей и потреблением углеводородного сырья во Вьетнаме, сохранится в ближайшем будущем в тех же объемах, что и на сегодняшний день. При этом усложнение добычи углеводородов создает неблагоприятные условия. Устранение экологических рисков и последствий загрязнения окружающей среды в результате добычи, переработки и утилизации углеводородного сырья во Вьетнаме, является достаточно трудоемким, сложным и длительным процессом. Кроме того, данные мероприятия требуют больших инвестиций. Следовательно, на каждом объекте необходимо проведение оценки возможных загрязнений геологической среды и постоянный контроль уровня загрязнения, как почвы, так и подземных вод, то есть должен проводиться специальный мониторинг. Перечень проводимых исследований и мероприятий в области нивелирования экологических рисков должен определяться индивидуально на каждом объекте, исходя из выявленных фактических и/или возможных угроз. Это позволит снизить экологические риски добычи углеводородного сырья.

Abstract. The article presents the results of research. Currently, the problem of accumulation and distribution of potentially toxic impurities in the extracted hydrocarbon raw materials remains urgent. In this regard, environmental risks are increasing due to the need to work with the elimination of harmful effects on the surrounding world.

The article discusses Vietnam’s energy consumption by types of energy, including hydrocarbon raw materials, as well as carbon emissions from the use of hydrocarbon raw materials. The environmental risks arising from the use of hydrocarbon raw materials in Vietnam are presented.  Vietnam has quite large reserves of hydrocarbons, more than half of which have not yet been explored. However, the extracted oil reserves in Vietnam are not enough to cover the demand for it, since the volume of oil consumption is more than 2 times higher than the volume of its production.

The study shows that the problem of environmental risks caused by the extraction and consumption of hydrocarbons in Vietnam will continue in the near future in the same volumes as today. At the same time, the complication of hydrocarbon production creates unfavorable conditions. Elimination of environmental risks and consequences of environmental pollution as a result of extraction, processing and utilization of hydrocarbon raw materials in Vietnam is a rather laborious, complex and time-consuming process. In addition, these activities require large investments. Therefore, it is necessary to assess possible contamination of the geological environment at each facility and to constantly monitor the level of contamination of both soil and groundwater, that is, special monitoring should be carried out. The list of ongoing studies and activities in the field of leveling environmental risks should be determined individually at each facility, based on the identified actual and/or possible threats. This will reduce the environmental risks of hydrocarbon production.

Ключевые слова: геохимические изменения, загрязнение окружающей среды, экология, экологические риски, углеводородное сырье, энергопотребление, Вьетнам

Keywords: geochemical changes, environmental pollution, ecology, environmental risks, hydrocarbon raw materials, energy consumption, Vietnam

Введение

В 2021 году мировой объем энергопотребления увеличился в процентном отношении на 5%, что оценивается положительно, так как пандемия коронавируса негативно повлияла на энергопотребление в мире, когда оно сократилось на 4,5 % к уровню 2019 года. Это было обусловлено спадом производства в результате вынужденной самоизоляции и перехода на дистанционные формы деятельности «на дому», закрытие границ и остановкой/задержкой транспортных маршрутов и т.д. [6, 12].

Необходимо отметить, что за период 2000-2019 гг. среднегодовой показатель темпов роста энергопотребления составлял 2%, тогда как в 2021 году превысил показатель 2019 года и увеличился на 3 п.п. При этом основная доля в структуре мирового энергопотребления приходится на энергию из углеводородного сырья: нефть, газ, уголь (рис. 1).

Если анализировать энергопотребление в части углеводородного сырья, необходимо отметить, что в 2021 году объемы потребления нефти выросли на 5,3 млн барр. в день, однако не превысили уровень 2019 года. Вместе с тем, объемы добычи нефти возросли на 1,4 млн барр. в сутки. Объемы спроса на природный газ в 2021 году возросли на 5,3% и превысили показатели допандемийного периода (2019 года), достигнув значения в 4 трлн куб. м. Объемы потребления угля увеличились в 2021 году более чем на 6%, достигнув 160 ЭДж, что превысило уровень 2019 года и самый высокий уровень, начиная с 2014 года [8]. Представленная информация свидетельствует о достаточно большой и возрастающей роли углеводородного сырья в мировом энергопотреблении.

Методы или методология проведения исследования

Для проведения исследования использовались методы экономического анализа, статистические методы, общенаучные методы: описание, сравнение, обобщение, сопоставление и другие.

Экспериментальная база

Исследование базируется на статистических данных о добыче и энергопотреблении Вьетнама по видам энергий, в том числе углеводородного сырья, а также данных о выбросах углерода в результате использования углеводородного сырья. Период исследования статистических данных 2011-2021 гг.

Ход исследования

Вьетнам обладает достаточно большими запасами углеводородов, больше половины из которых еще не разведаны. Динамика объемов потребления и добычи нефти (рис. 2) свидетельствует об их росте на протяжении периода с 2011 года до 2015 года.

Далее наблюдается падение объемов добычи нефти Вьетнама с 352 тыс. барр. в день в 2015 году до 192 тыс. барр. в 2021 году. Что касается потребления нефти, то его объем значительно возрастает за период 2015-2019 года (с 387 барр. в день до 599 тыс. барр в день). Однако пандемия коронавируса оказала значительное влияние на данную отрасль, в результате чего потребление нефти в дальнейшем имело отрицательную динамику, сократившись в 2020 году  до 493 тыс. барр. и еще до 464 тыс. барр в 2021 году.

Следовательно, добываемых запасов нефти во Вьетнаме не достаточно для покрытия спроса на нее, так как объемы потребления нефти более чем в 2 раза превышают объемы ее добычи.

Другой вид углеводородного сырья, добываемого во Вьетнаме – природный газ – имеет похожую динамику по показателям потребления и добычи (рис. 3).

Статистика свидетельствует, что объемы добычи и потребления газа на протяжении 2011-2020 гг. находятся примерно на одном уровне – 8-10 млрд кубометров в год. Однако в 2021 году происходит сокращение объемов потребления и добычи природного газа до 7,1 млрд кубометров. Совпадение объемов добычи и потребления природного газа во Вьетнаме на протяжении всего периода 2011-2021 гг. свидетельствует о том, что его добыча осуществляется исключительно для собственных нужд страны.

Результаты и обсуждение

Снижение объемов потребления и добычи нефти и газа во Вьетнаме, обусловлено несколькими факторами. Прежде всего, это сложность разработки новых месторождений, так как большинство из них располагается на континентальном шельфе Южно-Китайского моря.

На протяжении последних нескольких лет формируется тенденция сокращения объемов добычи легкой нефти и нефти средней плотности, причем их добыча отрабатывается в ускоренном темпе. Во многих странах, добывающих углеводородное сырье, выработанность месторождений достигает 60%, а добыча зачастую ведется с помощью «сверхинтенсивных» методов. Вместе с тем, новые месторождения с легкодобываемым углеводородным сырьем в настоящее время открываются либо в слишком холодных районах, либо в очень сложных коллекторах, что затрудняет их добычу. И.Г. Ященко выделяет два типа трудноизвлекаемого сырья:

• сырье с аномальными физико-химическими свойствами;
• сырье в сложных условиях залегания [11].

Так называемая «тяжёлая» нефть отличается по своим свойствам и составу от легкой нефти и нефти средней плотности. Как показывает практика, в ней часто содержаться в большом количестве смоло-асфальтеновые химические соединения, имеющие тяжелую молекулярную массу и состоящие из сложных полициклических молекулярных систем, зачастую имеющих в своем составе потенциально токсичные элементы [10].

Нефть как наиболее распространенное углеводородное сырье, ведет себя по-разному в приповерхностных условиях. Например, при температуре ниже 40-45°С нефть относительно безопасна для экологии, что обусловлено ее низкой растворимостью и, как следствие, малоподвижностью в природе.. Однако, если при добыче высоковязкой нефти используется парогенератор или метод подземного горения, окружающий мир реагирует негативно, ухудшается экологическая ситуация, создаются или умножаются экологические риски добычи углеводородного сырья.

Кроме того, многие энергетические объекты Вьетнама требуют модернизации, что не позволяет осваивать новые территории. Как следствие, начинают использоваться другие источники энергии, например, с 2018 года – возобновляемые источники энергии. Так, с 2018 года объем энергии из данных источников увеличился с 0,01 Эдж до 0,27 Эдж в 2021 году. Для сравнения – в России в 2021 году объем энергии из данных источников составил 0,06 Эдж [12].

Кроме того, статистические данные свидетельствуют, что за период с 2012 года до 2021 года происходит стабильное увеличение объемов потребления другого углеводородного источника энергии – угля (рис. 4).

Динамика добычи и потребления угля во Вьетнаме в 2011-2021 гг. является положительной. Так, потребление угля увеличилось с 1,0 Эдж в 2011 году до 2,15 Эдж в 2021 году, то есть более чем в 2 раза, тогда как объем добычи увеличился с 0,73 Эдж до 1,12 Эдж [12]. Рост потребления свидетельствует о невозможности отказа от углеводородного сырья в виде угля, а также о возрастании его роли в структуре энергетических источников. При этом собственных объемов добычи угля во Вьетнаме не достаточно для обеспечения спроса на него: объем потребления угля почти в два раза превышает объем добычи.

Приведенные данные свидетельствуют, что проблема экологических рисков, обусловленных добычей и потреблением углеводородного сырья во Вьетнаме, сохранится в ближайшем будущем в тех же объемах, что и на сегодняшний день. При этом усложнение добычи углеводородов создает неблагоприятные условия.

Использование при добыче углеводородного сырья сверхинтенсивных технологий имеет последствия для окружающей среды, что обусловлено токсичностью и химической устойчивостью применяемых реагентов. Попадание данных реагентов в окружающую среду способствует возникновению экологических проблем соответствующей местности.

Вместе с тем, на сегодняшний день достаточно актуальной проблемой являются возникающие экологические риски, которые обусловлены негативным влиянием продуктов переработки из углеводородного сырья, имеющего токсичные примеси с потенциально токсичными веществами на окружающею среду и жизнь человека.

Однако опасность существует не только при добыче или переработке углеводородного сырья, но также и при его утилизации. Например, при утилизации остатков углеводородного сырья и его рассеивании в окружающей среде может происходить заражение растений, что впоследствии по пищевой цепочке отражается и на животных, а в конечном счете и на человеке [10].

Необходимо также отметить «традиционный» тип загрязнения окружающей среды от потребления углеводородного сырья во Вьетнаме – углеродные выбросы в результате его сжигания. Согласно статистическим данным, объем выбросов углерода в результате потребления нефти, газа и угля во Вьетнаме за последние десять лет значительно вырос – с 132,1 млн тонн в 2011 году до 272,7 млн тонн в 2021 году (рис. 5).

Наибольший показатель выбросов приходится на 2019 год – 292,6 млн тонн. Однако в 2020-2021 гг. происходит незначительное сокращение рассматриваемого показателя до 272,7 млн тонн в результате снижение объемов потребления углеводородного сырья (газа и нефти) и увеличения доли энергии из возобновляемых источников во Вьетнаме. Вместе с тем, мощность нефтеперерабатывающих заводов Вьетнама увеличивается ежегодно со 137 тыс. барр. в день в 2011 году до 298 тыс. барр. в день в 2021 году [12].

В настоящее время экологическая ситуация природной среды зон добычи углеводородов сравнима с экологическими бедствиями, что наблюдается в большинстве из них. Причинами запущенной экологической ситуации является недобросовестность предпринимателей добывающей промышленности, рост затрат в результате истощения месторождений и износа производственных  фондов, что влечет за собой снижение прибыли и рентабельности производственного процесса, производительности труда работников, ухудшение качества добываемого сырья. Вместе с недостатком капиталовложений данная ситуация оборачивается нехваткой финансовых ресурсов на осуществление работ по восстановлению месторождений и очищению окружающей среды от вредных веществ [3].

Это усиливает актуальность вопросов по эффективной и качественной оценке экологических рисков с целью предотвращения негативного влияния на окружающую среду.  При этом оценку экологических рисков необходимо проводить наравне с определением наступившего экологического ущерба. Как отмечает М.А. Мурзин, под экологическим риском подразумевается вероятность возникновения негативных изменений окружающей среды или возможных в будущем неблагоприятных последствий при отрицательном воздействии на природу [7]. Следовательно, анализ экологических рисков позволяет оценить кроме экологического ущерба также его вероятность в будущем, что повышает шансы на предотвращение подобных последствий.

Величина экологических рисков зависит от ряда факторов, среди которых природно-климатические условия, геологические особенности бурения скважин, источники водоснабжения, применяемых для добычи реагентов, новизна и инновационность оборудования и транспортных средств, а также объемы добываемых ресурсов [1].

Существуют различные методики оценки экологического риска. Экологический риск оценивается с точки зрения размера вероятного экологического ущерба, который может выражаться в загрязнении окружающей среды, снижении качества и объема ресурсов, а также других вероятных последствий [4,15].

Область применения результатов

Для того чтобы сократить отрицательное воздействие производственных факторов на окружающую среду рекомендуется:

• внедрять инновационные технологии добычи, направленные на сохранение природного разнообразия;
• утилизировать попутный газ;
• усовершенствовать существующие технологии по очистке загрязненных почв [2,3].

Поддержание экологического равновесия возможно лишь при контроле за деятельностью нефтедобывающих компаний. Они с неохотой выделяют денежные средства для обеспечения экологической безопасности.

Современное инновационное нефтегазодобывающее предприятие должно специализироваться на целостном и полномасштабном внедрении инновационных технологий и наилучшего оборудования. Одним из наиболее важных направлений развития деятельности такого предприятия должно стать снижение вредоносного воздействия на окружающую среду на постоянной основе.

Выводы

Таким образом, приведенные данные свидетельствуют, что проблема экологических рисков, обусловленных добычей и потреблением углеводородного сырья во Вьетнаме, сохранится в ближайшем будущем в тех же объемах, что и на сегодняшний день. При этом усложнение добычи углеводородов создает неблагоприятные условия. Устранение экологических рисков и последствий загрязнения окружающей среды в результате добычи, переработки и утилизации углеводородного сырья, является достаточно трудоемким, сложным и длительным процессом. Кроме того, данные мероприятия требует больших инвестиций. Следовательно, на каждом объекте необходимо проведение оценки возможных загрязнений геологической среды и постоянный контроль уровня загрязнения, как почвы, так и подземных вод, то есть должен проводиться специальный мониторинг. Перечень проводимых исследований и мероприятий в области нивелирования экологических рисков должен определяться индивидуально на каждом объекте, исходя из выявленных фактических и/или возможных угроз. Это позволит снизить экологические риски добычи углеводородного сырья.

Список источников

1. Горленко Н.В., Мурзин М.А., Тимофеева С.С. Сравнительная оценка экологического ущерба от загрязнения атмосферы при разработке нефтегазоносных месторождений // Московский экономический журнал. 2020. №1. С. 82-89.
2. Доньи Д.А. Воздействие нефтедобычи на окружающую среду // Молодой ученый. 2014. № 19. С. 298–299.
3. Дроздова Т.И., Суковатиков Р.Н. Экологический риск от выбросов загрязняющих веществ при сжигании попутного нефтяного газа нефтегазоконденсатного месторождения // XXI век. Техносферная безопасность. 2017. Т. 2. № 3. С. 88-101.
4. Колесникова Л.А., Новиков А.С. Методический подход к оценке экологических рисков для достижения устойчивого развития промышленного предприятия // Уголь. 2019. № 6. С. 98-101.
5. Круподеров И.В. Методика выявления и оценки нефтепродуктового загрязнения геологической среды // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2013. №2. С. 384-391.
6. Митрова Т., Пердеро А., Мельников Ю., Грушевенко Е., Капитонов С., Доброславский Н. Коронакризис: влияние COVID-19 на ТЭК в мире и в России. – М.: Центр энергетики Московской школы управления СКОЛКОВО, 2020. 65 с.
7. Мурзин М.А. Горные предприятия как источник экологических рисков // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2016. №1. С. 374-383.
8. Общее производство энергии // Ежегодник Enerdata. – URL: https://energystats.enerdata.net/total-energy/world-energy-production.html (дата обращения: 26.10.2022).
9. Якуцени С.П. Анализ экологических рисков при освоении и утилизации углеводородного сырья // Газовая промышленность. 2016. № 7-8. С. 32-38.
10. Якуцени С.П. Распространенность углеводородного сырья, обогащенного тяжелыми элементами-примесями. Оценка экологических рисков / С. П. Якуцени. — Санкт-Петербург: Недра, 2005. 370 с.
11. Ященко И.Г. Трудноизвлекаемые нефти: физико-химические свойства и экологические последствия их добычи // Экспозиция: нефть, газ. 2014. №1. С. 30-35.
12. BP p.l.c. (2022). BP Statistical Review of World Energy 2022 | 71st edition. URL: https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2022-full-report.pdf (date of application: 25.10.2022).
13. Hickey, G.L. (2010). Ecotoxicological Risk Assessment: Developments in PNEC Estimation. Department of Mathematical Sciences University of Durham England, 260 p.
14. Norris, A. I. (1983). Use, Ecotoxicology, and Risk Assessment of Herbicides in the Forest. U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Pacific Northwest Forest and Range Experiment Station, Corvallis, pp. 381-393.
15. Piet, G.J., Knights A.M., Jongbloed R.H., Tamis J.E., de Vries P., Robinson L.A. (2017). Ecological risk assessments to guide decision-making: Methodology matters. Environmental Science and Policy, vol. 68, pp. 1-9.
16. BP p.l.c. (2022). Statistical Review of World Energy. URL: https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html (date of application: 25.10.2022).

References

1. Gorlenko, N.V., Murzin M.A., Timofeeva S.S. (2020). Sravnitel’naya otsenka ehkologicheskogo ushcherba ot zagryazneniya atmosfery pri razrabotke neftegazonosnykh mestorozhdenii [Comparative assessment of environmental damage from atmospheric pollution during the development of oil and gas fields]. Moscow Economic Journal, no 1, pp. 82-89.
2. Don’i, D.A. (2014). Vozdeistvie neftedobychi na okruzhayushchuyu sredu [The impact of oil production on the environment]. Young Scientist, no 19, pp. 298–299.
3. Drozdova, T.I., Sukovatikov R.N. (2017). Ehkologicheskii risk ot vybrosov zagryaznyayushchikh veshchestv pri szhiganii poputnogo neftyanogo gaza neftegazokondensatnogo mestorozhdeniya [Environmental risk from emissions of pollutants during the combustion of associated petroleum gas of an oil and gas condensate field]. XXI century. Technosphere safety, vol. 2., no 3, pp. 88-101.
4. Kolesnikova, L.A., Novikov A.S. (2019). Metodicheskii podkhod k otsenke ehkologicheskikh riskov dlya dostizheniya ustoichivogo razvitiya promyshlennogo predpriyatiya [Methodological approach to environmental risk assessment for achieving sustainable development of an industrial enterprise]. Coal, no 6, pp. 98-101.
5. Krupoderov, I.V. (2013). Metodika vyyavleniya i otsenki nefteproduktovogo zagryazneniya geologicheskoi sredy [Methodology of detection and assessment of oil product pollution of the geological environment]. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten’ (nauchno-tekhnicheskii zhurnal), no 2, pp. 384-391.
6. Mitrova, T., Perdero A., Mel’nikov YU., Grushevenko E., Kapitonov S., Dobroslavskii N. (2020). Koronakrizis: vliyanie COVID-19 na TEHK v mire i v Rossii [Corona crisis: the impact of COVID-19 on the fuel and energy sector in the world and in Russia]. Moskva: Tsentr ehnergetiki Moskovskoi shkoly upravleniya SKOLKOVO, 65 p.
7. Murzin, M.A. (2016). Gornye predpriyatiya kak istochnik ehkologicheskikh riskov [Mining enterprises as a source of environmental risks]. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten’ (nauchno-tekhnicheskii zhurnal), no 1, pp. 374-383.
8. Ezhegodnik Enerdata. (2022). Obshchee proizvodstvo ehnergii. Available at: https://energystats.enerdata.net/total-energy/world-energy-production.html (accessed: 25 October 2022).
9. Yakutseni, S.P. (2016). Analiz ehkologicheskikh riskov pri osvoenii i utilizatsii uglevodorodnogo syr’ya [Analysis of environmental risks in the development and utilization of hydrocarbon raw materials]. Gas industry, no 7-8, pp. 32-38.
10. Yakutseni, S.P. (2005). Rasprostranennost’ uglevodorodnogo syr’ya, obogashchennogo tyazhelymi ehlementami-primesyami. Otsenka ehkologicheskikh riskov [The prevalence of hydrocarbon raw materials enriched with heavy elements-impurities. Environmental risk assessment]. Sankt-Peterburg: Nedra, 370 p.
11. Yashchenko, I.G. (2014). Trudnoizvlekaemye nefti: fiziko-khimicheskie svoistva i ehkologicheskie posledstviya ikh dobychi [Hard-to-recover oils: physical and chemical properties and environmental consequences of their extraction]. Ehkspozitsiya: neft’, gaz, no 1, pp. 30-35.
12. BP p.l.c. (2022). BP Statistical Review of World Energy 2022 | 71st edition. Available at: https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2022-full-report.pdf (accessed: 25 October 2022).
13. Hickey, G.L. (2010). Ecotoxicological Risk Assessment: Developments in PNEC Estimation. Department of Mathematical Sciences University of Durham England, 260 p.
14. Norris, A. I. (1983). Use, Ecotoxicology, and Risk Assessment of Herbicides in the Forest. U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Pacific Northwest Forest and Range Experiment Station, Corvallis, pp. 381-393.
15. Piet, G.J., Knights A.M., Jongbloed R.H., Tamis J.E., de Vries P., Robinson L.A. (2017). Ecological risk assessments to guide decision-making: Methodology matters. Environmental Science and Policy, vol. 68, pp. 1-9.
16. BP p.l.c. (2022). Statistical Review of World Energy. Available at: https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html (accessed: 25 October 2022).

Для цитирования: Чинь Куок Винь. Экологические риски добычи углеводородного сырья во Вьетнаме // Московский экономический журнал. 2022. № 11. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-11-2022-39/

© Чинь Куок Винь, 2022. Московский экономический журнал, 2022, № 11.

PDF-файл статьи

Original article

УДК 504.03(571.6)

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_11_664

DIFFERENTIATION OF THE SUBJECTS OF PACIFIC RUSSIA IN TERMS OF ENVIRONMENTAL FRIENDLINESS OF INDUSTRIAL AND NATURAL RELATIONS

The work was carried out within the framework of the state task of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (No. AAAA-A16-116110810013-5) with partial financial support from the Russian Foundation for Basic Research within the framework of scientific projects of the Russian Foundation for Basic Research (No. 20 — 55 — 18010 Bolg_a).

Stepanko Nataliia Grigorievna, Ph.D., associate professor, senior researcher, Pacific Institute of Geography Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, Vladivostok, e-mail: sngreg25@mail.ru

Abstract. The purpose of this work is to assess the existing and possible nature management in the future and, as a result, the ecological state of the territory of Pacific Russia in order to adjust the prospects for further development. The result is the zoning of the territory according to the indicator of environmental friendliness of industrial and natural relations, which are essentially nature management. The paper analyzes the existing main types of economic activities in the context of the regions of Pacific Russia that determine the specifics of the region, systematizes the directions of their impact on the environment, as well as the consequences of these impacts. This study also takes into account the results of earlier calculations of the index of economic sufficiency of environmental protection activities and its dynamics. The analysis of the main investment projects in the regions of Pacific Russia and the resulting differentiation of regions allows us to conclude that in three of the six regions, when implementing major projects that focus on extractive and manufacturing industries, technogenic impact and its consequences can significantly worsen the existing ecological and economic imbalance and the socio-economic situation in the regions (population outflow, pollution and environmental destruction, accumulation of solid waste, etc.). Since the main task of the formation, development and functioning of various territorial natural and economic systems is the balance of conflicting interests of the components of these systems, in which the equivalence of economic, environmental and social interests should be recognized, taking into account territorial features, the main problem is the coordination of conflicting requirements of different subsystems that make up them. The goals of an economic nature will probably remain leading for a long time, and the tasks of rational nature management will be subordinate, although important. Therefore, it becomes important and relevant to determine the existing ecological situation in order to choose the most balanced scenario for the further development of territories. The existing programs of socio-economic development of the regions of Pacific Russia should be adjusted in terms of economic feasibility and environmental conditionality.

Keywords: Pacific Russia, industrial and natural relations, environmental friendliness, economic sufficiency index, zoning

Introduction. In recent years, there has been a greater interest in the Far Eastern regions ­– part of the Pacific Russia. Mining is the main industry in the structure of industrial production in most regions of the Russian Far East (RFE), while manufacturing plays the key role only in the Primorsky and Khabarovsk Territories. Other important factors are the transport network, availability of communication systems and settlement types, which differ from region to region. Having analyzed the main statistical environmental and economic data, we concluded that despite a visible increase in many economic indicators (the index of industrial production, including mining, manufacturing, investments in environmental protection, and the rational use of natural resources) in most regions, the indicators of the negative impact of economic activities on the environment are decreasing.

Obviously, the regions in the Russian Far East differ from each other. However, in general, all regions, except for the Primorsky Territory, demonstrated ecological and economic improvements. In the Primorsky Territory, there was an increase in the indicators of air pollution, discharge of polluted wastewater and forest fires, along with declining economic indices, which implies the remaining disproportion in the relationship between production and nature and inefficienct environmental protection in the region.

However, the ecological situation in the regions is not favorable, and this is due to the current economic structure, its impacts and consequences accumulated over the previous years.

To determine the most acceptable, economically and environmentally sound scenario, one should clearly examine both the current and possible environmental and economic situation during the implementation of the planned production. For this purpose, we zoned the territory of Pacific Russia.

Materials and Methods. In the course of the study, official statistical materials of Rosstat, literary scientific sources were used, and methods of statistical analysis and mapping were used to analyze the current situation. To obtain data for zoning the territory, the method of determining the coordinate (indicator) in the n-dimensional Euclidean space was used, which makes it possible to obtain an integral indicator (coordinate) from the n-th number of indicators measured in different units. It allows you to further track changes in the object under study as a whole, as well as its individual components, thus tracking which parameter influenced the change in the state of the object.

Research progress. The existing territorial and production structure and environmental protection activities underlie the effectiveness of the relationship between production and nature (which actually condition nature management). Production-natural relations (which essentially determine nature management), their rationality and efficiency are formed by the existing territorial-production structure and environmental activities. The territorial binding of these structures, which is the basis for human life, is complex, multilayered, multicomponent and differentiated both in terms of individual components and various intercomponent links [1]. These two components are the basis of the efficiency and rational use of natural resources and measures aimed at prevention and elimination of the negative industrial impact on the environment [2-4 end ett.]. In the Pacific Russia regions, the pollution of air and water resources is the main technogenic factor that determines the ecological situation and affects the living conditions of the people. The indicator of total pollution per person per year is one of the limitations on the operation of the enterprise with the largest impact or the entire economic structure of the territory, since it has negative environmental and social effects and badly affects people’s health.

Environmental protection in these regions is extremely poor. Both the financing of the activities aimed at the reduction of the negative industrial impact on the environment and the costs of environmental protection (EP) or the rational use of natural resources remain stably low and insufficient. The real investment in environmental protection is disproportionately small compared to the economic optimum. This is also evidenced by the index of economic sufficiency of environmental protection (IES) [5].

Considering the prospects for the economic development of the Far East as part of the Pacific Russia, one can note the key role of the extractive industries, since the main projects are connected with the development of natural resources (the coastal zone and shelf). In addition to the current territorial and economic structures in the Pacific Russia regions, in the future, the government plans to develop such economic activities as coal mining, power industry, mining and processing (MPPs and MMCs), metallurgy, ship repairing, tourism, gas production and processing (LNG), reconstruction of ports, building of new port stations and transshipment terminals, as well as tourism. Undoubtedly, such development can stimulate the economic recovery in the regions. At the same time, given the current environmental situation and the fact that there are almost no effective measures for environmental protection, rational use of natural resources, or preventive measures (for example, modern methods of cleaning, disposal, and reclamation), the ecological situation and the imbalance in the environmental and economic relations will worsen [2,3,6].

Dwelling on the earlier studies and the obtained indicators, we zoned Pacific Russia regarding the sustainability of the relationships between production and nature.

For this, we estimated integral (complex) indicators by determining the coordinate (indicator) in the n-dimensional Euclidean space. This method allowed us to select an integral indicator (coordinate) from the n-th number of indicators measured in different units and then track changes in the studied object as a whole and in its individual components, thus identifying the parameter that led to a change in the state of the object [6].

At present, the relationship between production and nature (nature management) in the regions of Pacific Russia reflect the existing production structure. The pandemic decreased the technogenic impact, although this mainly occurred in the regions with developed food processing, light industry, social infrastructure (cafes, restaurants, cinemas, and public transport), and partly agriculture.

We estimated an increase in the technogenic load by analyzing the number and hazard class of the main projects to be implemented (construction of enterprises). The indicators obtained by calculations revealed that most of the considered regions belonged to the zone of a moderate increase in the anthropogenic impact. We can predict a significant increase in the technogenic load in the Primorsky and Khabarovsk Territories. This is due to the construction of new and the development of old shipbuilding and ship repair industries, the processing industries (mining and processing plants and concentrating plants), as well as construction industry enterprises. According to the calculated indicators, the Chukotka Autonomous Okrug demonstrated a slight increase in the anthropogenic impact. However, considering the natural and climatic conditions in the region with its fragile ecosystems, even a slight technogenic impact may cause serious, even irreversible, consequences. Thus, we put Chukotka Autonomous Okrug into the zone of moderate increase in the technogenic impact. Due to the specifics of the region and the projects planned, the government should consider the expediency and safety of these activities [7] (Fig.).

Conclusion. Thus, taking into account the planned development of the Pacific Russia regions, one can note the prospects for economic growth both in a particular region and in the Russian Far East in general. At the same time, due to severe natural conditions in some regions and present environmental and social problems, as well as inadequacy (or absence) of effective and relevant environmental protection measures and programs, further development will increase the man-made impact on the territory. As a result, the ecological situation will worsen significantly [10, 3, 4]. To obtain a more balanced model for further development of the Pacific Russia regions, one should adjust regional development programs according to the specifics of the area and existing environmental problems. The government should develop not only industrial and agricultural projects, but establish environmental protection and resource-saving enterprises. These activities should be financed and supported at the federal level, so that the regions can maintain and preserve natural resources and create favorable conditions for people living in there.

References

1. Baklanov P.Ya. Approaches and basic principles of structuring geographic space. News of the Russian Academy of Sciences. Geographic series. 2013, No 5. P.7-18.
2. Spiegel, J., Maystre, L. Y. Environmental Pollution Control, Part VII – The Environment, Chapter 55, Encyclopedia of Occupational Health and Safety. http://www.iloencyclopaedia.org/part-vii-86401/environmental-pollution-control Accessed July, 2021.
3. Stepanko, N. G. Ecological and economic analysis of the Russian Far East regions classified as the ones with “restricted economic activity.” Geography at School. 2017, No 8. P. 11-22.
4. Zuhara, Sh., Isaifan, R. The impact of criteria air pollutants on soil and water: A review. Journal of Environmental Science and Pollution Research. 2018, No 4. P. 278-284.
5. Kjellstrom, T., Lodh, M., McMichael, T., Ranmuthugala, G., Shrestha, R., Kingsland, S. Air and Water Pollution: Burden and Strategies for Control. In: Disease Control Priorities in Developing Countries. 2nd edition. Washington (DC): The International Bank for Reconstruction and Development/The World Bank. 2016, сhapter 43.
6. Stepanko N.G. The role of production-natural relations in the conflict-free existence of the «society-nature» system // Moscow Economic Journal. 2021, No. 12. URL: https://qje.su/nauki-o-zemle/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-12-2021-54/
7. Rybak, V. A., Grib A., Ahmad Sh. Analysis of the essence of Green Economy and environmental quality management tools as in the case of the Republic of Belarus. Interactive Science. 2016, No 4, 98-107.

Для цитирования: Stepanko N.G. Differentiation of the subjects of Pacific Russia in terms of environmental friendliness of industrial and natural relations // Московский экономический журнал. 2022. № 11. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-11-2022-34/

© Stepanko N.G., 2022. Московский экономический журнал, 2022, № 11.

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 336.02

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_11_653

ПРИРОДОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ РФ: ДИНАМИКА, ТЕНДЕНЦИИ, ФАКТОРЫ

ENVIRONMENTAL ACTIVITY OF THE RUSSIAN FEDERATION: DYNAMICS, TRENDS, FACTORS

Таранова Ирина Викторовна, профессор, доктор экономических наук, ФГБОУ ВО «Российский государственный социальный университет», ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству»,
E-mail: taranovairina@yandex.ru

Сыроватская Валентина Ивановна, доцент, кандидат педагогических наук, Невинномысский технологический институт (филиал) Северо-Кавказского федерального университета, E-mail: Vale.serovatskaya@yandex.ru

Янченко Дмитрий Валерьевич, доцент, кандидат технических наук, Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт им. А. К. Кортунова – филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет»,
E-mail: Yn70@mail.ru

Taranova Irina Viktorovna, Professor, Doctor of Economics, FSBEI HE «Russian state social university», FSBEI HE «The State University for Land Use Planning», E-mail: taranovairina@yandex.ru

Syrovatskaya Valentina Ivanovna, Docent, Candidate of Pedagogical Sciences, Nevinnomyssk Technological Institute (branch) of the North Caucasus Federal University, E-mail: Vale.serovatskaya@yandex.ru

Yanchenko Dmitry Valerievich, Docent, Candidate of Technical  Sciences, Novocherkassk Engineering and Reclamation Institute named after A. K. Kortunova –

branch of the FSBEI HE «Don State Agrarian University», E-mail: Yn70@mail.ru

Аннотация. В статье рассматриваются основные показатели природопользования РФ, в частности: динамика объёмов выбросов (и сравнительный анализ) загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных и передвижных источников, динамика образования отходов в РФ, исследованы показатели водопользования за период 2017-2020 гг. Авторами обоснованы организационно-экономические мероприятия, направленные на повышение эффективности природопользования и конкурентоспособности российской экономики за счёт мотивации хозяйствующих субъектов к внедрению ресурсоэффективных технологий.

Abstract. The article discusses the main indicators of environmental management in the Russian Federation, in particular: the dynamics of emissions (and comparative analysis) of pollutants into the atmospheric air from stationary and mobile sources, the dynamics of waste generation in the Russian Federation, the indicators of water use for the period 2017-2020 are studied. The authors substantiate organizational and economic measures aimed at improving the efficiency of nature management and the competitiveness of the Russian economy by motivating economic entities to introduce resource-efficient technologies.

Ключевые слова: экономика, природопользование, природохозяйственная деятельность, социо-эколого-экономическое благополучие, динамика, водные ресурсы, отходы, атмосферный бассейн

Key words: economics, environmental management, environmental management, socio-ecological and economic well-being, dynamics, water resources, waste, atmospheric basin

Введение

Качество окружающей среды является одним из важнейших факторов, определяющих уровень жизни граждан. При этом, природохозяйственная деятельность хозяйствующих субъектов – природопользователей и связанное с ней техногенно-антропогенное воздействие на компоненты природной среды оказывает определяющее воздействие на показатели социо-эколого-экономического благополучия. Указанные обстоятельства аргументируют необходимость, актуальность и своевременность научного поиска организационно-экономических направлений оптимизации природопользования в контексте снижения деструктивного влияния на компоненты природной среды.

Природохозяйственная деятельность РФ находится в поле зрения российского научного сообщества. Бороткин М. О., Макарьева Е. А. [1] рассматривают вопросы организации управленческих процессов в сферах природопользования и экологической безопасности. Региональные и отраслевые аспекты природохозяйственной деятельности исследованы в работах Тарановой И. В., Иванова Н. И., Ревунова Р. В., Янченко Е. А. [6], Тарановой И. В., Дальченко Е. А., Дубской Е. С. [7]. Основные тенденции и факторы, детерминирующие специфику природопользования РФ на современном этапе интерпретированы в научных трудах Янченко Е. А., Владимировой А. В., Дубской Е. С. [8], Anopchenko T. Yu., Lazareva E. I., Murzin A. D., Revunov R. V., Roshchina E. V. [9]. Отдавая долг уважения коллегам, необходимо отметить, что современная природорохозяйственная деятельность РФ детерминирована различными факторами, каждый из которых нуждается в научной интерпретации.

Методы

При подготовке статьи нами использовались такие методы научного познания, как анализ, расчёт и формирование динамических рядов, графическая интерпретация информации, эконометрический инструментарий, что позволило обеспечить высокий уровень достоверности расчётов исследования, его итоговых выводов и результатов.

Результаты и обсуждение

На современном этапе экономика РФ представляет собой многоотраслевой хозяйственный комплекс, функционально-производственные взаимосвязи которого детерминируют, в том числе, уровень эмиссии загрязняющих веществ и деструктивное экологическое воздействие на компоненты природной среды. Показатели эмиссии загрязняющих веществ в атмосферу РФ за период 2017-2020 гг представлены на рисунке 1 [2, 3, 4, 5].

Информация, представленная на рисунке 1 свидетельствует о сокращении эмиссии загрязняющих веществ в атмосферный бассейн РФ с 32068,0 тыс. т в 2017 г. до 22228,0 тыс. т в 2020 г. (-9840,0 тыс. т, -30,7 %). В контексте тематики статьи, установим вклад стационарных и передвижных источников загрязнения. Сравнительный анализ динамики выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных и передвижных источников за период 2017-2020 гг. отражён на рисунке 2 [2, 3, 4, 5].

Как показывают данные рисунка 2, в анализируемом периоде наблюдается постепенное снижение выбросов от стационарных источников загрязнения, сократившихся с 17447,0 тыс. т в 2017 г. до 16952,0 тыс. т (-525,0 тыс. т, -3,0), при этом, выбросы от передвижных источников загрязнения снизились весьма существенно: на 9315,0 тыс. т (-63,8 %) за 2017-2020 гг. Одним из факторов, объясняющих подобную тенденцию, являются введённые в связи с пандемией коронавирусной инфекции ограничения на передвижения граждан. Действие подобных ограничений, особенно в крупных городах, способствовали резкому снижению использования гражданами личных автомобилей, что, в свою очередь, привело к резкому сокращению эмиссии вредных выбросов. Указанные тенденции обусловили снижение доли выбросов от передвижных источников загрязнения в структуре загрязнения атмосферного бассейна с 45 % до 24 %, при соответственном увеличении удельного веса стационарных источников загрязнения (с 55 % до 76 %). В контексте тематики статьи, рассмотрим использование водных ресурсов РФ. Динамика показателей водопользования РФ за период 2017-2020 гг представлена в таблице 1 [2, 3, 4, 5].

Анализ информации, представленной в таблице 1 показывает, что за период наблюдения отмечается снижение потребления свежей воды в целях хозяйственного и питьевого водоснабжения с 53,5 млрд м3 в 2017 г. до 47,0 млрд м3 в 2020 г. (-6,5 млрд руб., -12,1 %). При этом, наблюдаются тенденции снижения сброса сточных вод (с 42,6 млрд м3 до 34,2 млрд м3 (-8,3 млрд м3, -19,6 %)), из них эмиссия загрязнённых сократилась на 9,1 млрд м3 (-22,4 %), при этом объём нормативно очищенных стоков возрос на 0,7 млрд м3 (+38,1 %). Таким образом, мы можем говорить о постепенном повышении эффективности использования водных ресурсов в РФ.

Показатели формирования отходов производства и потребления РФ за период 2017-2020 гг представлены на рисунке 3 [2, 3, 4, 5].

Информация рисунка 3 свидетельствует о том, что объём образования отходов в РФ возрастает в среднесрочной перспективе увеличился с 6221 млн т в 2017 г. до 6956 млн т в 2020 г. (+735 млн т, +11,8 %). Вместе с тем, в ежегодных сопоставлениях отмечается тенденция снижения образования отходов за период 2019-2020 гг.

Заключение

Подводя итог сказанному, сформулируем следующие основные выводы:

1. Экстенсивное природопользование, выражающееся в применение устаревших технологических решений, ресурсорасточительном формате производства экономических благ, эмиссии загрязняющих веществ в атмосферный бассейн, почвы, акватории водных объектов способствует снижению конкурентоспособности экономики РФ, в целом, и хозяйствующих субъектов – природопользователей, в частности, т. к. возрастают издержки, связанные с ликвидацией негативных последствий загрязнения, уплатой штрафов и т. п.
2. На современном этапе в РФ наблюдаются разнонаправленные социо-эколого-экономические тенденции. В частности, антропогенное воздействие на такие компоненты природной среды, как водные ресурсы и атмосферный воздух снижаются. В тоже время, отмечается увеличение ежегодно генерируемых отходов производства и потребления.
3. Вышеизложенные обстоятельства аргументируют необходимость разработки организационно-экономического инструментария интенсификации природопользования РФ. В числе подобных инструментов необходимо отметить формирование экономических стимулов, мотивирующих хозяйствующих субъектов – природопользователей к внедрению в свою хозяйственную практику инновационных ресурсосберегающих технико-технологических решений, позволяющих минимизировать негативное воздействие на окружающую среду. Подобными стимулами могут быть налоговые преференции, предоставляемые природопользователям, соответствующим установленным критериям экологической эффективности, целевые кредиты, направляемые на технологическую модернизацию, трансфер наиболее эффективных и экологически безопасных природохозяйственных практик. Указанные мероприятия могут реализовываться в рамках имеющихся полномочий органами государственной власти РФ, субъектов РФ, органами местного самоуправления, однако максимального социо-эколого-экономического эффекта возможно достичь, осуществляя координированную государственную политику, учитывающую интересы всех уровней власти, общества, бизнеса.

Список источников

1. Бороткин М. О. Управление в сфере природопользования и экологии РФ / Бороткин М. О., Макарьева Е. А. // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2018. Т. 6. №2 (38). С. 200-203.
2. Государственный доклад «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2020 году», Минприроды РФ, 2021.
3. Государственный доклад «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2019 году», Минприроды РФ, 2020.
4. Государственный доклад «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2018 году», Минприроды РФ, 2019.
5. Официальный сайт Росстата https://rosstat.gov.ru дата обращения 20.11.2022 г.
6. Таранова И. В. Основные тенденции и специфика природопользования на региональном уровне (на примере Ростовской области) / Таранова И. В., Иванов Н. И., Ревунов Р. В., Янченко Е. А. // Московский экономический журнал. 2022. Т. 7. №4.
7. Таранова И. В. Основные направления формирования механизма социо-эколого-экономически сбалансированного землепользования на региональном уровне / Таранова И. В., Дальченко Е. А., Дубская Е. С. // Экономические науки. 2022. №210. С. 195-200.
8. Янченко Е. А. Основные тенденции и специфика природопользования РФ на современном этапе / Янченко Е. А., Владимирова А. В., Дубская Е. С. // Экономические науки. №209. С. 228-232.
9. Diversification of regulatory powers in social, environmental, and economic relations as a factor for stimulating regional development / Anopchenko T. Yu., Lazareva E. I., Murzin A. D., Revunov R. V., Roshchina E. V. // В сборнике: The Challenge of Sustainability in Agricultural Systems. Сер. «Lecture Notes in Networks and Systems, Volume 206» Heidelberg, 2021. С. 561-570.

References

1. Borotkin M. O. Upravlenie v sfere prirodopol’zovaniya i ekologii RF / Borotkin M. O., Makar’eva E. A. // Aktual’nye napravleniya nauchnyh issledovanij XXI veka: teoriya i praktika. 2018. T. 6. №2 (38). S. 200-203.
2. Gosudarstvennyj doklad «O sostoyanii i ispol’zovanii mineral’-no-syr’evyh resursov Rossijskoj Federacii v 2020 godu», Minprirody RF, 2021.
3. Gosudarstvennyj doklad «O sostoyanii i ispol’zovanii mineral’-no-syr’evyh resursov Rossijskoj Federacii v 2019 godu», Minprirody RF, 2020.
4. Gosudarstvennyj doklad «O sostoyanii i ispol’zovanii mineral’-no-syr’evyh resursov Rossijskoj Federacii v 2018 godu», Minprirody RF, 2019.
5. Oficial’nyj sajt Rosstata https://rosstat.gov.ru data obrashcheniya 20.11.2022 g.
6. Taranova I. V. Osnovnye tendencii i specifika prirodopol’zovaniya na regional’nom urovne (na primere Rostovskoj oblasti) / Taranova I. V., Ivanov N. I., Revunov R. V., YAnchenko E. A. // Moskovskij ekonomi-cheskij zhurnal. 2022. T. 7. №4.
7. Taranova I. V. Osnovnye napravleniya formirovaniya mekhanizma socio-ekologo-ekonomicheski sbalansirovannogo zemlepol’zovaniya na regional’nom urovne / Taranova I. V., Dal’chenko E. A., Dubskaya E. S. // Eko-nomicheskie nauki. 2022. №210. S. 195-200.
8. Yanchenko E. A. Osnovnye tendencii i specifika prirodopol’zova-niya RF na sovremennom etape / Yanchenko E. A., Vladimirova A. V., Dubskaya E. S. // Ekonomicheskie nauki. 2022. №209. S. 228-232.
9. Diversification of regulatory powers in social, environmental, and economic relations as a factor for stimulating regional development / Anopchenko T. Yu., Lazareva E. I., Murzin A. D., Revunov R. V., Roshchina E. V. // В сборнике: The Challenge of Sustainability in Agricultural Systems. Сер. «Lecture Notes in Networks and Systems, Volume 206» Heidelberg, 2021. С. 561-570.

Для цитирования: Таранова И.В., Сыроватская В.И., Янченко Д.В. Природохозяйственная деятельность РФ: динамика, тенденции, факторы // Московский экономический журнал. 2022. № 11. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-11-2022-23/

© Таранова И.В., Сыроватская В.И., Янченко Д.В., 2022. Московский экономический журнал, 2022, № 11.

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 628.31

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_11_650

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ СУЛЬФАТОВ

ANALYSIS OF SULFATE REMOVAL METHODS FROM WASTEWATERS

Работа выполнена в рамках КНТП полного инновационного цикла «Разработка и внедрение комплекса технологий в области разведки и добычи твердых полезных ископаемых, обеспечения промышленной безопасности, биоремедиации, создания новых продуктов глубокой переработки из угольного сырья при последовательном снижении экологической нагрузки на окружающую среду и рисков для жизни населения» распоряжение правительства от 11.05.2022, N1144-р, № соглашения 075-15-2022-1201

Михайлова Екатерина Сергеевна, канд. хим. наук, начальник управления по реализации КНТП, 1Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кемеровский государственный университет», e_s_mihaylova@mail.ru

Попова Любовь Владимировна, научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кузбасская государственная сельскохозяйственная академия», gjgjdf07@mail.ru

Mikhailova Ekaterina Sergeevna, Ph.D. chem. Sci., Head of the Department for the Implementation of the ISTP, Kemerovo State University, e_s_mihaylova@mail.ru

Popova Lyubov Vladimirovna, researcher, Kuzbass state agricultural academy, gjgjdf07@mail.ru

Аннотация. Сточные воды химической и металлургической промышленности часто содержат сульфат-ионы, попадание которых в водоемы пагубно влияет на водную и наземную флору и фауну. Цель данной работы состояла в проведении анализа методов очистки сточных вод от сульфатов. Объектами исследования являлись научные публикации российских и зарубежных авторов, касающиеся методов очистки сточных вод от сульфатов. В системе PubMed был проведен поиск исследований, опубликованных в период 1990–2022 гг. по теме исследований. Основным методом исследований служило обобщение. В результате проведенных исследований установлено, что существуют следующие методы очистки сточных вод от сульфатов: биологическая очистка, физико-химическая очистка, включающая мембранную фильтрацию, ионный обмен, адсорбция, испарение/кристаллизация, электрокоагуляция и химическая очистка. Биологическая очистка с использованием сульфатредуцирующих бактерий подходит для низких и умеренных концентраций. Химическая очистка включает осаждение гидроксидом кальция с получением гипса, осаждение солей бария с получением барита и осаждение эттрингита. Показано, что эффективность удаления сульфатов при осаждении гидроксидом кальция не достаточна из-за относительно высокой растворимости гипса. Метод осаждения гидроксидом кальция снижает концентрацию сульфатов до 1200–2000 мг/л. Метод удаления сульфатов хлоридом бария эффективен, однако редко, используется из-за высокой стоимости хлорид бария и его токсичности. Наиболее эффективный метод осаждения эттрингита позволяет снизить концентрацию сульфатов в сточных водах до уровня менее 200 мг/л. Данная концентрация сульфатов считается нетоксичной для сбрасывания в водоемы.

Abstract. Wastewater from the chemical and metallurgical industries often contains sulfate ions, the entry of which into water bodies adversely affects aquatic and terrestrial flora and fauna. The purpose of this work was to analyze the methods of sulfate removal from wastewaters. The objects of the study were scientific publications of Russian and foreign authors concerning methods of sulfate removal from wastewaters. PubMed was searched for studies published between 1990 and 2022 on the topic of research. Generalization served as the main research method. As a result of the research, it was found that there are the following methods of sulfate removal from wastewaters: biological, physical and chemical, including membrane filtration, ion exchange, adsorption, evaporation/crystallization, electrocoagulation and chemical method. Biological method using sulfate reducing bacteria is suitable for low to moderate concentrations. Chemical method includes calcium hydroxide precipitation to produce gypsum, precipitation of barium salts to produce barite and precipitation of ettringite. It is shown that the efficiency of sulfate removal during precipitation with calcium hydroxide is not sufficient due to the relatively high solubility of gypsum. The calcium hydroxide precipitation method reduces the sulfate concentration to 1200–2000 mg/l. The method of removing sulfates with barium chloride is effective, but rarely used due to the high cost of barium chloride and its toxicity. The most efficient ettringite sedimentation method reduces the concentration of sulfates in wastewater to levels below 200 mg/l. This concentration of sulfates is considered non-toxic for discharge into water bodies.

Ключевые слова: сточные воды, сульфаты, методы очистки, биологическая очистка, физико-химическая очистка, химическая очистка

Keywords: wastewater, sulfates, treatment methods, biological treatment, physical and chemical treatment, chemical treatment

Введение

Сточные воды многих промышленных производств содержат большое количество сульфатов, образующихся в результате промышленных процессов, в которых используется серная кислота или сырье, богатое сульфатами [1]. Использование менее окисленных сернистых соединений, таких как сульфиды, сульфиты или дитиониты, также приводит к образованию сточных вод, богатых сульфатами [2]. Некоторые сточные воды, богатые сульфатами, почти не содержат органических веществ. Они образуются при выщелачивании богатых серой отходов горнодобывающей промышленности или при очистке отведенных серосодержащих газов [3]. Сульфат-ионы присутствуют в природных водах и промышленных сточных водах химической и металлургической промышленности [4]. В большинстве стран концентрация сульфатов в промышленных стоках установлена от 250 до 500 мг/л для защиты окружающей среды. У людей длительное потребление воды, содержащей 500–750 мг/л сульфата, вызывает слабительный эффект, катарсис, обезвоживание и раздражение желудочно-кишечного тракта [3]. Кроме того, высокие концентрации сульфатов в воде вызывают засоление воды [5], что вредно для водных организмов, которые могут выдерживать только ограниченные диапазоны солености воды [6]. Поэтому удаление сульфатов широко изучается исследователями по всему миру [7].

Целью данной работы являлся анализ методов очистки сточных вод от сульфатов. Научная новизна заключается в том, что впервые были обобщены научные практические и обзорные исследования на русском и английском языках, описывающие методы очистки сточных вод предприятий различных отраслей промышленности от сульфатов, приведены их преимущества и недостатки и представлены перспективы их использования.

Объекты и методы исследований

Объектами данного исследования являлись научные публикации и патенты российских и зарубежных авторов, касающиеся методов очистки сточных вод различных производств от сульфатов. Для поиска информации были использованы базы данных Scopus, Web of Science, PubMed, Elibrary за период с начала 1990-х годов  до 01.11.2022 г. Отобраны и проанализированы доступные обзорные и исследовательские статьи по анализу методов очистки сточных вод от сульфатов, преимуществах и недостатках данных методов, и отдельные статьи, связанные с обоснованием актуальности темы, пониманием свойств и механизмов очистки сточных вод от сульфатов, определением перспективных направлений исследований в этой области, на английском и русском языках. Основное внимание уделялось статьям, опубликованным в научных рецензируемых журналах с высоким индексом цитирования за последние пять лет. При проведении анализа использовали также материалы конференций и главы из книг. В системе PubMed был проведен поиск исследований, опубликованных в период 1990–2022 гг., с использованием следующих комбинаций ключевых слов: сточные воды, сульфаты, методы очистки, химическая очистка, биологическая очистка. При этом были исключены статьи, доступные только в виде рефератов, а также библиографии, редакционные материалы и статьи, опубликованные не на английском и русском языках. Основным методом служило обобщение [8]. Были проанализированы статистические и исследовательские данные, относящиеся к исследованию различных методов очистки сточных вод от сульфатов. Авторами были рассмотрены аргументы на основе гипотез ведущих ученых о преимуществах и недостатках методов, сформировано собственное мнение на основе доказательства данных гипотез.

Результаты и их обсуждение

Методы очистки сточных вод от сульфатов

Технологии, используемые для очистки воды от сульфатов, включают биологическую очистку [9, 10], физико-химическую очистку, включающую мембранную фильтрацию [11], ионный обмен [12], адсорбцию [13], испарение/кристаллизацию [14], электрокоагуляцию [15-17] и химическое осаждение [6]. Биологическая очистка с использованием сульфатредуцирующих бактерий подходит для низких и умеренных концентраций, но ей мешает нехватка органических веществ, высокая соленость и образование сероводорода. За исключением химического осаждения, физико-химические методы являются дорогими, и существуют проблемы с утилизацией концентрата или регенерирующего раствора. [18].

Метод химического осаждения основан на образовании малорастворимых сульфатных солей [19]. Методы химического осаждения включают осаждение гидроксидом кальция с получением гипса [13, 20], осаждение солей бария с получением барита (BaSO₄) [21] и осаждение эттрингита [22]. Эффективность удаления сульфата при осаждении гидроксидом кальция очень низкая из-за относительно высокой растворимости гипса [23]. Метод осаждения гидроксидом кальция может снизить концентрацию сульфатов примерно до 1200–2000 мг/л [24].

Несмотря на высокую эффективность удаления сульфатов методом осаждения хлоридом бария, он используется редко, поскольку хлорид бария дороже гидроксида кальция [25] и обладает токсичностью. Среди методов химического осаждения [4] осаждение эттрингита является надежным и эффективным методом обработки [26] из-за его низкой растворимости [20], что требует щелочного pH [27] для удаления высоких концентраций сульфатов [3]. Метод осаждения эттрингита позволяет снизить концентрацию сульфатов до уровня менее 200 мг/л [7]. В этом методе эттрингит осаждается путем добавления к стокам гидроксида кальция и солей алюминия [28]. Среди множества фаз, образующихся при реакции ионов Ca²⁺, Al³⁺ и SO₄^2–, только моносульфатная и трисульфатная стабильны в водной среде [29].

Известно, что эттрингит содержит параллельные ионы Al³⁺, Ca²⁺ и OH^— [3]. Между ними присутствуют молекулы H₂O и ионы SO₄^2- [5], которые необходимы для сохранения структуры эттрингита [30]. Фактическое содержание молекул воды в структуре эттрингита может варьироваться от 24 до 32 моль на моль эттрингита [29].

Разработаны некоторые методы осаждения эттрингита для снижения содержания сульфатов в сточных водах с концентрацией сульфатов выше 2000 мг/л. Например, тригидроксид алюминия с извлечением источника алюминия и специальный алюминийсодержащий химический реагент, полученный из цементных продуктов без извлечения источника алюминия, используются для осаждения эттрингита в процессах [26]. Основным недостатком данных методов является невозможность извлечения тригидроксида алюминия, несмотря на высокую стоимость солей алюминия и большую массу шлама [30].

Еще одним методом осаждения эттрингита при очистке сточных вод, содержащих сульфаты, является осаждение алюминатом натрия. Недостатком использования этого реагента являются высокие концентрации натрия, образующиеся в сточных водах после очистки [30].

Биологический метод очистки

В анаэробных условиях диссимилирующие сульфатредуцирующие бактерии (ДСБ) используют сульфат в качестве конечного акцептора электронов для разложения органических соединений и водорода [5, 6], что приводит к образованию сульфида. Хорошо известно, что при наличии сульфатов в сточных водах гидрогенотрофные СРБ превосходят все другие микроорганизмы по степени биологической очистки [24]. Это подтверждается тем, что данные СРБ получают больше энергии за счет потребления молекулярного водорода, имеют более высокое сродство к субстрату, увеличивая степень очистки стоков от сульфатов [25]. При очистке органических сточных вод, богатых сульфатами, баланс между углеродистым веществом и сульфатом является важным параметром для прогнозирования начала удаления сульфатов СРБ. Этот баланс обычно измеряется как отношение между химическом потреблением кислорода (ХПК) и концентрацией сульфатов (отношение ХПК/SO₄^2-).

СРБ обычно подразделяют на полные и неполные окислители. Первые минерализуют органические соединения до CO₂, тогда как вторые частично окисляют органические соединения и образуют ацетат в качестве побочного продукта, но не могут использовать ацетат в качестве донора электронов [20]. Неполные окислители составляют большую часть СРБ [21] и способны использовать многие органические соединения в качестве доноров электронов, в том числе спирты, аминокислоты, алифатические соединения, алканы, монооксид углерода и некоторые сахара [22]. Органические сточные воды обычно содержат сложную смесь нескольких органических соединений, которые могут использоваться в качестве доноров электронов при неполном окислении СРБ и способствовать лучшему потреблению сульфатов. В этом случае неполностью окисляющиеся СРБ действуют как ацетогены, а полученный ацетат может быть утилизирован другими бактериями. Сообщается, что наиболее эффективный процесс биологической очистки сточных вод от сульфатов происходит с помощью СРБ в анаэробных условиях [13, 23].

Осаждение гидроксидами металлов

Этот процесс включает осаждение металлов, таких как магний, путем добавления гидроксида кальция при приблизительном значении pH=12 [31]. Насыщенные сульфаты кальция могут быть осаждены гидроксидами металлов и действовать как зародыши кристаллизации и соосаждения. Предыдущие исследования показали, что ионы Mg²⁺ могут реагировать с ионами OH‾ с образованием Mg(OH)₄^2–, который, предпочтительно в присутствии SO₄^2– и Al(OH)^4‾, образует соединение типа гидротальцита (Mg₆Al₂SO₄(OH)₁₆×nH₂O), а не эттрингит [32]. В конкуренции Mg²⁺ и Ca²⁺ за реакцию с Al³⁺, образование соединения типа гидротальцита ионами Mg²⁺ с более высоким потреблением Al³⁺ и OH ‾ ингибирует образование соединения эттрингита ионами Ca²⁺ и, следовательно, ингибирует дальнейшее восстановление сульфата [32].

Осаждение/кристаллизация гипса

Этот процесс включает кристаллизацию сульфата в перенасыщенном растворе в присутствии гипса [33]. Два этапа осаждения гидроксидов металлов и перенасыщенного гипса включаются в качестве предварительной обработки сточных вод [21]. Растворимость гипса в воде составляет 0,24 г на 100 мл [16]. Одним из преимуществ этого процесса является образование твердого гипсового побочного продукта, который можно продавать гипсовой промышленности для снижения себестоимости процесса [33].

Добавление зародышей гипса в перенасыщенный раствор сульфат-ионов является средством обеспечения достаточно большой площади поверхности роста [34], на которой может собираться большое количество молекул. Энергетически более выгодно повысить чистоту, улучшить размер кристаллов [35], ускорить удаление сульфата из фазы раствора в виде гипса и сократить время индукции, чем образовать новый цент роста [36]. Время индукции зависит от степени перенасыщения [35]. Время индукции уменьшается с увеличением степени перенасыщения раствора [36].

Осаждение эттрингита

Этот метод включает осаждение сульфата в форме эттрингита путем добавления гидроксида алюминия [36]. При образовании эттрингита наблюдается значительное снижение концентрации сульфатов в сточных водах при высоком pH [37]. Добавление Ca(OH)₂ увеличивает концентрацию ионов Ca²⁺ и OH‾ в растворе. Ионы Al³⁺ из Al(OH)₃ образуют частицы [Al(OH)₆]³⁻, которые реагируют с Ca²⁺ с образованием эттрингита [38]. Исследования показали, что оптимальный диапазон pH для осаждения стабильного эттрингита составляет 11–12,5 [39]. Концентрации сульфатов и кальция значительно снижаются при осаждении нерастворимого эттрингита [39]. Время очистки от сульфатов, необходимое для этого метода, зависит от необходимого конечного уровня удаления сульфатов и количества добавленного реагента [40].

Выводы

В результате проведенных исследований установлено, что существуют следующие методы очистки сточных вод различных производств от сульфатов: биологическая очистка, физико-химическая очистка, включающая мембранную фильтрацию, ионный обмен, адсорбция, испарение/кристаллизация, электрокоагуляция и химическая очистка. Биологическая очистка с использованием сульфатредуцирующих бактерий подходит для низких и умеренных концентраций, но ей мешает нехватка органических веществ, высокая соленость и образование сероводорода.

Методы химического осаждения включают осаждение гидроксидом кальция с получением гипса, осаждение солей бария с получением барита и осаждение эттрингита. Эффективность удаления сульфата при осаждении гидроксидом кальция очень низкая из-за относительно высокой растворимости гипса. Метод осаждения гидроксидом кальция может снизить концентрацию сульфатов примерно до 1200–2000 мг/л. Несмотря на высокую эффективность удаления сульфатов методом осаждения хлоридом бария, он используется редко, поскольку хлорид бария дороже гидроксида кальция и обладает токсичностью. Метод осаждения эттрингита позволяет снизить концентрацию сульфатов до уровня менее 200 мг/л, что позволяет избежать пагубного воздействия на флору и фауну природных водоемов, в которые сбрасываются очищенные сточные воды.

Список источников

1. Biancalana Costa, Rachel & O’Flaherty, Vincent & Lens, P.N.L. (2020). Biological treatment of organic sulfate-rich wastewaters. 10.2166/9781789060966_0167.
2. Zan F. and Hao T. (2020). Sulfate in anaerobic co-digester accelerates methane productionfrom food waste and waste activated sludge. Bioresource Technology,298, 122536.
3. Wei C., Wei L., Li C., Wei D. and Zhao Y. (2018). Effects of salinity, C/S ratio, S/N ratio onthe BESI process, and treatment of nanofiltration concentrate. Environmental Scienceand Pollution Research,25, 5129–5139.
4. Yuan Y., Cheng H., Chen F., Zhang Y., Xu X., Huang C., Chen C., Liu W., Ding C., Li Z.,Chen T. and Wang A. (2020). Enhanced methane production by alleviating sulfideinhibition with a microbial electrolysis coupled anaerobic digestion reactor.Environment International,136, 105503.
5. Souza T. S. O., Okada D. Y. and Foresti E. (2018). Proof of concept and improvement of atriple chamber biosystem coupling anaerobic digestion, nitrification and mixotrophicendogenous denitrification for organic matter, nitrogen and sulfide removal fromdomestic sewage. Bioprocess and Biosystems Engineering,41(12), 1839–1850.
6. Yekta S., Ziels R. M., Björn A., Skyllberg U., Ejlertsson J., Karlsson A., Svedlund M., WillénM. and Svensson B. H. (2017). Importance of sulfide interaction with iron as regulator ofthe microbial community in biogas reactors and its effect on methanogenesis, volatilefatty acids turnover, and syntrophic long-chain fatty acids degradation. Journal ofBioscience and Bioengineering,123, 597–605.
7. Nogueira E. W., Licona F. M., Godoi L. A. G., Brucha G. and Damianovic M. H. R. Z.(2019). Biological treatment removal of rare earth elements and yttrium (REY)and metals from actual acid mine drainage. Water Science and Technology,80,1485–1493.
8. Moher, D.; Liberati, A.; Tetzlaff, J. PRISMA Group Preferred reporting items for systematic re-views and meta-analyses: The PRISMA statement. Public Library of Science Medicine 2009, 6(7), e1000097. https://doi.org/10.1136/bmj.b2535
9. Nzeteu C. O., Trego A. C., Abram F. and O’Flaherty V. (2018). Reproducible, high-yielding,biological caproate production from food waste using a single-phase anaerobic reactorsystem. Biotechnology for Biofuels,11,1–14.
10. Reyes-Alvarado L. C., Okpalanze N. N., Kankanala D., Rene E. R., Esposito G. and LensP. N. L. (2017a). Forecasting the effect of feast and famine conditions on biologicalsulphate reduction in an anaerobic inverse fluidized bed reactor using artificial neuralnetworks. Process Biochemistry,55, 146–161.
11. Arahman N, Mulyati S, Lubis MR, Takagi R, Matsuyama H (2017) Removal profile of sulfate ion from mix ion solution with different type and configuration of anion exchange membrane in elctrodialysis. J Water Process Eng 20:173–179. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2017.10.007.
12. Choi JY, Lee T, Cheng Y, Cohen Y (2019) Observed crystallization induction time in seeded gypsum crystallization. Ind Eng Chem Res 58(51):23359–23365. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.9b06050.
13. De Godoi LAG, Foresti E, Damianovic MHRZ (2017) Down-flow fixed-structured bed reactor: an innovative reactor configuration applied to acid mine drainage treatment and metal recovery. J Environ Manag 197:597–604. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.04.027.
14. de Luna MDG, Rance DPM, Bellotindos LM, Lu MC (2017) Removal of sulfate by fluidized bed crystallization process. J Environ Chem Eng 5(3):2431–2439. https://doi.org/10.1016/j.jece.2017.04.052.
15. Mamelkina MA, Tuunila R, Sillänpää M, Häkkinen A (2019) Systematic study on sulfate removal from mining waters by electrocoagulation. Sep Purif Technol 216:43–50. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.01.056.
16. Vepsäläinen M, Sillanpää M (2020) Electrocoagulation in the treatment of industrial waters and wastewaters. Advanced water treatment. Elsevier, Newyork, pp 1–78.
17. Dou W, Zhou Z, Jiang LM, Jiang A, Huang R, Tian X, Zhang W, Chen D (2017) Sulfate removal from wastewater using ettringite precipitation: Magnesium ion inhibition and process optimization. J Environ Manag 196:518–526. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.03.054.
18. Fang P, Tang ZJ, Chen XB, Huang JH, Tang ZX, Cen CP (2018) Removal of high-concentration sulfate ions from the sodium alkali FGD wastewater using ettringite precipitation method: factor assessment, feasibility, and prospect. J Chem. https://doi.org/10.1155/2018/1265168.
19. Hong S, Cannon FS, Hou P, Byrne T, Nieto-Delgado C (2017) Adsorptive removal of sulfate from acid mine drainage by polypyrrole modified activated carbons: effects of polypyrrole deposition protocols and activated carbon source. Chemosphere 184:429–437. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.06.019.
20. Kartic DN, Narayana BCA, Arivazhagan M (2018) Removal of high concentration of sulfate from pigment industry effluent by chemical precipitation using barium chloride: RSM and ANN modeling approach. J Environ Manage 206:69–76. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.10.017.
21. Kefeni KK, Msagati TA, Mamba BB (2017) Acid mine drainage: prevention, treatment options, and resource recovery: a review. J Clean Prod 151:475–493. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.03.082.
22. Kinnunen P, Kyllönen H, Kaartinen T, Mäkinen J, Heikkinen J (2017) Miettinen V (2018) Sulphate removal from mine water with chemical, biological and membrane technologies. Water Sci Technol 1:194–205. https://doi.org/10.2166/wst.2018.102.
23. Muñoz Sierra J. D., Lafita C., Gabaldón C., Spanjers H. and van Lier J. B. (2017). Tracemetals supplementation in anaerobic membrane bioreactors treating highly salinephenolic wastewater. Bioresource Technology,234, 106–114.
24. Nanusha M. Y., Carlier J. D., Carvalho G. I., Costa M. C. and Paiva A. P. (2019). Separationand recovery of Pd and Fe as nanosized metal sulphides by combining solvent extractionwith biological strategies based on the use of sulphate-reducing bacteria. Separation andPurification Technology,212, 747–756.
25. Kiran M. G., Pakshirajan K. and Das G. (2017). Heavy metal removal from multicomponentsystem by sulfate reducing bacteria: Mechanism and cell surface characterization.Journal of Hazardous Materials,324,62–70.
26. Aygun A, Dogan S, Argun ME (2018) Statistical optimization of ettringite precipitation in landfill leachate. Braz J Chem Eng 35:969–976. https://doi.org/10.1590/0104-6632.20180353s20170528.
27. Costa R. B., Bevilaqua D. and Lens P. N. L. (2020). Pre-treatment and temperature effects onthe use of slow release electron donor for biological sulphate reduction. Journal ofEnvironmental Management,275, In Press.
28. Garcia G. P. P, Diniz R. C. O, Bicalho S. K., Franco V., Pereira A. D., Brandt E. F.,Etchebehere C., Chernicharo C. A. L. and Araujo J. C. (2017). Microbial community and sulphur behaviour in phototrophic reactors treating UASB effluent under differentoperational conditions. International Biodeterioration and Biodegradation,119,486–498.
29. Elzinga M., Liu D., Klok J. B. M, Roman P., Buisman C. J. N. and Heijne A. (2020).Microbial reduction of organosulfur compounds at cathodes in bioelectrochemicalsystems. Environmental Science & Technology,1, 100009.
30. De Vrieze J., Arends J. B. A., Verbeeck K., Gildemyn S. and Rabaey K. (2018). Interfacinganaerobic digestion with (bio)electrochemical systems: Potentials and challenges. WaterResearch,146, 244–255.
31. Cunha M. P., Ferraz R. M., Sancinetti G. P. and Rodriguez R. P. (2019). Long-termperformance of a UASB reactor treating acid mine drainage: effects of sulfate loadingrate, hydraulic retention time, and COD/SO42−ratio. Biodegradation,30,47–58.
32. Cetecioglu Z., Dolfing J., Taylor J., Purdy K. J. and Eyice Ö. (2019). COD/sulfate ratio doesnot affect the methane yield and microbial diversity in anaerobic digesters. WaterResearch,155, 444–454.
33. Braga A. F. M., Pereira M. B. O. C., Zaiat M., Silva G. H. R. and Fermoso F. (2018).Screening of trace metal supplementation for black water anaerobic digestion.Environmental Technology,39, 1776–1785.
34. Bhattarai S., Cassarini C. and Lens P. N. L. (2019). Physiology and distribution of anaerobicoxidation of methane by archaeal methanotrophs. Microbiology and Molecular BiologyReviews,83,9–62.
35. Kiran MG, Pakshirajan K, Das G (2017) Heavy metal removal from multicomponent system by sulfate reducing bacteria: mechanism and cell surface characterization. J Hazard Mater 324:62–70. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.12.042.
36. Luo S, Liu M, Yang L, Chang J (2019) Effects of drying techniques on the crystal structure and morphology of ettringite. Constr Build Mater 195:305–311. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.11.078.
37. Mamelkina MA, Cotillas S, Lacasa E, Sáez C, Tuunila R, Sillanpää M, Häkkinen A, Rodrigo MA (2017) Removal of sulfate from mining waters by electrocoagulation. Sep Purif Technol 182:87–93. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2017.03.044.
38. Nurmesniemi ET, Hu T, Rajaniemi K, Lassi U (2021) Sulphate removal from mine water by precipitation as ettringite by newly developed electrochemical aluminium dosing method. Desalin Water Treat 217:195–202. https://doi.org/10.5004/dwt.2021.26920.
39. Oyewo OA, Agboola O, Onyango MS, Popoola P, Bobape MF (2018) Current methods for the remediation of acid mine drainage including continuous removal of metals from wastewater and mine dump. Bio-Geotechnol Mine Site Rehabilit. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812986-9.00006-3.
40. Zahedi, R., Mirmohammadi, S.J. Sulfate removal from chemical industries’ wastewater using ettringite precipitation process with recovery of Al(OH)3. Appl Water Sci 12, 226 (2022). https://doi.org/10.1007/s13201-022-01748-7

Для цитирования: Михайлова Е.С., Попова Л.В. Анализ методов очистки сточных вод от сульфатов // Московский экономический журнал. 2022. № 11. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-11-2022-20/

© Михайлова Е.С., Попова Л.В., 2022. Московский экономический журнал, 2022, № 11.

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 628.31

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_11_643

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ХЛОРИДОВ

ANALYSIS OF CHLORIDE REMOVAL METHODS FROM WASTEWATERS

Работа выполнена в рамках КНТП полного инновационного цикла «Разработка и внедрение комплекса технологий в области разведки и добычи твердых полезных ископаемых, обеспечения промышленной безопасности, биоремедиации, создания новых продуктов глубокой переработки из угольного сырья при последовательном снижении экологической нагрузки на окружающую среду и рисков для жизни населения» распоряжение правительства от 11.05.2022, N1144-р, № соглашения 075-15-2022-1201

Михайлова Екатерина Сергеевна, канд. хим. наук, начальник управления по реализации КНТП, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кемеровский государственный университет», e_s_mihaylova@mail.ru

Константинова Ольга Борисовна, канд. с.-х. наук, доцент высшей аграрной школы, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кузбасская государственная сельскохозяйственная академия», olykk@mail.ru

Mikhailova Ekaterina Sergeevna, Ph.D. chem. Sci., Head of the Department for the Implementation of the ISTP, Kemerovo State University, e_s_mihaylova@mail.ru

Konstantinova Olga Borisovna, Ph.D. Agricul. Sci., Associate Professor of Higher Agrarian School, Kuzbass state agricultural academy, olykk@mail.ru

Аннотация. Хлориды – это природные вещества, которые в малых количествах содержатся в водоемах. Однако промышленные, бытовые и сельскохозяйственные сточные воды, которые производятся человеком, могут содержать большое количество хлоридов, которые вызывают значительное нарушение экологического баланса. Цель данной работы состояла в проведении анализа методов очистки сточных вод от хлоридов. Объектами исследования являлись научные публикации российских и зарубежных авторов, касающиеся методов очистки сточных вод от хлоридов. В системе PubMed был проведен поиск исследований, опубликованных в период 1990–2022 гг. по изучаемой теме. Основным методом исследований служило обобщение. В результате проведенных исследований установлено, что существует несколько методов снижения количества хлоридов в сточных водах: деминерализация, обратный осмос, коагуляция, осаждение, электродиализ, биосорбция и другие. Использование биологических методов очистки сточных вод от хлоридов позволяет снизить содержание хлоридов до 40%. Концентрация хлоридов в сточных водах после применения химических, физико-химических и биологических методов очистки считается нетоксичной для сбрасывания в водоемы.

Abstract. Chlorides are natural substances that are found in small quantities in water bodies. However, human-produced industrial, domestic and agricultural wastewater can contain large amounts of chlorides, which cause significant ecological imbalance. The purpose of this work was to analyze the methods of chloride removal from wastewater. The objects of the study were scientific publications of Russian and foreign authors concerning methods of chloride removal from wastewater. PubMed was searched for studies published between 1990 and 2022 on the topic under study. Generalization served as the main research method. As a result of the research, it was found that there are several methods for reducing the amount of chlorides in wastewater: demineralization, reverse osmosis, coagulation, sedimentation, electrodialysis, biosorption and others. The use of biological methods of chloride removal from wastewaters can reduce the chloride content by up to 40%. The concentration of chlorides in wastewater after the application of chemical, physicochemical and biological removal methods is considered non-toxic for discharge into water bodies.

Ключевые слова: сточные воды, очистка, хлориды, деминерализация, обратный осмос, коагуляция, осаждение, электродиализ, биосорбция

Keywords: wastewater, purification, chlorides, demineralization, reverse osmosis, coagulation, sedimentation, electrodialysis, biosorption

Введение

Хлорид представляет собой солевое соединение, образующееся в результате реакции газообразного хлора с металлами [1, 2]. Общие хлориды сточных вод включают хлорид натрия (NaCl), хлорид калия (KCl) и хлорид магния (MgCl₂). Такие промышленные процессы, как производство аккумуляторов, производство целлюлозы, обогащение полезных ископаемых, гальванические процессы, производство пестицидов и т.д. являются основными источниками хлоридов в сточных водах [3, 4]. В большинстве этих отраслей, значительное количество хлоридов попадает в сточные воды из-за использования извести (Ca(OH)₂) или гидроксида натрия (NaOH) для нейтрализации кислых стоков [5]. Различные реагенты, такие как соляная кислота (HCl) или гидроксид натрия (NaOH), используемые во многих производственных процессах для удаления масляной пленки материалах и жидкостях [6]. Они способствуют существенному повышению содержания хлоридов в сточных водах [7-9].

При утилизации стоков, содержащих хлориды, со временем образуются соли на поверхности почвы, что приводит к увеличению щелочности почвы, и, следовательно, к потере плодородия. В растениях хлориды накапливаются, в основном, в листьях. Ионы хлора очень подвижны и транспортируется в реки, моря и океаны [10].

Антропогенные источники хлоридов, такие как сточные воды, содержащие дорожные противогололедные соли, остатки неорганических удобрений, фильтраты свалок, антисептики, корма для животных, промышленные стоки, ирригационный дренаж пагубно влияют на флору и фауну планеты [11-15].

Хлориды, попадающие в водоемы со сточными водами, играют отрицательную роль в синаптическом торможении, регуляции pH клеток человека и животных, а также во многих невропатологических процессах, набухании клеток, регуляции размера межтканевого пространства, модуляции синхронизированной активности нейронов, восприимчивости организма к судорогам или развитию депрессивных состояний [16-18].

В некоторых странах, в результате развития промышленности и урбанизации, увеличился сброс промышленных сточных вод и хозяйственно-бытовых стоков, что привело к серьезной нехватке питьевой воды, что угрожает развитию экономики, здоровью людей и благополучию экосистем [19-21].

Очистные сооружения играют жизненно важную роль в снижении загрязнения воды за счет снижения концентрации хлоридов в сточных водах и других источниках с помощью специальных процессов обработки [6]. Очистные сооружения потребляют большое количество энергии и ресурсов для очистки сточных вод в процессе эксплуатации. Для очистных сооружений важна их конфигурации, скорость нагрузки сооружений, высокие затраты на обработку выделенных хлоридов, низкое качество фильтрации и чрезмерное потребление энергии [22-24].

Следовательно, необходимо изучить методы очистки сточных вод от хлоридов, влияние процесса очистки сточных вод на окружающую среду и создавать системы с высокой эффективностью удаления хлоридов и низкой стоимостью [25-27].

Целью данной работы являлся анализ методов очистки сточных вод от хлоридов. Научная новизна заключается в том, что впервые были обобщены научные практические и обзорные исследования на русском и английском языках, описывающие методы очистки сточных вод предприятий различных отраслей промышленности от хлоридов, приведены их преимущества и недостатки и представлены перспективы их использования.

Объекты и методы исследований

Объектами данного исследования являлись научные публикации и патенты российских и зарубежных авторов, касающиеся методов очистки сточных вод различных производств от хлоридов. Для поиска информации были использованы базы данных Scopus, Web of Science, PubMed, Elibrary за период с начала 1990-х годов  до 01.11.2022 г. Отобраны и проанализированы доступные обзорные и исследовательские статьи по анализу методов очистки сточных вод от хлоридов, преимуществах и недостатках данных методов, и отдельные статьи, связанные с обоснованием актуальности темы, пониманием свойств и механизмов очистки сточных вод от хлоридов, определением перспективных направлений исследований в этой области, на английском и русском языках. Основное внимание уделялось статьям, опубликованным в научных рецензируемых журналах с высоким индексом цитирования за последние пять лет. При проведении анализа использовали также материалы конференций и главы из книг. В системе PubMed был проведен поиск исследований, опубликованных в период 1990–2022 гг., с использованием следующих комбинаций ключевых слов: сточные воды, хлориды, методы очистки, химическая очистка, физико-химическая очистка, биологическая очистка. При этом были исключены статьи, доступные только в виде рефератов, а также библиографии, редакционные материалы и статьи, опубликованные не на английском и русском языках. Основным методом служило обобщение [28]. Были проанализированы статистические и исследовательские данные, относящиеся к исследованию различных методов очистки сточных вод от хлоридов. Авторами были рассмотрены аргументы на основе гипотез ведущих ученых о преимуществах и недостатках методов, сформировано собственное мнение на основе доказательства данных гипотез.

Результаты и их обсуждение

Удаление хлоридов методом ионного обмена

Ионный обмен работает по основному принципу зарядового транспорта ионов. В лабораторных условиях на целлюлозно-бумажном комбинате было испытано несколько смол для удаления хлоридов [3, 26]. Ионообменные смолы представляли собой свободные основные формы или гидроксидные основные формы. Исследователи пришли к выводу, что использование ионообменных смол на основе гидроксид-ионов позволяет удалить от 50% до 70% хлоридов при дозе 10 г/л, и могут являться потенциальными ионообменными смолами, которые могут быть использованы для снижения содержания хлоридов в сточных водах целлюлозно-бумажных комбинатов [29].

Удаление хлоридов известью с алюминием

Для удаления хлоридов из сточных вод используются расширенные методы, такие, как обратный осмос, электродиализ, но умягчение известью является самым дешевым и доступным альтернативным методом для очистки сточных вод от хлоридов. Кроме того, такой процесс, как обратный осмос не только дорог, но и сложен в исполнении [30]. Возникают проблемы с загрязнением мембран при очистке стоков и создаются проблемы с утилизацией рассола. С использованием извести, полученное pH и содержание кальция позволяет получить осадки хлоридов в виде хлоралюмината кальция (Ca₄Аl₂Cl₂(ОH)₁₂). Данный процесс экономичен, т.к. снижает капитальные затраты при многократном использовании одного и того же оборудования [7]. Эксплуатационные расходы осаждения хлоридов с использованием извести несколько выше из-за постоянной потребности в добавлении алюминия [31].

Удаление хлоридов адсорбцией

На основе эффекта адсорбции с образованием двойного электрического слоя возможна ассимиляция ионов хлора из водного раствора [16]. Исследователи пришли к выводу, что адсорбция ионов хлора происходит согласно моделям Ленгмюра и Фрейндлиха [31, 32].

Электрохимический метод удаления хлоридов

Электрофоретический способ удаления хлоридов — электрохимический процесс, который состоит в использовании основного принципа миграция ионов к противоположно заряженным полюсам. Электрофоретический аппарат содержит анод, помещенный в среду электролита [33]. Анод и стальная пластина соединены двумя клеммами с источником постоянного тока так, чтобы анод был заряжен положительно. Из-за заряда на аноде, происходит миграция ионов хлора из сточных вод в анодное поле, что приводит к снижению содержания хлоридов в стоках [20]. Данный процесс движения заряженных ионов в электрическом поле помогает не только очистить сточные воды от хлоридов, но и предотвратить коррозию металлов [13]. Показано, что из-за удаления свободных хлоридов, связанные хлориды растворяются для того, чтобы восстановить равновесие между связанными и свободными хлоридами в сточных водах [34].

Удаление хлоридов биосорбцией

Биологическая очистка сточных вод от хлоридов является малозатратным и эффективным методом очистки [35].

Известно, что процесс биосорбции регулируется рН раствора. В связи с этим рН – главный оптимальный параметр очистки, который необходимо поддерживать на всех этапах очистки [9]. Установлено, что максимальная биосорбция происходила при оптимальном диапазоне рН 7,0-7,5. Поддержание кислотности сточных вод необходимо не только для постоянного контроля процессов очистки сточных вод от хлоридов, но и из-за экономической составляющей процессов, так как нет необходимости постоянно менять микроорганизмы [36].

При слишком высокой концентрации хлоридов в стоках, скорость очистки может значительно снижаться [16]. Для изучения воздействия концентрации хлоридов на эффективность биосорбции, проводили эксперимент при различных концентрациях хлоридов и сохранении постоянными остальных параметров очистки. Установлено, что эффективность очистки снижается с увеличением концентрации хлоридов, а при концентрации 100 %, эффективность биосорбции хлоридов находилась в диапазоне 30-35% [37].

Доказано, что время контакта микроорганизмов со сточными водами должно составлять не менее 60 минут. Показано, что после определенного периода времени, в данном случае 120 минут/2 часа, скорость биосорбции остается постоянной [8]. Очистку сточных вод от хлоридов проводят для того, чтобы сделать очищенную воду пригодной для утилизации или для повторного использования на технические цели. Однако, необходимо так же учитывать скорость регенерации биосорбента, пределы его использования и производительность биомассы микроорганизмов в биосорбенте [1, 38].

Удаление хлоридов комбинированными методами

Перед очисткой сточных вод от хлоридов с помощью активного ила, взвешенные вещества, жир и крупные неорганические частицы удаляются механическим способом, что снижает воздействие на биологические очистные сооружения с активным илом [39]. После этого сточные воды попадают в анаэробный реактор с перегородками, в котором органические вещества разлагается до CO₂ и CH₄ путем анаэробного брожения, гидролиза и метанирования, а большая часть оставшихся органических веществ превращается в растворимые низкомолекулярные органические вещества, которые легко усваиваются и трансформируются микроорганизмами активного ила. Одновременно в аэробный резервуар вносится известь для связывания хлоридов [30]. После завершения разделения твердой и жидкой фаз при связывании хлоридов, надосадочная жидкость поступает в бак с активным ил для доочистки, а обеззараженные стоки сбрасываются в принимающий водоем. В соответствии с требованиями к воде высокого качества, дополнительно добавлен песчаный фильтр и вторичный отстойник для удаления загрязняющих веществ, если сточные воды не соответствуют стандартам [15].

Данный способ очистки сточных вод от хлоридов имеет большое практическое значение из-за высокого энергосбережения и сокращения времени прохождения стоков через очистные сооружения [40].

Выводы

Хлориды в сточных водах представляют собой серьезную озабоченность в эпоху водосбережения и повторного использования. Необходимо разрабатывать и использовать различные методы очистки сточных вод от хлоридов, которые отличаются низкой стоимостью и высокой эффективностью. Одним из таких методов является биосорбция. При использовании данного метода, может быть достигнуто удаление 30-34% хлоридов. Необходимый диапазон рН для этого процесса 7,0 – 7,5, требуемое время контакта биосорбента со сточными водами 120 минут. Эффективность биосорбции снижается с повышение концентрации хлоридов. Использование комбинированных методов очистки сточных вод от хлоридов позволяет повысить степень очистки до 40%. Однако, необходимо продолжать исследования по поиску дешевых и эффективных методов очистки сточных вод от хлориды с целью возможности их утилизации, повторного использования или сброса в природные водоемы без нарушения экологического баланса жизнедеятельности человека, флоры и фауны планеты.

Список источников

1. Zhang, S., Chen, W., Liu, Y., Luo, P. and Gu, H. (2018) A Modified Method for the Accurate Determination of Chemical Oxygen Demand (COD) in High Chloride Oilfield Wastewater. Open Journal of Yangtze Oil and Gas, 3, 263-277. doi: 10.4236/ojogas.2018.34023.
2. Ma, J. (2017) Determination of Chemical Oxygen Demand in Aqueous Samples with Non-Electrochemical Methods. Trends in Environmental Analytical Chemistry, 14, 37-43. https://doi.org/10.1016/j.teac.2017.05.002.
3. Li, J., Luo, G., He, L., Xu, J. and Lyu, J. (2018) Analytical Approaches for Determining Chemical Oxygen Demand in Water Bodies: A Review. Critical Reviews in Analytical Chemistry, 48, 47-65. https://doi.org/10.1080/10408347.2017.1370670.
4. Chen, P., Zhang, S.H., Lin, N.X. and Chen, W. (2016) Determination of COD in Wastewater Discharged from the Softener in Produced Water of an Oilfield in Xinjiang. Journal of Yangtze University (Natural Section Edition), 13, 1-6.
5. Geerdink, R.B., van den Hurk, R.S. and Epema, O.J. (2017) Chemical Oxygen Demand: Historical Perspectives and Future Challenges. Analytica Chimica Acta, 961, 1-11. https://doi.org/10.1016/j.aca.2017.01.009.
6. Azam, F. and Ifzal, M. (2006): Microbial populations immobilizing NH4+ — N and NO3- -N differ in the sensitivity to sodium chloride salinity in soil, Soil Biology and Biochemistry, 38(8):2491 – 2494.
7. Wang, C.; Liu, H.J.; Yu, L.E.; Wang, H.Y. Study on the sustainability evaluation method of logistics parks based on emergy. Processes 2020, 8, 1247.
8. Cleserl S. L., Greenberg E. A., Eaton D.A. (1999): Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, American Public Health Association, 20th Edn.
9. Elsener, B. and Angst, U. (2007): Mechanism of electrochemical chloride removal, Corrosion Science, 49(12):4504 – 4522.
10. Giyeon, Y., Buchanan, I.D. (2006): Project Report on Colour and Chloride Removal from Pulp Mill Effluent Using Ion – Exchange, Sustainable Forest and Management Network Publication, University of Alberta, Edmonton, Alberta, T6G 2E9.
11. Wang, H., Xu, X.L., Han, Y., Le, C. and Zhang, H.Y. (2017) Determination of COD in Effluent with High Chloride from Nanofiltration Membrane for Landfill Leachate Treatment by Chlorine Emendation Method. China Water & Wastewater, 33, 115-117.
12. Ma, Y.Y., He, H.J., Yuan, H.Y., Zhang, X.G. and Zhang, X. (2013) Low Concentration COD Analysis Method for Low Concentration of High Chloride Ion Drilling Wastewater in Oil and Gas Field. Henan Chemical Industry, 30, 57-59.
13. Apte, Sagar & Shruti, Apte & S, Kore & Kore, Sunanda. (2011). Chloride Removal from Wastewater by Biosorption with the Plant Biomass 1. Universal Journal of Environmental Research and Technology2249 0256. 1. 416-422.
14. United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization (UNESCO). The United Nations World Water Development Report 2018: Nature-Based Solutions for Water; UNESCO: Paris, France, 2018; Volume 3.
15. Cai, W.; Lai, K.H.; Liu, C.; Wei, F.; Ma, M.; Jia, S.; Jiang, Z.G.; Lv, L. Promoting sustainability of manufacturing industry through the lean energy-saving and emission-reduction strategy. Sci. Total Environ. 2019, 665, 23–32.
16. Liu, C.H.; Gao, M.D.; Zhu, G.; Zhang, C.X.; Zhang, P.; Chen, J.Q.; Cai, W. Data driven eco-efficiency evaluation and optimization in industrial production. Energy 2021, 224, 120170.
17. 1Ji, M.; Liu, Z.; Sun, K.; Li, Z.; Fan, X.; Li, Q. Bacteriophages in water pollution control: Advantages and limitations. Front. Environ. Sci. Eng. 2021, 15, 84.
18. Rice, J.; Westerhoff, P. High levels of endocrine pollutants in US streams during low flow due to insufficient wastewater dilution. Nat. Geosci. 2017, 10, 587–591.
19. Dong, X.; Zhang, X.; Zeng, S. Measuring and explaining eco-efficiencies of wastewater treatment plants in China: An uncertainty analysis perspective. Water Res. 2017, 112, 195–207.
20. An, D.; Xi, B.D.; Ren, J.Z.; Ren, X.S.; Zhang, W.S.; Wang, Y.; Dong, L.C. Multi-criteria sustainability assessment of urban sludge treatment technologies: Method and case study. Resour. Convers. Recyl. 2018, 128, 546–554.
21. Jang, J.; Park, S.; Park, J.; Kim, H.; Kim, J.; Lee, H. Energy assessment and savings for the sewage treatment plant using EUAT and tool-kit in Korea. Desalin. Water Treat. 2019, 154, 132–140.
22. Molinos-Senante, M.; Gemar, G.; Gomez, T.; Caballero, R.; Sala-Garrido, R. Eco-efficiency assessment of wastewater treatment plants using a weighted Russell directional distance model. J. Clean. Prod. 2016, 137, 1066–1075.
23. Mayer, F.; Bhandari, R.; Gath, S.A. Life cycle assessment of prospective sewage sludge treatment paths in Germany. J. Environ. Manag. 2021, 290, 112557.
24. Gallego-Schmid, A.; Tarpani, R.R.Z. Life cycle assessment of wastewater treatment in developing countries: A review. Water Res. 2019, 53, 63–79.
25. Amiri, Z.; Asgharipour, M.R.; Campbell, D.E. Conservation agriculture, a selective model based on emergy analysis for sustainable production of shallot as a medicinal-industrial plant. J. Clean Prod. 2021, 292, 126000.
26. Artuzo, F.D.; Allegretti, G.; Santos, O.I.B.; da Silva, L.X.; Talamini, E. Emergy unsustainability index for agricultural systems assessment: A proposal based on the laws of thermodynamics. Sci. Total Environ. 2021, 759, 143524.
27. Liu, C.H.; Cai, W.; Dinolov, O.; Zhang, C.X.; Rao, W.Z.; Jia, S.; Li, L.; Chan, F.T.S. Emergy based sustainability evaluation of re-manufacturing machining systems. Energy 2018, 150, 670–680.
28. Moher, D.; Liberati, A.; Tetzlaff, J. PRISMA Group Preferred reporting items for systematic re-views and meta-analyses: The PRISMA statement. Public Library of Science Medicine 2009, 6(7), e1000097. https://doi.org/10.1136/bmj.b2535
29. Cai, W.; Liu, C.H.; Zhang, C.X.; Ma, M.D.; Rao, W.Z.; Li, W.Y.; He, K.; Gao, M.D. Developing the ecological compensation criterion of industrial solid waste based on emergy for sustainable development. Energy 2018, 157, 940–948.
30. Wang, C.; Zhang, Y.; Liu, C.; Hu, F.; Zhou, S.; Zhu, J. Emergy-based assessment and suggestions for sustainable development of regional ecological eonomy: A case study of Anhui Province, China. Sustainability 2021, 13, 2988.
31. Sun, L.; Li, H.; Dong, L.; Fang, K.; Ren, J.Z.; Geng, Y.; Fujii, M.; Zhang, W.; Zhang, N.; Liu, Z. Eco-benefits assessment on urban industrial symbiosis based on material flows analysis and emergy evaluation approach: A case of Liuzhou city, China. Resour. Convers. Recycl. 2017, 119, 78–88.
32. Liu, C.H.; Cai, W.; Zhai, M.Y.; Zhu, G.; Zhang, C.X.; Jiang, Z.G. Decoupling of wastewater eco-environmental damage and China’s economic development. Sci. Total Environ. 2021, 789, 147980.
33. Zhang, J.X.; Ma, L. Environmental sustainability assessment of a new sewage treatment plant in China based on infrastructure construction and operation phases emergy analysis. Water 2020, 12, 484.
34. Alizadeh, S.; Zafari-koloukhi, H.; Rostami, F.; Rouhbakhsh, M.; Avami, A. The eco-efficiency assessment of wastewater treatment plants in the city of Mashhad using emergy and life cycle analyses. J. Clean. Prod. 2020, 249, 119327.
35. Zhang, J.X.; Ma, L.; Yan, Y.Y. A dynamic comparison sustainability study of standard wastewater treatment system in the straw pulp papermaking process and printing & dyeing papermaking process based on the hybrid neural network and emergy framework. Water 2020, 12, 1781.
36. Londono, N.A.; Suarez, D.G.; Velasquez, H.I.; Ruiz-Mercado, G.J. Emergy analysis for the sustainable utilization of biosolids generated in a municipal wastewater treatment plant. J. Clean. Prod. 2017, 141, 182–193.
37. Shao, S.; Mu, H.; Yang, F.; Zhang, Y.; Li, J. Application of emergy analysis to the sustainability evaluation of municipal wastewater treatment plants. Sustainability 2017, 9, 8.
38. Gronlund, E.; Billgren, C.; Tonderski, K.S.; Raburu, P.O. Emergy assessment of a wastewater treatment pond system in the Lake Victoria Basin. J. Environ. Account. Manag. 2017, 5, 11–26.
39. Brown, M.T.; Ulgiati, S. Emergy-based indices and rations to evaluate sustainability: Monitoring economics and technology toward environmentally sound innovation. Ecol. Eng. 1997, 5, 51–69.
40. Geng, Z.Q.; Song, G.L.; Han, Y.M.; Chu, C. Static and dynamic energy structure analysis in the world for resource optimization using total factor productivity method based on slacks-based measure integrating data envelopment analysis. Energy Convers. Manag. 2021, 228, 113713.

Для цитирования: Михайлова Е.С., Константинова О.Б. Анализ методов очистки сточных вод от хлоридов // Московский экономический журнал. 2022. № 11. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-11-2022-13/

© Михайлова Е.С., Константинова О.Б., 2022. Московский экономический журнал, 2022, № 11.

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 331.107

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_11_641

ВЛИЯНИЕ СТРАТЕГИЧЕСКОЙ ГИБКОСТИ И ОРИЕНТАЦИИ НА РЫНОК НА ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРЕДПРИЯТИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СЕКТОРА

THE IMPACT OF STRATEGIC FLEXIBILITY AND MARKET ORIENTATION ON INDUSTRIAL ENTERPRISES IN THE ENERGY SECTOR

Тарасьев Александр Александрович, к.э.н., ИО заведующего кафедрой анализа систем и принятия решений, ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», E-mail: a.a.tarasyev@urfu.ru

Илышева Марина Анатольевна, к.э.н., доцент кафедры маркетинга, ФГАОУ ВО Уральский федеральный университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина, E-mail: maril@mail.ru

Детков Александр Александрович, к.э.н., доцент кафедры анализа систем и принятия решений, ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», E-mail: a.a.detkov@urfu.ru

Комаров Павел Александрович, ФГАОУ ВО Уральский Федеральный университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина, E-mail: pavelkom112@yandex.ru

Tarasyev Alexsandr Alexandrovich, PhD in Economics, Acting Head of the Department of Systems Analysis and Decision Making, Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin, E-mail: a.a.tarasyev@urfu.ru

Ilysheva Marina Anatolevna, Candidate of Sciences in Economics, Associate Professor of the Department of Marketing, Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin, E-mail: maril@mail.ru

Detkov Alexsandr Alexandrovich, PhD in Economics, Associate Professor, Department of Systems Analysis and Decision Making, Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin, E-mail: a.a.detkov@urfu.ru

Komarov Pavel Alexandrovich, Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin, E-mail: pavelkom112@yandex.ru

Аннотация. В связи с высокой неопределенностью компаниям приходится работать в нестабильной среде наполненной постоянными изменениями и возникновением все новых преград, поэтому они должны найти инструменты, позволяющие им не только справляться с колебаниями рынка, но и помочь занять лидирующие позиции. Одними из таких инструментов является стратегическая гибкость и ориентация на рынок, существует множество научной литературы касательно этих инструментов и их влияние на эффективность компании, однако вопрос о эффективности и взаимовлиянии инструментов между собой и на компанию недостаточно исследован, лишь в несколько научных работах иностранных исследователей затрагивается вопрос о взаимовлиянии стратегической гибкости и ориентацией на рынок предприятий определенных сфер.В статье приведены результаты исследований влияния ориентации на рынок и стратегической гибкости на эффективность производственные предприятия в энергетическом секторе России, так же рассмотрено взаимовлияние показателей между собой. Была разработана анкета на основе шкалы Лайкерта, она была направлена менеджерам компаний энергетического сектора для сбора данных. В результате исследований был проведен анализ научной литературы на предмет выявления определения стратегической гибкости, ориентации организации на рынок и эффективности, рассмотрены как мнения российских исследователей, так и зарубежных, выявлены общие сходства в понимании и сформулировано определение. Были выделены гипотезы о взаимовлиянии показателей, которые в ходе исследования были доказаны эмпирическим путём.

Abstract. Due to the high uncertainty, companies have to work in an unstable environment filled with constant changes and the emergence of new obstacles, so they must find tools that allow them not only to cope with market fluctuations, but also to help them take a leading position. One of such tools is strategic flexibility and market orientation, there is a lot of scientific literature on these tools and their impact on the company’s efficiency, however, the question of the effectiveness and mutual influence of tools among themselves and on the company has not been sufficiently investigated, only a few scientific papers of foreign researchers address the issue of the mutual influence of strategic flexibility and market orientation of certain enterprises. spheres. The article presents the results of research on the impact of market orientation and strategic flexibility on the efficiency of manufacturing enterprises in the energy sector of Russia, as well as the mutual influence of indicators among themselves. A questionnaire based on the Likert scale was developed, it was sent to managers of energy sector companies to collect data. As a result of the research, an analysis of the scientific literature was carried out to identify the definition of strategic flexibility, the orientation of the organization to the market and efficiency, both the opinions of Russian and foreign researchers were considered, common similarities in understanding were identified and a definition was formulated. Hypotheses about the mutual influence of indicators were identified, which were proved empirically during the study.

Ключевые слова: стратегическая гибкость, ориентация на рынок, эффективность, производительность, маркетинг, стратегический менеджмент

Keywords: strategic flexibility, market orientation, efficiency, performance, marketing, strategic management

 Ориентация на рынок

Формирование понятия ориентации на рынок начинается 1990-х годов, именно в это время Нарвер и Слейтер рассматривали ориентацию на рынок как организационную культуру [1], а Коли и Яворски [2] как набор организационных норм поведения или действий. В настоящее время уже сформулировано понимание того, что ориентация на рынок является важным инструментом для получения конкурентного преимущества на рынке. Для измерения ориентации на рынок Нарвером и Стейлером была разработана шкала оценки MKTOR [1], а Коли и Яровски шкала MARKOR [2].  MKTOR представляет собой 7-бальную шкалу Лайкерта с 14 утверждениями, затрагивающую ориентацию на потребителя, конкурентов и межфункциональную координацию, результатом оценки представляется среднее невзвешенное значение составляющих шкалы. Шкала MARKOR представляет собой 5-ти бальную шкалу Лайкерта с 20 утверждениями касающиеся текущих и будущих потребностей клиентов, осведомлённость персонала об этой информации и ответной реакции организации. Результат вычисляется аналогично шкале MKTOR, представляя среднее невзвешенное значение составляющих шкалы.

Ж-Ж. Ламбен рассматривает ориентацию на рынок как выбор между реагирующим поведением, реализуемое при стратегическом маркетинге отклика, и упреждающем – при стратегическом маркетинге предложения. Ориентация на рынок не акцентирует внимание на функциональных ролях отделов маркетинга, а включает в определение рынка все его ключевые субъекты и говорит о том, что развитие отношений с потребителями и увеличение ценности для потребителя является целью всех членов организации [3]. Ламбен предложил концептуальную модель рынка, при котором компании постоянно собирают информацию о каждом компоненте рынка (дистрибьюторы, конкуренты, потребители, лица влияния, макромаркетинговая среда). В разработанной Ламбеном анкете используется 10 бальная шкала Лайкерта, в дополненном Малковой виде (адаптированной для Российского рынка) представляет собой анализ несоответствий первого порядка (в случае низких результатов показывает слабую ОР компании, как следствие низкие финансовые показатели и неэффективная работа на рынки) и анализ несоответствий второго порядка (показывает степень непонимания важности той или иной информации о рынке и (или) уровень конфликтности между отделами.

Стратегическая гибкость

Для понимания значения стратегической гибкости стоит обратиться к фундаментальному значению понятия гибкость, оно означает упругий, изменяющийся в своих проявлениях, легко поддающийся изменениям, преобразованиям. Гибкость представляет собой изворотливость, способность легко приспосабливаться к обстоятельствам, успешно решать разнообразные трудности. Согласно экономическому словарю гибкость – мобильность, приспособляемость организаций и лиц, занимающихся экономической деятельностью, к перемене условий; умение, способность быстро изменять способ действий экономического субъекта [4].

В научной литературе термин стратегической гибкости впервые использовал известный ученый И. Ансофф, разделяя стратегическую гибкость на внутреннюю и внешнюю. Под внутренней гибкостью понимается способность предприятия перераспределять внутреннее ресурсы (материальные, профессиональные, управленческие) из одной стратегической зоны хозяйствования (СХЗ) в другую. В свою очередь внешняя гибкость определяется выбором поведения предприятия на рынке, которое может обеспечить ее независимость от одного вида деятельности, иными словами диверсификация производства. [5]. Л.В. Глухих определял стратегическую гибкость – как «способность компании использовать благоприятные стратегические неожиданности для укрепления своих конкурентных позиций и противостоять возможным угрозам» [6]. В.Н. Парахина считала, что стратегическая гибкость выступает как «потенциальная возможность предприятия быстро корректировать или разрабатывать новые стратегические финансовые решения при изменившихся внешних или внутренних условиях осуществления финансовой деятельности» [7]. И.В. Эмануэль говорил, что при динамично изменяющейся обстановке, как внешних, так и внутренних условий среды предприятия, «стратегическая гибкость представляет собой конкурентное преимущество и позволяет предприятию быстро корректировать или разрабатывать новые стратегические финансовые решения. Возможность своевременного маневрирования финансовыми ресурсами достигается при наличии на предприятии достаточного их размера в виде страховых резервов и интегрированного управления этим резервами». [8] И.Ю. Эрфорт рассматривает гибкость предприятия с позиций современных задач и критериев оценки результатов деятельности. Она считает, что гибкость предприятия — это «способность предприятия приспосабливаться к условиям внешней и внутренней среды, которая изменяется, для постоянного увеличения своей стоимости» [9]. Профессор Техасского университета Д. Кэллога определяет гибкое предприятие как «экономически эффективную бизнес-единицу, способную расти и развиваться в среде непредвиденных изменений, обеспечивая прибыльность, конкурентоспособность и постоянный рост добавленной стоимости». [10]. Т.В. Божидарник более узко рассматривает данное свойство и определяет гибкость предприятия как «процесс целенаправленных изменений параметров и элементов предприятия как экономикопроизводственной системы в соответствии с изменениями спроса» [9]. Точно так же гибкость предприятия рассматривается Ю.П. Коробецким и С.К. Рамазановым. Эти исследователи обращают внимание на свойства проявления гибкости как динамической характеристики развития, что подразумевает необходимость предприятия «увеличивать производительность и эффективность удовлетворения разнообразного спроса посредством оптимизации производственного процесса и при помощи использованя инноваций» [9]. П. Сенге достаточно емко определил стратегическую гибкость предприятия как «умение корректировать или разрабатывать стратегии в ответ на внешние или внутренние изменения». [11]

Исходя из вышеперечисленного можно сделать вывод, что само определение стратегической гибкости формулируется с учетом деятельности компании (производство, предоставление услуг и т.п.), преследуемых целей, однако сохраняет свои фундаментальные черты присущие гибкости. Так же стоит отметить, что все исследователи сходятся в одном – стратегическая гибкость необходимое свойство компании, чтобы сохранить и преумножить не только уровень компании на рынке, но и удовлетворить потребности большего числа потребителей, предугадывая их желания и предоставляя необходимые решения.

Эффективность

Эффективность работы фирмы является критической проблемой для всех организаций и связана со многими предшествующими факторами. Следует признать, что эффективность может быть измерена объективно или субъективно, и измерения эффективности могут быть классифицированы на финансовые и нефинансовые измерения. Производительность, рассматриваемая как показатель для оценки способности компании выживанию на рынке, является показателем, который объясняет реальную ситуацию в компании и то, как идут процессы, а также является ли деятельность организации успешной [17]. Финансовые показатели как показатель организационной эффективности широко использовались для оценки эффективности компаний с помощью финансовых коэффициентов или обычного вопросника, с другой стороны, удовлетворенность клиентов как нефинансовое измерение эффективности считается главным критерием успеха организации [18]. Многие исследователи рассматривали удовлетворенность потребителей как лучший инструмент для измерения эффективности компаний, более того, для измерения эффективности исследований и разработок в промышленных компаниях, объясняя, что разработка продукта приведет удовлетворению потребностей клиентов, следовательно, удовлетворенности клиентов [18]. Кроме того, удовлетворенность клиентов использовалась в качестве нефинансового показателя эффективности цепочки поставок.

Постановка цели

В контексте взаимоотношений между ОР и СГ Джонсон и др.[15] рассматривают как ориентацию на рынок, так и подход к сбору информации как вспомогательные факторы стратегической гибкости. Поскольку для компаний важно понимание того, каковы потребности клиентов и как их можно удовлетворить, в то же время, не забывая о действиях конкурентов. В таком ключе можно заметить, что ориентация на рынок является одним из важнейших столпов стратегической гибкости, которая определяется как способность фирмы распознавать происходящие колебания в окружающей среде. А затем быстро и эффективно использовать активы для выработки дополнительных мер реагирования на эти изменения. Кроме всего вышесказанного, можно добавить, что общим между ОР и СГ является информация, поскольку СГ относится к способности компании справляться с непредсказуемыми и неопределенными ситуациями, вызванными, в основном, недостатком информации, осведомлённости о происходящем в бизнес среде. Таким образом, ориентированные на рынок компании обладают достаточной квалификацией, чтобы применять СГ в качестве механизма борьбы с неопределенностью. В статье Атуахене и др. [16] доказывается, что ориентированные на рынок компании обладают способностью избегать угроз гораздо лучше, чем неориентированные, особенно на неспокойных рынках, а также то, что ориентированные на рынок компании имеют больше возможностей противостоять неопределенности окружающей среды.

Основываясь на вышеизложенном, формируется цель исследования: установление интегрированной основы между ориентацией на рынок и стратегической гибкостью как механизмом улучшения и повышения эффективности деятельности компаний, а также анализ степени использования стратегической гибкости, ориентации на рынок и их влияние как на финансовые показатели, так и на удовлетворенность потребителей продукции производственных предприятий в энергетическом секторе России.

Разработка гипотез

Ориентация на рынок и эффективность

Ориентация на рынок — это маркетинговая стратегия, которая позволяет компаниям создавать добавленную стоимость для клиентов и, следовательно, повышать эффективность работы компаний [2]. Согласно Sáenz, M.J.etal[20], ОР является важным источником обучения компании и влияет на производительность компаний. В том же отношении Narver&Slater [1] отметили, что ОР как маркетинговая стратегия позволяет компании удовлетворять потребности клиентов и реагировать на стратегии конкурентов, в результате чего компания сможет конкурировать на рынке. Li &Zhou[19] отметили, что ОР также позволяет компаниям добиться дифференциации или преимущества при низких затратах. Так что, возможно, ориентация на рынок может повысить финансовые показатели компаний за счет снижения издержек. В том же контексте рентабельность рассматривается как результат ОР [1]. Как эмпирические результаты, ОР положительно влияет на производительность фирмы (удовлетворенность клиентов и финансовые показатели). Таким образом, в исследовании была выдвинуты гипотезы о том, что:

Гипотеза 1 – Существует положительная взаимосвязь между ориентацией на рынок и удовлетворенностью клиентов.

Гипотеза 2 – Существует положительная взаимосвязь между ориентацией на рынок и финансовыми показателями.

Стратегическая гибкость и эффективность

Многие исследования были направлены на изучение связи между СГ и эффективностью компаний, в них использовались либо финансовые показатели, либо внутренние измерения. С другой стороны, многие ученые четко указали, что удовлетворенность клиентов должна использоваться в качестве показателя эффективности в рамках отношений с СГ. В том же контекстеSáenz, M.J. etall.[20] отметили, что гибкость является основным механизмом реагирования на меняющиеся бизнес-среды, где требования клиентов сильно меняются, и это косвенный сигнал для изучения взаимосвязи между удовлетворенностью клиентов и СГ. Таким образом, в исследовании была выдвинута гипотеза о том, что:

Гипотеза 3 – Существует положительная взаимосвязь между стратегической гибкостью и удовлетворенностью клиентов.

Гипотеза 4 – Существует положительная взаимосвязь между стратегической гибкостью и финансовыми показателями.

Методы исследования и сбора данных

В исследовании используются количественные показатели, полученные при помощи анкетирования топ менеджмента компании. Так как исследование носит пробный характер опрос производился в доступном (исследователям) окружении, в случае подтверждения гипотез, планируется провести более тщательное исследование, затрагивающее всю энергетическую отрасль России. В анкете использовалась 5 бальная шкала Лайкерта, опрашиваемые руководители работают в компании более 5 лет, все финансовые показатели оценивались субъективно исходя из общедоступных источников информации. Количество опрошенных руководителей 21. Стратегическая гибкость измеряется на основе модели Чжоу и Ву[14], для ориентации на рынок измерение происходит по методике Коли и Яворски[2], в то время как эффективность (удовлетворенность клиентов) измеряется с использованием моделей, разработанных Нарасимханом и др. [13]. Модель Флинна, Хо и Чжао[12], используемая для измерения финансовых показателей.

Анализ и результаты

Тест на надежность выполнен с помощью альфа-теста Кронбаха, который дает результат внутренней непротиворечивости анкеты, т.е. насколько вопросы и переменные связаны друг с другом. Согласно результатам данного исследования, используемым измерением является надежен, так как результаты альфа более 0,70.

По результатам регрессионного анализа (таблица 2) связь между удовлетворенностью потребителей и стратегической гибкостью статистически значима, следовательно, гипотеза H1 поддерживается (существует положительная связь между стратегической гибкостью и удовлетворенностью потребителей). Другими словами, стратегическая гибкость оказывает положительное влияние на удовлетворение потребителей. Более того, (R² = 0,430) означает, что стратегическая гибкость проясняет 43,0% изменений в удовлетворенности потребителей.

Связь между финансовыми показателями и стратегической гибкостью является статистически значимой. Таким образом, гипотеза Н2 (существует положительная взаимосвязь между стратегической гибкостью и финансовыми показателями) также подтверждается. Стратегическая гибкость и финансовые показатели положительно и значительно коррелируют друг с другом (R²= 0,334). Таким образом, стратегическая гибкость проясняет 33,4% изменений в финансовых показателях.

Согласно результатам регрессионного анализа, связь между удовлетворенностью потребителей и ориентацией на рынок является статистически значимой. И ориентация на рынок, и удовлетворенность потребителей положительно коррелируют друг с другом (R²= 0,515). Таким образом, ориентация на рынок проясняет 51,5% изменений в удовлетворенности потребителей. Таким образом, гипотеза H3 (существует положительная взаимосвязь между ориентацией на рынок и удовлетворенностью потребителей) подтверждается. Иными словами, ориентация на рынок оказывает положительное и значительное влияние на удовлетворенность потребителей.

В то же время ориентация на рынок и финансовые показатели положительно и значимо коррелируют друг с другом (R²= 0,232). Таким образом, ориентация на рынок объясняет 22,4% изменений финансовых показателей. Таким образом, гипотеза Н4 (существует положительная взаимосвязь между ориентацией на рынок и финансовыми показателями) также подтверждается.

Вывод

Основываясь на взаимосвязи между ориентацией на рынок, стратегической гибкостью и эффективностью компании, можно сделать вывод, что ориентация на рынок и стратегическая гибкость оказывают положительное влияние на эффективность предприятий, а ориентация на рынок как стратегический механизм в маркетинге и стратегическая гибкость как механизм стратегического управления могут быть интегрированы вместе и работать синергетически, чтобы улучшать и усиливать показатели деятельности компаний, особенно в условиях неопределенности бизнес-среды, эта интеграция между двумя механизмами различных дисциплин менеджмента мотивирует менеджеров глубже изучать практическую значимость и процессы маркетинга и стратегии как единого блока. Можно сказать, что компании, ориентированные на рынок, могли бы быть гибкими, потому что у них есть информация о рынке, и менеджеры должны быть в состоянии определить различные методы получения требуемой информации о рынке и его компонентах, и понимать, как они могут оптимально использовать эту информацию, и выбрать наилучшее время для реагирования на изменения рынка и неопределенные ситуации, чтобы избежать угроз и воспользоваться возможностями раньше конкурентов.

Динамичная бизнес-среда представляет, как большие возможности, так и угрозы, поэтому компаниям следует внимательно относиться к своей деятельности и находить наилучшие методы, позволяющие избегать угроз и использовать возможности, особенно в условиях острой конкуренции. Как упоминалось в исследовании, как стратегическая гибкость, так и ориентация на рынок признаны эффективными методами получения конкурентного преимущества и улучшения механизмов работы компаний, которые помогают компаниям улучшить свои показатели и приобрести конкурентное преимущество. В результате, стратегическая гибкость в дополнение к ориентации на рынок требует также приобретения, ассимиляции внутренних ресурсов для получения большей выгоды. Взаимосвязь между ориентацией на рынок и стратегической гибкости производственных предприятий все еще нуждается в дальнейших исследованиях, чтобы исследователи и менеджеры могли понять, как они могут применить свои выводы для повышения эффективности компаний, особенно в свете высокой стоимости применения различных вариантов и перехода от одного плана к другому в неопределенных ситуациях. Им также необходимо учитывать высокую стоимость сбора разведданных и то, как это может повлиять на финансовые показатели компаний.

Список источников

1. NarverJ. C., SlaterS. F. 1990. The effect of a market orientation on business profitability. Journal of Marketing 54 (4): 20–35.
2. Kohli A. K., Jaworski B. J. 1990. Market orientation: The construct, research propositions, and managerial implications. Journal of Marketing 54 (2): 1–18.
3. Ламбен, Жан-Жак Менеджмент, ориентированный на рынок / Жан-Жак Ламбен ; Пер. с англ. под. ред. В. Б. Колчанова. – СПб. : Питер, 2004. – 800 с.
4. Экономика и право: словарь-справочник. — М.: Вуз и школа. Л. П. Кураков, В. Л. Кураков, А. Л. Кураков. 2004.
5. Ансофф И. Стратегический менеджмент. Классическое издание. Пер. с англ. — СПб.: Питер, 2009. — С. 414.
6. Глухих Л.В. Методология разработки и реализации конкурентной стратегии на современных промышленных предприятиях // Экономика и предпринимательство. – 2012. — № 4. – С. 199-204.
7. Парахина В.Н. Стратегический менеджмент // Учебное пособие для бакалавров. – М.: КноРус, 2012. – 496 с.
8. Эмануэль И.В. Значение стратегической гибкости менеджмента корпорации при инновационном развитии для достижения конкурентных преимуществ // Вестник Российской академии естественных наук (Санкт-Петербург). 2010. № 3. С. 60 – 66.
9. Гершун A.M. Создание и реализация стратегии предприятия на базе системы взаимосвязанных показателей. — URL: http://quality.eup.ru/DOCUM2/sirs.html. [Электронный ресурс] (дата обращения 12.06.2022).
10. Большой экономический словарь. — URL: http://slovari.yandex.ru. [Электронный ресурс] (дата обращения 12.06.2022).
11. Сенге П. Стратегическая гибкость / П. Сенге и др. Пер. с англ. –СПб.: Питер, 2013. – 383 с.
12. Flynn, B. B., Huo, B., & Zhao, X. (2010). The impact of supply chain integration on performance: A contingency and configuration approach. Journal of operations management, 28(1), 58-71.
13. Narasimhan, R., Talluri, S., & Das, A. (2004). Exploring flexibility and execution competencies of manufacturing firms. Journal of Operations Management, 22(1), 91-106.
14. Zhou, K.Z. and Wu, F. (2010). Technological capability, strategic flexibility, and product innovation. StrategicManagement Journal, 31, pp. 547–561
15. Johnson, J.L., Pui-Wan Lee, R., Saini, A. and Grohmann, B. (2003), “Market- focused strategic flexibility: conceptual advances and an integrative model”, Journal of the Academy of Marketing Science, Vol. 31, Winter, pp. 74-89.
16. Atuahene‐Gima, K., Slater, S. F., & Olson, E. M. (2005). The contingent value of responsive and proactive market orientations for new product program performance. Journal of product innovation management, 22(6), 464-482.
17. Chan, A. T., Ngai, E. W., & Moon, K. K. (2017). The effects of strategic and manufacturing flexibilities and supply chain agility on firm performance in the fashion industry. European Journal of Operational Research, 259(2), 486-499.
18. Williams, S.C., Boso, N., Shaw, N. and Allen, D., 2016. Customer satisfaction as a performance measurement and management tool in English social housing.
19. Li, J. J., & Zhou, K. Z. (2010). How foreign firms achieve competitive advantage in the Chinese emerging economy: Managerial ties and market orientation. Journal of Business Research, 63(8), 856-862.
20. Sáenz, M.J., Knoppen, D., &Tachizawa, E. M. (2018). Building manufacturing flexibility with strategic suppliers and contingent effect of product dynamism on customer satisfaction. Journal of purchasing and supply management, 24(3), 238-246.

References

1. Narver J. C., Slater S. F. 1990. The effect of a market orientation on business profitability. Journal of Marketing 54 (4): 20–35.
2. Kohli A. K., Jaworski B. J. 1990. Market orientation: The construct, research propositions, and managerial implications. Journal of Marketing 54 (2): 1–18.
3. Lamben, Zhan-ZhakMenedzhment, orientirovanny`jnary`nok / Zhan-ZhakLamben ; Per. s angl. pod. red. V. B. Kolchanova. – SPb. :Piter, 2004. – 800 s.
4. E`konomikaipravo: slovar`-spravochnik. — M.: Vuzishkola. L. P. Kurakov, V. L. Kurakov, A. L. Kurakov. 2004.
5. Ansoff I. Strategicheskijmenedzhment. Klassicheskoeizdanie. Per. s angl. — SPb.: Piter, 2009. — S. 414.
6. Gluxix L.V. Metodologiyarazrabotkiirealizaciikonkurentnojstrategiinasovremenny`xpromy`shlenny`xpredpriyatiyax // E`konomikaipredprinimatel`stvo. – 2012. — № 4. – S. 199-204.
7. Paraxina V.N. Strategicheskijmenedzhment // Uchebnoeposobiedlyabakalavrov. – M.: KnoRus, 2012. – 496 s.
8. E`manue`l` I.V. Znacheniestrategicheskojgibkostimenedzhmentakorporaciipriinnovacionnomrazvitiidlyadostizheniyakonkurentny`xpreimushhestv // VestnikRossijskojakademiiestestvenny`xnauk (Sankt-Peterburg). 2010. № 3. S. 60 – 66.
9. Gershun A.M. Sozdanieirealizaciyastrategiipredpriyatiyanabazesistemy` vzaimosvyazanny`xpokazatelej. — URL: http://quality.eup.ru/DOCUM2/sirs.html. [E`lektronny`jresurs] (data obrashheniya 12.06.2022).
10. Bol`shoje`konomicheskijslovar`. — URL: http://slovari.yandex.ru. [E`lektronny`jresurs] (data obrashheniya 12.06.2022).
11. Senge P. Strategicheskayagibkost` / P. Senge i dr. Per. s angl. –SPb.: Piter, 2013. – 383 s.
12. Flynn, B. B., Huo, B., & Zhao, X. (2010). The impact of supply chain integration on performance: A contingency and configuration approach. Journal of operations management, 28(1), 58-71.
13. Narasimhan, R., Talluri, S., & Das, A. (2004). Exploring flexibility and execution competencies of manufacturing firms. Journal of Operations Management, 22(1), 91-106.
14. Zhou, K.Z. and Wu, F. (2010). Technological capability, strategic flexibility, and product innovation. StrategicManagement Journal, 31, pp. 547–561
15. Johnson, J.L., Pui-Wan Lee, R., Saini, A. and Grohmann, B. (2003), “Market- focused strategic flexibility: conceptual advances and an integrative model”, Journal of the Academy of Marketing Science, Vol. 31, Winter, pp. 74-89.
16. Atuahene‐Gima, K., Slater, S. F., & Olson, E. M. (2005). The contingent value of responsive and proactive market orientations for new product program performance. Journal of product innovation management, 22(6), 464-482.
17. Chan, A. T., Ngai, E. W., & Moon, K. K. (2017). The effects of strategic and manufacturing flexibilities and supply chain agility on firm performance in the fashion industry. European Journal of Operational Research, 259(2), 486-499.
18. Williams, S.C., Boso, N., Shaw, N. and Allen, D., 2016. Customer satisfaction as a performance measurement and management tool in English socialhousing.
19. Li, J. J., & Zhou, K. Z. (2010). How foreign firms achieve competitive advantage in the Chinese emerging economy: Managerial ties and market orientation. Journal of Business Research, 63(8), 856-862.
20. Sáenz, M.J., Knoppen, D., &Tachizawa, E. M. (2018). Building manufacturing flexibility with strategic suppliers and contingent effect of product dynamism on customer satisfaction. Journalofpurchasingandsupplymanagement, 24(3), 238-246.

Для цитирования: Тарасьев А.А., Илышева М.А., Детков А.А., Комаров П.А., Влияние стратегической гибкости и ориентации на рынок на производственные предприятия энергетического сектора // Московский экономический журнал. 2022. № 11 URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-11-2022-11/

© Тарасьев А.А., Илышева М.А., Детков А.А., Комаров П.А., 2022. Московский экономический журнал, 2022, № 11.

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 332.3,622.691.4.053

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_11_640

АНАЛИЗ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ТЕРРИТОРИЮ СТРОИТЕЛЬСТВА МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА «МГ ЯЛТА-ФОРОС-СЕВАСТОПОЛЬ (УЧАСТОК ЯЛТА-ВЕСЕЛОЕ)»

ANALYSIS OF ANTHROPOGENIC IMPACT ON THE TERRITORY OF THE CONSTRUCTION OF THE MAIN GAS PIPELINE «MGP YALTA-FOROS-SEVASTOPOL (PLOT YALTA-VESELOE)»

Мурашева Алла Андреевна, д.э.н., кандидат технических наук, профессор, заведующая кафедрой экономики и управления недвижимостью, ФГБОУ ВО Государственный университет по землеустройству, E-mail: amur2@nln.ru

Терехова Марина Владимировна, аспирант кафедры землеустройства, ФГБОУ ВО Государственный университет по землеустройству, E-mail: mar_terehova@mail.ru

Murasheva Alla Andreevna, doctor of economic Sciences, candidate of technical Sciences, associate Professor, head of the Department of real estate Economics, FSBEI of HE «State University of Land Use Planning» E-mail: amur2@nln.ru

Terehova Marina Vladimirovna, postgraduate student of the Department of Land Management, State University of Land Management, E-mail: mar_terehova@mail.ru

Аннотация. В настоящее время на территории Республики Крым ведутся строительные работы по магистральному газопроводу «Строительство МГ Ялта-Форос-Севастополь (участок Ялта-Веселое)» (далее по тексту — Объект). Общая протяженность труб газопровода (проектная) составляет 26 км. В статье приведены характеристики  существующего состояния компонентов окружающей среды в районе размещения Объекта, источников загрязнения атмосферного воздуха в процессе строительства и эксплуатации проектируемого Объекта, определено воздействие Объекта на окружающую среду.

Приведен прогноз возможных неблагоприятных изменений природной среды, даны рекомендации и предложения по предотвращению неблагоприятных техногенных последствий. Предложены современные технологические решения и природоохранные мероприятия, обеспечивающие строительство и эксплуатацию Объекта с минимальными нарушениями природной среды.

Рассмотрены проектные решения с точки зрения их воздействия на состояние земельных ресурсов, объектов флоры и фауны, поверхностных и подземных вод, разработаны мероприятия по их охране от истощения и загрязнения, рациональному использованию и охране земельных ресурсов, восстановлению территории после размещения Объекта, охране растительного и животного мира, охране почв при размещении отходов производства.

Abstract. Currently, construction works are underway on the territory of the Republic of Crimea on the main gas pipeline «Construction of the Yalta-Foros-Sevastopol MGP (Plot Yalta-Veseloe)» (hereinafter referred to as the Object). The total length of the gas pipeline pipes (design) is 26 km. The article presents the characteristics of the existing state of environmental components in the area of the Facility location, sources of atmospheric air pollution during the construction and operation of the projected Facility, the impact of the Facility on the environment is determined.

The forecast of possible adverse changes in the natural environment is given, recommendations and suggestions for the prevention of adverse technogenic consequences are given. Modern technological solutions and environmental protection measures are proposed to ensure the construction and operation of the Facility with minimal violations of the natural environment.

Design solutions are considered from the point of view of their impact on the state of land resources, flora and fauna objects, surface and groundwater, measures have been developed to protect them from depletion and pollution, rational use and protection of land resources, restoration of the territory after the placement of the Object, protection of flora and fauna, protection of soils during the disposal of industrial waste.

Ключевые слова: деятельность, окружающая среда, магистральный газопровод, загрязняющие вещества, негативное воздействие, результаты исследований, заказник, заповедник, краснокнижные растения

Keywords: activity, environment, main gas pipeline, pollutants, negative impact, research results, nature reserve, nature reserve, red book plants

Краткая техническая характеристика объекта. В административном отношении исследуемый участок расположен на территории Бахчисарайского района (подключение к газопроводу) и городского округа Ялта (размещение ГРС восточнее с. Оползневое около 850м) Республики Крым Российской Федерации. Предусматривается строительство блочной газораспределительной станции заводской готовности на новой площадке для обеспечения потребностей в природном газе и газопровод-отвод с сопутствующими сооружениями. В одном коридоре с газопроводом планируется проложить кабель связи к автоматизированной газораспределительной станции.

Цель строительства Объекта — подача природного газа коммунально-бытовым потребителям и населению городского округа Ялты Республики Крым, при условии выполнения мероприятий максимальной защиты природной среды.

Назначение Объекта: сооружения топливно-энергетических, нефтехимических, газохимических и химических предприятий и магистрального трубопроводного транспорта.

Характеристика существующего состояния компонентов окружающей природной среды в районе расположения района намечаемой деятельности. Согласно карте, «Ландшафты Крыма» (рисунок 1) участок Объекта располагается частично на склоновом низкогорье на песчаниках, конгломератах средней юры и Таврическом флише с бурыми горнолесными почвами под сосновыми и буковыми лесами, а также на эрозионных низкогорьях, на отложениях таврического флиша с древнеоползневыми известняковыми формами, с бурыми горнолесными почвами под дубовыми и сосновыми лесами и шибляковыми зарослями.

Официально зарегистрированные объекты культурного наследия, скотомогильники, биотермические ямы и сибиреязвенные захоронения на территории Объекта отсутствуют.

Участок проектирования, согласно геоморфологическому районированию, относится к провинции Горного Крыма (морфоструктура I порядка), подпровинции Главной гряды Крымских гор (морфоструктура II порядка), к области Южного берега (морфоструктура III порядка).

Для характеристики климата использованы данные многолетних наблюдений метеостанции МГ Ялта. Согласно схеме А1 СП 131.13330.2012 климатического районирования, участок проектирования входит в IV Б климатический район. Область представляет собой наклонное низкогорье, изрезанное долинами рек, балками и оврагами [1].

Источниками загрязнения атмосферного воздуха в Республике Крым являются промышленные предприятия и различные виды транспорта. Основным источником загрязнения атмосферного воздуха на участке является автотранспорт. Данные о фоновых концентрациях загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и климатические характеристики в районе расположения Объекта предоставленных ФГБУ «Крымский УГМС», приведены в таблице 1. Фон определен без учета вклада предприятия.

Фоновые концентрации основных загрязняющих веществ не превышают ПДК максимально разового ни по одному из показателей, следовательно, фон в пределах нормы.  В целом, состояние атмосферного воздуха района проектируемого строительства удовлетворительное, и представляется благоприятным для строительства Объекта. Концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе не превышают 0,4 ПДК.

В геологическом строении район Объекта, согласно опубликованным данным, принимают участие породы таврической серии, представленные ритмично переслаивающимися аргиллитами, алевролитами и песчаниками и преимущественно слоистыми глинистыми и пелитоморфными серыми известняки с мощными линзами рифогенных известняков.

На основании Государственной геологической карты (издание 2005 г. под редакцией С.В. Белецкого) участок приурочен к Горнокрымской складчато-надвиговой области, горной структурной зоне.

Район работ приурочен к Главной гряде Крымских гор. По гидрогеологическому районированию относится к провинции Г – мегантиклинорий горного Крыма, области Западно-Крымского синклинория (XII), гидрогеологический район – 1 область питания трещинно-карстовых вод (сложен известняками средней юры). Согласно СП 11-105-97 ч. II приложения И исследуемая территория в целом относится к III области (не подтопляемые), III-А району (не подтопляемые в силу геологических, гидрогеологических, топографических и других естественных причин), и к участку III-А-1 (подтопление отсутствует и не прогнозируется в будущем).

Район работ по сложности инженерно-геологических условий (геоморфологических – один геоморфологический элемент; геологических – пять ИГЭ; инженерно-геологические процессы – высокая сейсмичность) относится к III категории сложности, согласно таб. Г1 приложения Г СП 47.133330.2016 [2].

В сейсмическом отношении участок объекта относится к сейсмически опасным районам. В соответствии с картой ОСР-2015-В и СП 14.13330.2014, фоновая (средняя) сейсмичность участка для уровня риска «В» составляет 9 баллов при повторяемости 1 раз в 1000 лет с вероятностью 0,95% не превышения этой величины в ближайшие 50 лет. Фоновая сейсмичность района в соответствии СП 14.13330.2014 и карте B ОСР–2015 составляет 9 баллов [3].

Согласно СП 11-105-97 ч. II приложения И исследуемая территория относится к III области (по наличию процесса подтопления – не подтопляемая), к III-A району (по условиям развития процесса – не подтопляемые в силу геологических, гидрогеологических, топографических и других естественных причин), к III-A-1 участку (по времени развития процесса – подтопление отсутствует и не прогнозируется в будущем) [4].

Согласно карте карстоопасности Крыма участок работ приурочен к району с высоким уровнем потенциальной карстоопасности.

Растительность участка проектирования представлена горно-луговой растительностью. Местами на территории исследований произрастает древесно-кустарниковая растительность, представленная сосной крымской, боярышником красным, яблоней лесной, боярышником поярковым. Территория объекта попадает в ареал произрастания растений, занесенных в красную Книгу Российской Федерации и Республики Крым.

При проведении почвенных исследований, согласно ГОСТ 17.4.4.02-2017, на участке трассы расположенном в границах заказника регионального значения Республики Крым «Ай-Петринская яйла», на территории земель относящихся к землям лесного фонда (от ПК 178+79,31 до ПК 191+73,71 и от ПК 215+27,33 до ПК 223+31,75) были отобраны 15 проб почвогрунтов 5 отобранных методом конверта с глубины 0,0-0,2 м 10 из геологических скважин с глубины 0,2-1,0, 1,0-2,0 м [5]. Результаты определения содержания загрязняющих веществ и санитарного состояния почвенного слоя представлены в таблице 2.

Коэффициент концентрации химического вещества (Кс) определяется отношением фактического содержания определяемого вещества в почве (Сi) в мг/кг почвы к региональному фоновому (Сфi):

Суммарный показатель загрязнения (Zс), равен сумме коэффициентов концентраций химических элементов-загрязнителей и выражен формулой:

n — число определяемых суммируемых вещества;

Ксi — коэффициент концентрации i-го компонента загрязнения.

Определение суммарного показателя загрязнения почвы, выполнено в соответствии с п. 6.7, МУ 2-1-7-730-99 «Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест» и результаты приведены в таблице 3 [6]. Результаты определения содержания загрязняющих веществ и санитарного состояния почвенного слоя представлены в таблице 4.

Согласно проведенных исследований в соответствии с СанПиН 2.1.7.1287-03 почвы и грунты участка Объекта относятся к категории «опасные» по содержанию мышьяка в пробах, отобранных на территории заказника в точках №1 на всю глубину до 2 м, №2 на глубине 1,0-2,0 м, и в пробе №4 с поверхности. Таким образом, по санитарно-химическим показателям, согласно СанПиН 2.1.7.1287-03 «Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почв и грунтов», по степени химического загрязнения исследованные почвы на участках ООПТ классифицируются как:

• «опасные» по содержанию мышьяка в точках №1 на всю глубину до 2 м, №2 на глубине 1,0-2,0 м, и в пробе №4 с поверхности, а также по содержанию цинка в пробе №1- ограниченное использование под отсыпки выемок и котлованов с перекрытием слоем чистого грунта не менее 0,5 м;
• «допустимые» во всех остальных пробах — использование без ограничений, исключая объекты повышенного риска [7].

Особо-охраняемые территории и зоны с особым режимом использования. Заповедный фонд Крыма за годы своего развития стал важнейшим показателем эталонно-научного и природно-ресурсного потенциала полуострова. Это естественный средосохраняющий и средовоспроизводящий источник равнинно-степной, горнолесной и южнобережно-субсредиземноморской природы полуострова [8].

Участок строительства Объекта частично располагается в границах Ялтинского горно-лесного природного заповедника, располагается в проектных границах его охранной зоны, также частично проходит в границах зоны с особыми условиями использования территории, а именно по территории земель особо охраняемых природных территорий – Государственному природному заказнику регионального значения Республики Крым «Ай-Петринская яйла» (площадь пересечения составляет 2,65 га), а также на землях  лесного фонда Куйбышевского лесничества общей площадью 17,5 га, в т.ч. на территории Соснового участкового лесничества — 11,61 га (квартала — 23, 24, 30, 38, 40, 44, 45, 49), земли Соколинского участкового лесничества — 5,93 га (квартал 62, 63, 64, 66, 85).

Трасса проектируемого газопровода проходит по выделенной полосе, которая исключена из состава заказника «Ай-Петринская яйла» и только на протяжении 4 км находится на территории заказника. Трасса Объекта проходит в границах ООПТ регионального значения «Ай-Петринская яйла» двумя участками: от ПК 178+79,31 до ПК 191+73,71; от ПК 215+27,33 до ПК 223+31,75.

Согласно Постановлению Совета министров Республики Крым от 2 октября 2018 года №478 «О внесении изменений в постановление от 21 февраля 2017 года №94» (дата публикации 09.10.2018 г.), которое вносит изменения в ряд Положений об ООПТ Республики Крым (Ай-Петринская яйла, Кастель, Караби-Яйла, урочище Караби-Яйла, Горный карст Крыма, Зеленое кольцо и др.) в частности разрешает «реконструкцию и строительство (размещение) стационарных и временных объектов в рамках реализации Государственных программ, утвержденных в установленном порядке» на территории заказника «Ай-Петринская яйла» [9].

Действующий Государственный природный ландшафтный заказник «Ай-Петринская яйла» (далее по тексту-Заказник) располагается в Крымско-Кавказской физико-географической стране, в пределах Ай-Петринской яйлы, Главной гряды Крымских гор, простирается с юго-запада на северо-восток на 12,5 км, а с юга на север – на 7 км. Территория природного заказника «Ай-Петринская яйла» является областью питания подземных вод, используемых для водоснабжения населенных пунктов, индивидуальна по богатству и разнообразию биоты, живописности и оригинальности ландшафтов, культурно- исторических памятников [10].

Флора Ай-Петринской яйлы насчитывает свыше 600 видов, среди них 50 видов эндемичных растений. Животный мир западных яйлинских ландшафтов в главных чертах соотносится с высотно-поясными зоокомплексами Горного Крыма и сочетает в себе представителей как горно-лугово-степной, так и горнолесной фауны [11]. Наблюдается достаточно четкое распределение фауны по яйлинским открытым биотопам, закрытым лесным биотопам, полуоткрытым лесостепным биотопам и скально-карстовым биотопам. Многие виды животных являются редкими, занесены в Красные книги РК и РФ. Ай-Петринская яйла представляет научный интерес как один из самых закарстованных ландшафтов Горного Крыма, в котором насчитывается 352 карстовые полости (пещеры, шахты, колодцы). Активная закарстованность литогенной основы Ай-Петринского ландшафтного заказника оказывает существенное влияние на развитие всей совокупности физико-географических условий территории нагорного плато: пестроту и мозаичность гидроклиматических элементов, почвенного и растительного покрова. Вследствие активного развития процессов карста в пределах яйлы развита сложная подземная гидрография и депонируются запасы карстовых вод. Флора сосудистых растений Ай-Петринской яйлы составляет свыше 600 видов и подвидов, что является наивысшим показателем фиторазнообразия среди яйлинских массивов Главной гряды. Здесь отмечается высокий уровень видообразования на яйле, проявляющийся в большом количестве форм, разновидностей и молодых видов растений, а также таксонов с переходными признаками. Западно-яйлинские карстовые ландшафты области Главной Крымской гряды демонстрируют наибольший уровень эндемизма среди природно-территориальных комплексов Крымского полуострова. Общая площадь мест произрастания редких видов растений в коридоре газопровода составляет 33,305 га (рисунок 2).

Природные комплексы Заказника являются наименее нарушенными, что объясняется их слабой доступностью и ограничением хозяйственного использования. Строительство магистрального газопровода приведет нарушению природных комплексов, повлечет за собой уничтожение участков травянистой и древесно-кустарниковой растительности, работа строительной техники создаст фактор беспокойства, что может привести к тому, что животные начнут покидать привычные места обитания.

Таким образом, для реализации данного проекта проведена экологическая экспертиза на участке трассы, расположенной на территории Государственного природного заказника регионального значения Республики Крым «Ай-Петринская яйла» для минимизации воздействия на природную экосистему и разработки мероприятий по восстановлению природной среды.

Ялтинский горнолесной природный заповедник (далее по тексту- Заповедник) является одним из уникальных природных комплексов, сконцентрировавшим на относительно небольшой площади более 1400 видов высших сосудистых растений, 180 видов мхов, более 330 лишайников и 230 видов грибов. Значительная их часть которых имеет высокий природоохранный статус. На территории заповедника отмечено 143 вида растений, занесенных в «Европейский Красный список животных и растений, находящихся под угрозой уничтожения в мировом масштабе», 48 видов, охраняемых Красной книгой Российской Федерации (2008), 144 вида растений в Красную книгу Республики Крым (2015) [12].

Роль Заповедника, как биогенетического резервата подчеркивается также и высоким уровнем эндемизма – 8 % растений общей флоры заповедника относятся к категории эндемичных видов. Не менее представлены на страницах «Красных книг» и животные, обитающие на территории заповедника – 143 вида фауны занесены в «Европейский Красный список животных и растений, находящихся под угрозой исчезновения в мировом масштабе», 28 –в Красную книгу РФ (2008), 74 – в Красную книгу Республики Крым (2015). Значительная часть охраняемых видов растений и животных имеют весьма ограниченное распространение на территории Российской Федерации и Крыма, и представлены большей частью своего ареала на территории заповедника. Наиболее уникальным и редким видом перепончатокрылых насекомых заповедника, занесенных в Красную книгу Крыма (2015) и внесенным в новый «Список объектов животного мира, занесенных в Красную книгу Российской Федерации (по состоянию на 1.09.2016 г.)», является крымская эндемичная оса целонитес крымский (Celonites abbreviatus tauricus Kostylev, 1935). В пределах района строительства Объекта газопровода также зарегистрировано 35 видов животных,  занесенных в Красную книгу РК, из них 6 видов занесены в Красную книгу РФ. Также зарегистрировано 17 видов растений, внесенных в Красную книгу РК, из них 7 видов – в Красной книге РФ (рисунок 3).

Ситуация в приграничной зоне Ялтинского горнолесного природного заповедника характеризуется высоким уровнем антропогенной нагрузки на эти территории. Основными факторами антропогенного воздействия является рекреационное строительство, инфраструктурных объектов – газопровода, линий электропередач, карьеров, кладбищ, водоводов, дорог, других инженерных сооружений. Это привело к сильной дефрагментации лесных массивов, особенно, находящихся ниже автомобильной дороги «Ялта – Севастополь», а также в зоне непосредственного контакта с селитебными территориями. В результате исторически сложившегося и современного антропогенного воздействия часть лесных ареалов (ранее вероятно относившихся к территории Ялтинского горно-лесного природного  заповедника в соответствии с плановыми материалами лесоустройства) не соответствуют статусу природного заповедника, застроены, утратили свой природный потенциал и оказались практически полностью техногенно-преобразованными и сильно дефрагментированными инженерными коммуникациями, с практически полностью уничтоженным растительным покровом. Это характерно как для нижней, так и для верхней (яйлинской) части заповедника.

Согласно письму Министерства экологии и природных ресурсов Республики Крым, Объект также частично проходит по территории земель лесного фонда Куйбышевского лесничества Соколинского участкового лесничества кварталов № 62, 63, 64,66,85, и Соснового участкового лесничества кварталов 23,24,30,38,40,44,45,49. В соответствии с приказом Минприроды Крыма от 23.03.2017 № 587 «Об отнесении лесов на территории Республики Крым к защитным лесам и установлении их границ» (с изменениями и дополнениями), испрашиваемые лесные участки отнесены к следующим категориям защитных лесов: леса, расположенные на особо охраняемых природных территориях; ценные леса, противоэрозионные леса [13].  В полосе Объекта по территории Соснового и Соколинского участковых лесничеств Куйбышевского лесничества учтено 1625 экземпляров деревьев и кустарников, занесенных в Красную книгу Российской Федерации, из них сосна Палласа (крымская) – 1417 экз., тис ягодный — 1 экз. На территории Соснового участкового лесничества Куйбышевского лесничества, учтено 86 экземпляров деревьев и кустарников, занесенных в Красную книгу Республики Крым, из них можжевельник обыкновенный лат. Juníperus commúnis – 86 экз. Предусмотрена рубка данных экземпляров.

Оценка воздействия проектируемого объекта на окружающую среду. Процесс строительства и эксплуатации проектируемого газопровода и АГРС находится в тесном взаимодействии с природной средой. В процессе строительства и эксплуатации происходит воздействие на компоненты природной среды.  Решение проблемы охраны окружающей природной среды заключается в выявлении возможных источников воздействия на окружающую среду, состава и количества загрязняющих веществ и, соответственно, определении комплекса мероприятий, которые сводят к минимуму возможные воздействия и их последствия в процессе строительства и эксплуатации объекта. Источниками воздействия на природную среду будет являться процесс строительства и эксплуатации проектируемого объекта.

При строительстве кратковременными источниками воздействия на окружающую среду будут являться строительные машины и механизмы, передвижные сварочные агрегаты, окрасочные и погрузочно-разгрузочные работы.  При производстве строительно-монтажных работ возможно загрязнение грунтов строительными и бытовыми отходами, мусором, горюче-смазочными материалами. После окончания строительно-монтажных работ производится сбор строительного мусора и вывоз на согласованные свалки.

Возможны нарушения в виде уплотнений и разрыхления грунта, траншейные выемки. Воздействие кратковременных источников загрязнения атмосферы является локальным, непродолжительным и не окажет заметного влияния на загрязнение атмосферы в районе строительства объекта.  При эксплуатации газопровода и АГРС возможно механическое воздействие на грунты, проявляющееся в виде постепенного уплотнения грунтов под проектируемыми объектами, но это воздействие незначительное и к изменению структуры грунтов не приведет.

Воздействие на почвенно-растительный слой при строительстве проектируемых объектов проявляется в виде снятия плодородного слоя почвы. После окончания строительно-монтажных работ по трассе газопровода предусматриваются техническая рекультивация. Аварийное воздействие на окружающую среду при эксплуатации газопровода возможно при порыве трубопровода.

Источниками выбросов загрязняющих веществ при эксплуатации на площадке проектируемой АГРС будут являться свечи продувочные и аварийного сброса газа, резервный газогенератор и котлы узла подготовки теплоносителя.

По данному объекту в период эксплуатации в атмосферу выбрасываются 10 вредных веществ, образующих одну группу суммации [14]. Перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, их количество, значения предельно-допустимой концентрации (ПДК) в атмосферном воздухе населенных пунктов и класс опасности вредных веществ при эксплуатации представлены в таблице 5.

Воздействия на растительный и животный мир могут быть прямыми (механические повреждения, уничтожение, отравление производственными отходами, отработавшими газами транспортных средств или строительных машин, влияние шума и др.) или косвенными, которые обусловлены изменением среды обитания. Также предусматривается вырубка древесно-кустарниковой растительности.

Перечень мероприятий по предотвращению и (или) снижению возможного негативного воздействия намечаемой хозяйственной деятельности на окружающую среду и рациональному использованию природных ресурсов на период строительства и эксплуатации линейного объекта. Мероприятия по предотвращению загрязнения окружающей природной среды носят профилактический характер и заложены в конструктивных и технологических решениях при проектировании данного объекта:

• предусмотрена установка отключающей арматуры для возможности отключения отдельных участков газопровода для обеспечения локализации и ликвидации аварий, проведения ремонтных и аварийно-восстановительных работ;
• обозначение опознавательными знаками всех характерных точек газопровода (места поворота, тройники);
• предусмотрена установка контрольных трубок;
• для защиты от механических повреждений контрольных трубок предусмотрены коверы, которые устанавливают на бетонные железобетонные подушки, располагаемые на основании, обеспечивающем их устойчивость;
• в местах пересечения с автомобильными дорогами проектируемый газопровод высокого давления проложен в футляре;
• сварные соединения подлежат визуальному и измерительному контролю в целях выявления наружных дефектов всех видов, а также отклонений по геометрическим размерам и взаимному расположению элементов и др.
• для предупреждения и своевременной ликвидации утечек предусмотрен систематический контроль герметичности арматуры, сальниковых уплотнений, сварных и фланцевых соединений, трубопровода.

Мероприятия по охране и рациональному использованию земельных ресурсов. Охрана земель включает в себя разработку и осуществление мероприятий, направленных на снижение площади и количества участков земли, в пределах которых будет нарушен почвенно-растительный слой. При выполнении всех строительно-монтажных работ необходимым условием является строгое соблюдение требований охраны окружающей среды, сохранение ее устойчивого экологического равновесия и выполнение условий землепользования, установленных законодательством по охране природы.

Важнейшим условием предотвращения повреждения земель является соблюдение установленных границ отвода. С целью уменьшения площади занятия земель и наносимого ущерба, приняты следующие решения:

• осуществление работ в увязке с календарным графиком строительства;
• соблюдение границ временного отвода при работе техники в строительный период;
• предупреждение загрязнения земель;
• организация санитарной очистки территории строительства;
• рекультивация временно занимаемых земель с возвратом земель

землепользователю;

• строгое соблюдение всех принятых проектных решений, особенно, касающихся глубины прокладки газопровода;
• использование техники с широкими гусеницами (при этом уменьшается давление на грунт).

При выполнении вышеуказанных мероприятий негативное воздействие работ по реализации проекта на земельные ресурсы и почвенный покров будет носить локальный характер.

Излишки плодородного грунта используются по согласованию с администрацией сельских поселений на малопродуктивных землях (согласно агрохимическим исследованиям плодородный слой 40см), остальной нижний слой (потенциально-плодородный слой от 0,4 до 1,2м) и минеральный грунт может использоваться для подсыпки дорог в поселениях.

Список источников

1. Строительная климатология, СНиП 23–01–99. Госкомитет РФ по строительству и жилищно-коммунальному комплексу (Госстрой России), 2000г.
2. СП 47.13330.2016.Инженерные изыскания для строительства. Актуализированная редакция СНиП 11-02-96,2017г.
3. СП 14.13330.2014. Строительство в сейсмических районах. СниП II-7-81, 2014г.
4. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства, 2000г.
5. ГОСТ 17.4.4.02-2017 Охрана природы. Почвы. Метод отбора и подготовки проб для химичсекого, бактериологиечского, гелминтологиечского анализа. Введ. с 01.01.19., М., Изд-во стандартов, 2019г.
6. Методические указания МУ 2.1.7.730-99
   «Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест» (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 7 февраля 1999 г.)
7. СанПиН2.1.7.1287-03. Санитарно-эпидемиологические
   требования к качеству почвы, 2007 г.
8. Природа Планеты Земля. Фауна, флора, человек. https://www.zooeco.com/index.html
9. Постановление Совета министров Республики Крым от 2 октября 2018 года №478 «О внесении изменений в постановление от 21 февраля 2017 года №94» (дата публикации 09.10.2018 г.)
10. Информационно-аналитическая система «Особо охраняемые природные территории России» (ИАС «ООПТ РФ») http://oopt.aari.ru/
11. Доклад о состоянии и охране окружающей среды на территории РеспубликиКрым в 2017 году. https://meco.rk.gov.ru/uploads/meco/attachments/d4/ 1d/8c/ d98f00b204e9800998ecf8427e/phpqQN7fN_dokl.pdf
12. Заповедный Крым. Ялтинский горнолесной природный заповедник. https://zapovedcrimea.ru/
13. Приказ Министерства экологии и природных ресурсов Крыма от 23.03.2017 № 587 «Об отнесении лесов на территории Республики Крым к защитным лесам и установлении их границ». https://meco.rk.gov.ru/ru/document/show/650
14. Методическое пособие по расчёту, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (с изменениями и дополнениями). Санкт-Петербург. 2012г.

References

1. Stroitel`naya klimatologiya, SNiP 23–01–99. Goskomitet RF po stroitel`stvu i zhilishhno-kommunal`nomu kompleksu (Gosstroj Rossii), 2000g.
2. SP 47.13330.2016.Inzhenerny`e izy`skaniya dlya stroitel`stva. Aktualizirovannaya redakciya SNiP 11-02-96,2017g.
3. SP 14.13330.2014. Ctroitel`stvo v sejsmicheskix rajonax. SniP II-7-81, 2014
4. SP 11-105-97. Inzhenerno-geologicheskie izy`skaniya dlya stroitel`stva, 2000
5. GOST 17.4.4.02-2017 Oxrana prirody`. Pochvy`. Metod otbora i podgotovki prob dlya ximichsekogo,bakteriologiechskogo,gelmintologiechskogo analiza. Vved. s 01.01.19., M., Izd-vo standartov, 2019g
6. Metodicheskie ukazaniya MU 2.1.7.730-99″Gigienicheskaya ocenka kachestva pochvy` naselenny`x mest»(utv. Glavny`m gosudar-stvenny`m sanitarny`m vrachom RF 7 fevralya 1999 g.)
7. 1.7.1287-03.Sanitarno-e`pidemiologicheskie trebovaniya k kachestvu pochvy`, 2007 g.
8. Priroda Planety` Zemlya. Fauna, flora, chelovek. https://www.zooeco.com/index.html
9. Postanovlenie Soveta ministrov Respubliki Kry`m ot 2 oktyabrya 2018 goda №478 «O vnesenii izmenenij v postanovlenie ot 21 fevralya 2017 goda №94» (data publikacii 09.10.2018 g.)
10. Informacionno-analiticheskaya sistema «Osobo oxranyaemy`e prirod-ny`e territorii Rossii» (IAS «OOPT RF») http://oopt.aari.ru/
11. Doklad o sostoyanii i oxrane okruzhayushhej sredy` na territorii Res-publi-ki Kry`m v 2017godu.https://meco.rk.gov.ru/uploads/meco/attachments/d4/1d/8c/d98f00b204e9800998ecf8427e/phpqQN7fN_dokl.pdf
12. Zapovedny`j kry`m. Yaltinskij gorno-lesnoj prirodny`j zapovednik. https://zapovedcrimea.ru/
13. Prikaz Ministerstva e`kologii i prirodny`x resursov Kry`ma ot 23.03.2017 № 587 «Ob otnesenii lesov na territorii Respubliki Kry`m k zashhitny`m lesam i ustanovlenii ix granicz». https://meco.rk.gov.ru/ru/document/show/650
14. Metodicheskoe posobie po raschyotu, normirovaniyu i kontrolyu vy`brosov zagryaznyayushhix veshhestv v atmosfernom vozduxe (s izmeneniyami i dopolneniyami). Sankt-Peterburg. 2012g

Для цитирования: Мурашева А.А., Терехова М.В. Анализ антропогенного воздействия на территорию строительства магистрального газопровода «МГ Ялта-Форос-Севастополь (участок Ялта-Веселое)» // Московский экономический журнал. 2022. № 11. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-11-2022-10/

© Мурашева А.А., Терехова М.В., 2022. Московский экономический журнал, 2022, № 11.

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 628.31

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_11_637

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ НИТРАТОВ

ANALYSIS OF NITRATE REMOVAL METHODS FROM WASTEWATER

Работа выполнена в рамках КНТП полного инновационного цикла «Разработка и внедрение комплекса технологий в области разведки и добычи твердых полезных ископаемых, обеспечения промышленной безопасности, биоремедиации, создания новых продуктов глубокой переработки из угольного сырья при последовательном снижении экологической нагрузки на окружающую среду и рисков для жизни населения» распоряжение правительства от 11.05.2022, N1144-р, № соглашения 075-15-2022-1201

Михайлова Екатерина Сергеевна, канд. хим. наук, начальник управления по реализации КНТП, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кемеровский государственный университет», e_s_mihaylova@mail.ru

Гармашов Сергей Юрьевич, канд. техн. наук, доцент высшей аграрной школы, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кузбасская государственная сельскохозяйственная академия», sergei_garmashov@mail.ru

Mikhailova Ekaterina Sergeevna, Ph.D. chem. Sci., Head of the Department for the Implementation of the ISTP, Kemerovo State University, e_s_mihaylova@mail.ru

Garmashov Sergei Yurievich, Ph.D. tech Sci., Associate Professor of Higher Agrarian School, Kuzbass state agricultural academy, sergei_garmashov@mail.ru

Аннотация. В настоящее время большое количество сточных вод, содержащих повышенные концентрации нитратов, сбрасываются в естественные водоемы. Высокие концентрации нитратов имеют негативные последствия для здоровья человека, пагубно влияют на растительный и животный мир. Цель данной работы состояла в проведении анализа методов очистки сточных вод от нитратов. Объектами исследования являлись научные публикации российских и зарубежных авторов, касающиеся методов очистки сточных вод от нитратов. В системе PubMed был проведен поиск исследований, опубликованных в период 1990–2022 гг. по изучаемой теме. Основным методом исследований служило обобщение. В результате проведенных исследований установлено, что существует несколько методов снижения количества нитратов в сточных водах: биологическая очистка, обратный осмос, электродиализ, использование ионообменников. Описаны преимущества и недостатки представленных методов, их производительность и стоимость. Сделаны выводы об индивидуальном подборе метода очистки сточных вод от нитратов или комбинации этих методов в каждом конкретном случае, в зависимости от концентрации нитратов и других параметров сточных и очищенных вод.

Abstract. Currently, a large amount of wastewater containing elevated concentrations of nitrates is discharged into natural water bodies. High concentrations of nitrates have negative consequences for human health, adversely affect the flora and fauna. The purpose of this work was to analyze the removal methods of nitrates from wastewater. The objects of the study were scientific publications of Russian and foreign authors concerning the methods of nitrate removal from wastewater. PubMed was searched for studies published between 1990 and 2022 on the topic under study. Generalization served as the main research method. As a result of the research, it was found that there are several methods for reducing the amount of nitrates in wastewater: biological treatment, reverse osmosis, electrodialysis and the use of ion exchangers. The advantages and disadvantages of the presented methods, their performance and cost are described. Conclusions are drawn about the individual selection of a method of nitrate removal from wastewater or a combination of these methods in each case, depending on the concentration of nitrates and other parameters of wastewater and treated water.

Ключевые слова: сточные воды, биологическая очистка, обратный осмос, электродиализ, ионообменники, нитраты

Keywords: wastewater, biological treatment, reverse osmosis, electrodialysis, ion exchangers, nitrates

Введение

Увеличение концентрации нитратов в подземных водах наблюдается во всем мире. Хотя в источниках воды концентрация азота может повышаться по нескольким причинам, основным источником загрязнения нитратами является деятельность человека [1, 2]. Нитраты в водоемы могут поступать в результате интенсивного ведения сельского хозяйства, особенно в результате использования азотных удобрений, а также сбросов недостаточно очищенных или неочищенных сточных вод и отсутствия централизованной системы сбора и очистки бытовых сточных вод в населенных пунктах, где имеются централизованные системы питьевого водоснабжения [1]. Интенсивное сельское хозяйство считается основной причиной загрязнения грунтовых вод азотом [3].

Поскольку спрос на продовольствие растет, а принцип севооборота не является устойчивым, и почва истощается, фермеры активно добавляют в нее удобрения на основе нитратов [4]. При правильном обращении азот не угрожает здоровью человека и интенсифицирует сельскохозяйственное производство. Однако, если количество азота, вносимого в почву, больше, чем нужно растениям, избыточный азот может просачиваться в подземные воды, загрязняя их [2].

Во многих странах Европы в районах интенсивного земледелия, отмечены высокие концентрации нитратов в воде [5]. Подсчитано, что только 40-60% всего количества азотных удобрений используется растениями, остальные попадают в водоемы, грунтовые воды и другие источники воды [3].

Наличие нитратов в питьевой воде может иметь негативные последствия для здоровья человека [6]. При взаимодействии с бактериальной флорой и слюной нитраты могут превращаться в нитриты, вызывающие метгемоглобинемию. Нитраты могут образовывать такие соединения, как нитрозамины и нитрозамиды, соединения с канцерогенным потенциалом [4].

Если азот или нитраты превращаются в нитриты в организме человека, это может вызвать две химические реакции, которые приводят к проблемам со здоровьем: возникновение метгемоглобинемии, особенно у детей в возрасте до одного года, и образование потенциально канцерогенных нитрозаминов и нитрозамидов [7].

Известно, что новорожденные дети не имеют способности взрослых превращать метгемоглобин обратно в гемоглобин. Когда концентрация метгемоглобина достигает значения 5-10%, может появляться вялость, удушье и посинение кожи – «синдром голубого ребенка». Аноксия и смерть могут наступить при высоких концентрациях нитритов или нитратов [4-6].

Рекомендуемый уровень иона аммония, по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ, 2011 г.), составляет 50 мг/л [6, 7, 10]. Максимально допустимый предел содержания нитратов в питьевой воде – 10 мг N/л [10-12].

Со временем было разработано несколько методов снижения концентрации нитратов в сточных водах [13]. К ним относятся:

• биологическая очистка;
• обратный осмос;
• электродиализ;
• использование ионообменников.

Целью данной работы являлся анализ методов очистки сточных вод от нитратов. Научная новизна заключается в том, что впервые были обобщены научные практические и обзорные исследования на русском и английском языках, описывающие методы очистки сточных вод предприятий различных отраслей промышленности от нитратов, приведены их преимущества и недостатки и представлены перспективы их использования.

Объекты и методы исследований

Объектами данного исследования являлись научные публикации и патенты российских и зарубежных авторов, касающиеся методов очистки сточных вод различных производств от нитратов. Для поиска информации были использованы базы данных Scopus, Web of Science, PubMed, Elibrary за период с начала 1990-х годов  до 01.11.2022 г. Отобраны и проанализированы доступные обзорные и исследовательские статьи по анализу методов очистки сточных вод от нитратов, преимуществах и недостатках данных методов, и отдельные статьи, связанные с обоснованием актуальности темы, пониманием свойств и механизмов очистки сточных вод от нитратов, определением перспективных направлений исследований в этой области, на английском и русском языках. Основное внимание уделялось статьям, опубликованным в научных рецензируемых журналах с высоким индексом цитирования за последние пять лет. При проведении анализа использовали также материалы конференций и главы из книг. В системе PubMed был проведен поиск исследований, опубликованных в период 1990–2022 гг., с использованием следующих комбинаций ключевых слов: сточные воды, нитраты, методы очистки, химическая очистка, физико-химическая очистка, биологическая очистка. При этом были исключены статьи, доступные только в виде рефератов, а также библиографии, редакционные материалы и статьи, опубликованные не на английском и русском языках. Основным методом служило обобщение [14]. Были проанализированы статистические и исследовательские данные, относящиеся к исследованию различных методов очистки сточных вод от нитратов. Авторами были рассмотрены аргументы на основе гипотез ведущих ученых о преимуществах и недостатках методов, сформировано собственное мнение на основе доказательства данных гипотез.

Результаты и их обсуждение

Биологическая очистка от нитратов

Использование биологических процессов было внедрено для очистки сточных вод с высоким содержанием нитратов относительно недавно [15]. По сравнению с другими существующими методами очистки, биологическая денитрификация позволяет после обработки преобразовывать нитраты в газообразный азот, который не вреден для окружающей среды и здоровья человека [16-18]. Кроме того, по сравнению с другими существующими методами (например, обратным осмосом, использованием ионообменников или электродиализом), биологическая денитрификация эффективнее и дешевле [18].

Биологическая денитрификация – это метод восстановления нитратов до газообразного азота с помощью денитрифицирующих бактерий. Этот процесс происходит поэтапно, и нитраты последовательно восстанавливаются до соединений азота [19]. В зависимости от используемого питания и источников энергии, бактерии делятся на две основные категории: гетеротрофные и автотрофные [19]. Гетеротрофные денитрифицирующие бактерии нуждаются в источнике органического углерода для дыхания. Если достаточное количество органического углерода не растворено в сточной воде, дополнительно вносятся такие вещества, как метанол, этанол и др. [7, 16]. Установлено, что соотношение между количеством потребляемого бактериями этанола и количеством восстановленного азота равно 0,5 [8].

Автотрофные денитрифицирующие бактерии – это бактерии, которым не требуются источники углерода для дыхания, и поэтому производят денитрификацию сами по себе. Они используют водород или восстановленные виды серы в качестве субстрат и двуокись углерода или бикарбонат в качестве источника углерода [3].

На процесс денитрификации влияют определенные сдерживающие факторы, такие как температура, концентрация растворенного кислорода, pH и щелочность, ингибиторы и соотношение между донорами электронов и азотом [7, 18].

Основными преимуществами использования биологических методов очистки сточных во от нитратов являются:

• низкие затраты по сравнению с другими используемыми технологиями (обратный осмос, использование ионообменников и т.д.);
• высокая эффективность процесса, независимо от количества нитратов в сточных водах;
• процесс не нуждается в химических веществах, которые продолжают реагировать с соединениями сточных вод и после удаления нитратов [20].

Основными недостатками метода биологической денитрификации являются:

• значительные затраты времени, необходимые для запуска биологического процесса;
• если параметры сточных вод изменяются, то изменяются и параметры очищенной воды;
• необходимость устранения веществ, образующихся в результате микробной деятельности [16];
• необходимость тщательного обслуживания и мониторинга состава и свойств биомассы денитрифицирующих микроорганизмов.

Очистка от нитратов обратным осмосом

Обратный осмос – это физический процесс, в котором используются полупроницаемые мембраны. Сточная вода нагнетается под давлением через полупроницаемую мембрану, позволяющую молекулам воды проходить через поры, удерживая большую часть растворенных веществ [10]. Обратный осмос можно использовать для удаления нескольких загрязнений одновременно (ионны, частицы и органические молекулы) [21].

Использование системы обратного осмоса может обеспечить эффективность очистки сточной воды до 85 %, однако этот процесс требует наличия высокого давления и высокого потребления энергии [22]. Обратный осмос – один из самых дорогих видов очистки сточных вод от нитратов, и является рентабельным только в том случае, если потребность в воде очень низкая или требуется комплексное удаление несколько загрязняющих веществ. Обратный осмос требует тщательного анализа характеристик сточной воды и ее предварительной обработки для предотвращения разрушения мембран. Предварительная очистка заключается в удалении взвешенных веществ из сточной воды. Обычно этот процесс включает в себя прохождение воды через серию фильтров перед обратным осмосом [23].

После обратного осмоса удаляются все ионы из воды. В результате, рН очищенной вода будет колебаться, если его не контролировать. Каждое очистное сооружение, использующее эту систему, должно обеспечивать доочистку и корректировку pH для стабилизации кислотности очищенной воды [9].

Системы обратного осмоса обычно высоко автоматизированы и могут использоваться практически в любом месте, независимо от квалификации оператора. Требуется периодическая очистка мембран, используемых в процессе обратного осмоса [24]. Частота замены и очистки мембран определяется характеристиками сточной воды. Для очистки мембран используют растворы кислот, которые удаляют загрязняющие вещества, оседающие на мембранах. После очистки мембраны помещаются обратно в установку обратного осмоса. Со временем деградация мембраны приводит к постепенному снижению ее эффективности, и приходится заменять ее на новую. Срок службы мембран варьируется от 5 до 20 лет [13].

В результате обратного осмоса образуется достаточно большой объем концентрированного потока (15-50% от исходного объем воды), который необходимо утилизировать. Поскольку в данном концентрате высокая концентрация растворенных веществ, особенно солей, требуется его доочистка перед сбросом в канализационную систему [25].

Основным преимуществом использования обратного осмоса является то, что он позволяет получать воду высокого качества независимо от качества сточной воды. Другие преимущества включают многократное удаление загрязняющих веществ, высокий уровень автоматизации процесса, простоту использовании и пригодность системы для очень маленьких объемов сточных вод, содержащих нитраты [26].

К основным недостаткам обратного осмоса можно отнести:

• высокие затраты на электроэнергию (вода должна перекачиваться через мембрану на высокой скорости), на повышенное давление;
• вода нуждается в предварительной и последующей очистке;
• потенциально большой объем отходов, который необходимо утилизировать;
• изменения рН воды, требующие корректировки.

Очистка от нитратов электродиализом

Электродиализ является эффективным и гибким процессом с точки зрения очистки сточных вод от нитратов [6]. Этот процесс более предпочтителен по сравнению с обратным осмосом из-за скорости удаления нитратов [27]. Из-за высокой стоимости электродиализ не получил широкого распространения. Он подходит для малых объемов воды, поэтому не нашел широкого применения в процессах очистки сточных вод от нитратов [28].

При электродиализе, в процессе очистки сточных вод от нитратов, электроды помещаются в объем воды, между ними подается переменный ток, что приводит к электродиализу загрязненной нитратами воды [6, 13].

В процессе электродиализа нитрат-ионы мигрируют через селективные полупроницаемые перегородки в результате наличия электрически заряженных поверхностей мембраны [29]. Положительный электрод (катод) и отрицательный электрод (анод) используется для зарядки мембраны. Нитрат-ионы проходят через мембрану к аноду. Продолжая движение к аноду, нитрат-ион отбрасывается непроницаемой для ионного обмена мембраной и улавливается рециркулирующим потоком сточных вод [30].

Процесс электродиализа требует предварительной обработки сточной воды, обычно это фильтрация. Мембраны, используемые в электродиализе, можно очищать с помощью разбавленных растворов кислот. Очистку мембраны рекомендуется проводить не реже одного раза в неделю, в зависимости от качества и количества сточной воды и содержания нитратов. [13]

Необходим мониторинг, чтобы убедиться, что электродиализ эффективен для снижения уровня нитратов в сточных водах. Мониторинг включает в себя ежедневный отбор проб или непрерывный мониторинг содержания нитратов в очищенной воде, измеряя, например, электропроводность [9].

Основными преимуществами использования электродиализа для снижения содержания нитратов являются:

• более низкое давление, чем при обратном осмосе;
• мембраны имеют достаточно длительный срок службы;
• подходит для систем любого размера.

Основными недостатками использования электродиализа для снижения нитратов являются:

• необходимость предварительной обработки при высоких концентрациях нитратов, Fe, Mn, H₂S в сточных водах;
• стоки электродиализной стадии требуют регулирования рН;
• необходимость специальной утилизации концентрата, полученного в результате промывки мембран [9].

Использование ионообменников для очистки от нитратов

Ионный обмен определяется как замена иона, связанного с инертной матрицей, другим ионом с помощью разрыва ионной связи и образования новой связи, не вызывая существенных структурных изменений [31]. В зависимости от природы обмениваемых ионов процесс ионного обмена может быть двух типов: анионный обмен и катионный обмен.

Отрицательно заряженные ионообменники называются анионитами, положительно заряженные ионообменники – катионитами [32]. Ионообменники представляют собой гранулированные нерастворимые вещества, молекулярная структура которых содержит основные радикалы или кислоты, которые могут обмениваться отрицательными или положительными ионами с жидкостью, с которой они контактируют. В процессе ионного обмена общее количество ионов в жидкости остается неизменным [33].

Использование ионообменников является эффективным и экономичным методом снижения содержания нитратов в сточной воде [34]. Метод обеспечивает управление технологическим процессом, легко автоматизируется и не требует воздействия высоких температур в обычном рабочем диапазоне. Метод ионного обмена используется для водоочистных сооружений малой и средней мощности [7, 15]. Объем воды обрабатывается полностью или частично, в зависимости от концентрации нитратов в сточной и очищенной воде. Основные типы ионообменников:

• органический;
• неорганический.

Ионообменники могут удерживать вполне определенное количество ионов – имеют ионообменную емкость. После достижения максимального количество задержанных ионов, ионообменники необходимо регенерировать. Регенерация включает удаление оставшихся ионов и замену их гидроксид-ионами (для анионитов) или протонами водорода (для катионов) [35].

В зависимости от направления потока регенерирующего раствора различают два метода:

• прямоточная регенерация – регенерирующее вещество течет в том же направлении, что и истощенный ионообменник;
• противоточная регенерация – раствор для регенерации течет в направлении, противоположном направлению истощенного ионообменника [7, 10, 15].

Противоточная регенерация является наиболее часто используемым методом. Он имеет два важных преимущества:

• более высокая эффективность и, как следствие, снижение потребности в реагентах;
• улучшение качества очистной воды за счет регенерации нижних слоев ионообменников с большим количеством реагента [10].

Нитраты легко восстанавливаются из сточных вод с помощью ионообменной смолы, но смолу при регенерации трудно удалить из воды. Для удаления одного иона нитрата требуется больше ионов хлора [36].

Количество раствора, полученного в результате регенерации, может составлять около 1% от обработанной воды. Этот раствор насыщен хлоридами, нитратами, сульфатами, бикарбонатами и обычно утилизируется на станциях доочистки сточных вод.

Кроме того, утилизация использованного регенеранта способствует увеличению затрат на очистку с использованием ионообменников [7].

Технологии на основе ионообменников обеспечивают управление технологическим процессом, легко автоматизируются, процесс запускается за считанные минуты и обеспечивает стабильную работу независимо от температуры [37]. В зависимости от количества сточных вод, подлежащих очистке, и концентрации в ней нитратов, можно очищать часть объема или весь объем воды. Это делает востребованным использование ионообменников для очистных сооружений малой и средней мощности [37, 38].

Основными недостатками этой технологии являются возможность управления раствором, полученным в результате регенерации ионообменников, повышение коррозионной активности и агрессивности воды из-за замены ионов бикарбоната и сульфата в воде. Если технология ионообменников используется для очистки от нитратов большого потока сточных вод, данный метод становится дорогим [39].

Выводы

Как уже говорилось, во всем мире наблюдается увеличение концентрации нитратов в подземных водах. Основными методами, применимые к сточным водам с повышенным содержанием нитратов, являются:

• биологические процессы;
• обратный осмос;
• электродиализ;
• использование ионообменников.

Определение наиболее подходящей технологии очистки сточных вод от нитратов – непростая задача из-за многих факторов, которые необходимо учитывать. Наиболее важные факторы представлены характеристиками входящего потока воды и желаемой концентрацией нитратов, которую необходимо получить в выходящем потоке.

Наиболее подходящую схему очистки сточных вод от нитратов можно определить только после проведения исследований и анализов, которые выполняются для каждого вида оборудования и установок. Предварительная и основная обработка сточных вод должна предусматривать вопрос утилизации или хранения осадков.

Список источников

1. Racovițeanu G (2003) Decantation and filtration theory (Bucharest: Matrix Rom) chapter 7 pp 113–140.
2. Babuțiu S (2016) Nitrites and nitrates in drinking water Academia, April 10, 2020 https://www.academia.edu/36249656/Nitra%C8%9Bii_%C8%99i_Nitri%C8%9Bii_%C3%AEn_Apa_Potabil%C4%83.
3. Vaclav B, Pekny V, Skorepa J and Vrba J (1998) Impact of Diffuse Nitrate Pollution Sources on Groundwater Quality Some Examples from Czechoslovakia Environ. Health Perspect. 83 5-24.
4. World Health Organization (2016) Nitrate and Nitrite in Drinking-water 1 Geneva.
5. World Health Organization (2004) Guidelines for Drinking-water Quality Fourth Edition Geneva.
6. Iacob O, Tudor A, Neamțu A and Cristea A (2012) Fountain water: Nitrate contamination and methemoglobinemia vol 1 (Bucharest: Carol Davila University Publishing House) chapter 2 pp 7–12.
7. Calin C. (2011) Processes and technologies for controlling the nitrogen content of water, (Bucharest: Technical University of Civil Engineering of Bucharest).
8. Koorngold E, Kock K and Strathmann H (1977) Electrodialysis in advanced wastewater treatment, Desalination 24 129–139.
9. Environmental Public Health Office of Drinking Water (2018) Nitrate Treatment and Remediation for Small Water Systems – Guidance Document 331-309.
10. Degrémont (1991) Water Treatment Handbook vol 6 (Paris: Rueil-Malmaison).
11. Letimela O.N. (1993) Denitrification of groundwater for potable purposes WRC Report No 403/1/93.
12. Parliament of Romania (2011) Law nr. 458.
13. Jensen V.B., Darby J.L., Seidel C., Gorman C. (2012) Drinking Water Treatment for NitrateTechnical Report 6.
14. Moher, D.; Liberati, A.; Tetzlaff, J. PRISMA Group Preferred reporting items for systematic re-views and meta-analyses: The PRISMA statement. Public Library of Science Medicine 2009, 6(7), e1000097. https://doi.org/10.1136/bmj.b2535
15. Vit M, Simona Č, Krejci J and Janoch T (1992) Biological water denitrification – A review Enzyme Microb. Technol. 14 170–183.
16. Mackenzie L.D. (2020) Water and Wastewater Engineering: Design Principles and Practice vol 2 (USA: McGraw-Hill).
17. Rivett M.O., Buss S.R., Morgan P., Smith J.W.N., Bemment C.D. (2008) Nitrate attenuation in groundwater: A review of biogeochemical controlling processes Water Res. 42 16.
18. American Water Works Association (2011) Water quality and treatment: A handbook of Community water supplies vol 5.
19. Mohseni-Bandpi A., Elliott D.J., Zazouli M.A. (2013) Biological nitrate removal processes from drinking water supply-a review J. Environ Health Sci. Eng. 11.
20. Elzinga M., Liu D., Klok J. B. M, Roman P., Buisman C. J. N. and Heijne A. (2020) Microbial reduction of organosulfur compounds at cathodes in bioelectrochemicalsystems. Environmental Science & Technology,1, 100009.
21. De Vrieze J., Arends J. B. A., Verbeeck K., Gildemyn S. and Rabaey K. (2018). Interfacinganaerobic digestion with (bio)electrochemical systems: Potentials and challenges. WaterResearch,146, 244–255.
22. Cunha M. P., Ferraz R. M., Sancinetti G. P. and Rodriguez R. P. (2019). Long-termperformance of a UASB reactor treating acid mine drainage: effects of sulfate loadingrate, hydraulic retention time, and COD/SO42−ratio. Biodegradation,30,47–58.
23. Cetecioglu Z., Dolfing J., Taylor J., Purdy K. J. and Eyice Ö. (2019). COD/sulfate ratio doesnot affect the methane yield and microbial diversity in anaerobic digesters. WaterResearch,155, 444–454.
24. Braga A.F.M., Pereira M.B.O.C., Zaiat M., Silva G.H.R. and Fermoso F. (2018) Screening of trace metal supplementation for black water anaerobic digestion.Environmental Technology,39, 1776–1785.
25. Bhattarai S., Cassarini C. and Lens P. N. L. (2019) Physiology and distribution of anaerobicoxidation of methane by archaeal methanotrophs. Microbiology and Molecular BiologyReviews,83,9–62.
26. Kiran M.G., Pakshirajan K., Das G. (2017) Heavy metal removal from multicomponent system by sulfate reducing bacteria: mechanism and cell surface characterization. J Hazard Mater 324:62–70. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.12.042.
27. Luo S, Liu M, Yang L, Chang J (2019) Effects of drying techniques on the crystal structure and morphology of ettringite. Constr Build Mater 195:305–311. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.11.078.
28. Mamelkina M.A., Cotillas S., Lacasa E., Sáez C., Tuunila R., Sillanpää M., Häkkinen A., Rodrigo M.A. (2017) Removal of sulfate from mining waters by electrocoagulation. Sep Purif Technol 182:87–93. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2017.03.044.
29. Nurmesniemi E.T., Hu T., Rajaniemi K., Lassi U. (2021) Sulphate removal from mine water by precipitation as ettringite by newly developed electrochemical aluminium dosing method. Desalin Water Treat 217:195–202. https://doi.org/10.5004/dwt.2021.26920.
30. Oyewo O.A., Agboola O., Onyango M.S., Popoola P., Bobape M.F. (2018) Current methods for the remediation of acid mine drainage including continuous removal of metals from wastewater and mine dump. Bio-Geotechnol Mine Site Rehabilit. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812986-9.00006-3.
31. Zahedi, R., Mirmohammadi, S.J. Sulfate removal from chemical industries’ wastewater using ettringite precipitation process with recovery of Al(OH)3. Appl Water Sci 12, 226 (2022). https://doi.org/10.1007/s13201-022-01748-7.
32. Kartic D.N., Narayana B.C.A., Arivazhagan M. (2018) Removal of high concentration of sulfate from pigment industry effluent by chemical precipitation using barium chloride: RSM and ANN modeling approach. J Environ Manage 206:69–76. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.10.017.
33. Kefeni K.K., Msagati T.A., Mamba B.B. (2017) Acid mine drainage: prevention, treatment options, and resource recovery: a review. J Clean Prod 151:475–493. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.03.082.
34. Kinnunen P, Kyllönen H, Kaartinen T, Mäkinen J, Heikkinen J (2017) Miettinen V (2018) Sulphate removal from mine water with chemical, biological and membrane technologies. Water Sci Technol 1:194–205. https://doi.org/10.2166/wst.2018.102.
35. Muñoz Sierra J. D., Lafita C., Gabaldón C., Spanjers H. and van Lier J. B. (2017). Tracemetals supplementation in anaerobic membrane bioreactors treating highly salinephenolic wastewater. Bioresource Technology,234, 106–114.
36. Nanusha M. Y., Carlier J. D., Carvalho G. I., Costa M. C. and Paiva A. P. (2019). Separationand recovery of Pd and Fe as nanosized metal sulphides by combining solvent extractionwith biological strategies based on the use of sulphate-reducing bacteria. Separation andPurification Technology,212, 747–756.
37. Kiran M. G., Pakshirajan K. and Das G. (2017). Heavy metal removal from multicomponentsystem by sulfate reducing bacteria: Mechanism and cell surface characterization.Journal of Hazardous Materials,324,62–70.
38. Aygun A, Dogan S, Argun ME (2018) Statistical optimization of ettringite precipitation in landfill leachate. Braz J Chem Eng 35:969–976. https://doi.org/10.1590/0104-6632.20180353s20170528.
39. Costa R. B., Bevilaqua D. and Lens P. N. L. (2020). Pre-treatment and temperature effects onthe use of slow release electron donor for biological sulphate reduction. Journal ofEnvironmental Management,275, In Press.

Для цитирования: Михайлова Е.С., Гармашов С.Ю. Анализ методов очистки сточных вод от нитратов // Московский экономический журнал. 2022. № 11. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-11-2022-7/

© Михайлова Е.С., Гармашов С.Ю., 2022. Московский экономический журнал, 2022, № 11.