Issuu on Google+

LCOI-Reviews LOW-CARBON OPEN INNOVATION REVIEWS ОГЛЯДИ НИЗЬКО-ВУГЛЕЦЕВИХ ВІДКРИТИХ ІННОВАЦІЙ ОБОЗРЕНИЯ НИЗКО-УГЛЕРОДНЫХ ОТКРЫТЫХ ИННОВАЦИЙ

No. 07, 30.07.2012

Збірка наукових праць видається Донецьким національним університетом (Донецьк, Україна) за проектом „Низько-вуглецеві можливості для індустріальних регіонів України”, що фінансується Європейським Союзом за Тематичною програмою для довкілля та сталого управління природними ресурсами, зокрема енергією

Проект фінансується Європейським Союзом

Проект реалізується Донецьким національним університетом, Україна


LCOI-Reviews

LOW-CARBON OPEN INNOVATION REVIEWS ОГЛЯДИ НИЗЬКО-ВУГЛЕЦЕВИХ ВІДКРИТИХ ІННОВАЦІЙ ОБОЗРЕНИЯ НИЗКО-УГЛЕРОДНЫХ ОТКРЫТЫХ ИННОВАЦИЙ N o . 0 7, 3 0 . 0 7 . 2 0 1 2 Збірка наукових праць видається Донецьким національним університетом (Донецьк, Україна) за проектом „Низько-вуглецеві можливості для індустріальних регіонів України”, що фінансується Європейським Союзом за Тематичною програмою для довкілля та сталого управління природними ресурсами, зокрема енергією

Обозрения технических аспектов реализации технологий ЧУТ и УХУ, серия 4 Reviews of Technical Aspects of the Implementation of CCT and CC S, Series 4 Донецк - 2012

Проект фінансується Європейським Союзом

Проект реалізується Донецьким національним університетом, Україна


УДК 504.062.2, 504.062.4, 504.7 ББК 20.1, 20.3 С 232 Обозрения технических аспектов реализации технологий ЧУТ и УХУ, серия 4 - Reviews of Technical Aspects of the Implementation of CCT and CCS, Series 4 / Под общ. ред. С. В. Беспаловой и Н. С. Шеставина // LCOI-Reviews, No. 07, 30.07.2012. – Донецк: ДонНУ, 2012. – 94 с. Сборник содержит обозрения технических аспектов реализации чистых угольных технологий и технологий улавливания и хранения углерода с целью смягчения последствий изменения климата. Обозрения подготовлены для проекта «Низко-углеродные возможности для индустриальных регионов Украины», который финансируется Европейским Союзом. В этой серии рассмотрены вопросы эмиссии диоксида углерода и других парниковых газов от биологических источников, а также возможности биологического мониторинга повышенной концентрации углекислого газа в атмосфере. Сборник предназначен для научных и инженерно-технических работников, преподавателей высших учебных заведений, аспирантов и студентов естественнонаучных и экономических специальностей.

Редакционная коллегия: д.ф.-м.н., проф. Беспалова С.В. (отв. редактор), д.т.н., проф. Семко А.Н. (зам. отв. редактора), к.т.н. Шеставин Н.С. (отв. секретарь), д.т.н., проф. Недопекин Ф.В., к.т.н., с.н.с. Бескровная М.В., к.б.н., доц. Сафонов А.И., к.т.н. Казак О.В. Компьютерная верстка: вед. инж. Рева Е.В.

Адрес редакции: 83050, г. Донецк, ул. Щорса, 46/616, Донецкий национальный университет, Биологический факультет, Центр передачи низко-углеродных открытых инноваций, Web: www.lcoir-ua.eu , E-mail: lcoir@ukr.net

Мнения, отраженные в этой публикации, не обязательно совпадают с взглядами Европейской Комиссии и Правительства Украины

© Донецкий национальный университет, 2012 © Коллектив авторов, 2012


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

СОДЕРЖАНИЕ Лучина А.Ю. ВЫДЕЛЕНИЕ СО2 В РЕЗУЛЬТАТЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ БЫТОВЫХ ВОД Введение 1. Глобальная проблема изменения климата вследствие чрезмерного выделения парниковых газов 2. Выбросы СО2 в результате биологической очистки сточных вод 2.1. Традиционная нитри-денитрификация 2.2. ANAMMOX-процесс или анаэробное окисление аммония 3. Европейский опыт использования биологических установок для эффективной очистки сточных вод 3.1. Австрия 3.2. Бельгия 3.3. Соединенное королевство Великобритании и Северной Ирландии 3.4. Венгрия 3.5. Германия 3.6. Испания 3.7. Италия 3.8. Литва 3.9. Нидерланды 3.10. Франция 3.11. Хорватия 3.12. Чехия 3.13. Швеция Рекомендации

4 4 5 6 6 8 11 11 16 16 19 21 30 30 31 38 46 47 48 50 51

Сафонов А.И. ФИТОИНДИКАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ ПОВЫШЕННЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ СО2 В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ Введение 1. Анализ информационных источников 2. Темы и направления деятельности по теме обзора 3. Климатическая и экологическая чувствительность растительности 4. Изменение спектральных свойств растительности при изменении климата 5. Модели процессов диффузии в мезофилле Список использованных источников информации

52 52 53 60 64 70 75 84

ANNEX A: GENERAL INFORMATION ABOUT A PROJECT “LOW-CARBON OPPORTUNITIES FOR INDUSTRIAL REGIONS OF UKRAINE (LCOIR-UA)”

89

ДОДАТОК Б: ЗАГАЛЬНА ІНФОРМАЦІЯ ПРО ПРОЕКТ «НИЗЬКО-ВУГЛЕЦЕВІ МОЖЛИВОСТІ ДЛЯ ІНДУСТРІАЛЬНИХ РЕГІОНІВ УКРАЇНИ (LCOIR-UA)»

91

ПРИЛОЖЕНИЕ В: ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ПРОЕКТЕ «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ ИНДУСТРИАЛЬНЫХ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ (LCOIR-UA)»

93

3


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

ВЫДЕЛЕНИЕ СО2 В РЕЗУЛЬТАТЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ БЫТОВЫХ ВОД А.Ю. Лучина Донецкий национальный университет Донецк, Украина Введение Изменение климата – это серьезная долгосрочная глобальная проблема, которая поднимает вопросы, касающиеся справедливости и прав человека как в рамках одного поколения, так и между поколениями. В последние годы ученые всего мира следят за глобальными изменениями климата на Земле. Эти изменения часто рассматривают как вредную «ползучую катастрофу», когда беда подкрадывается незаметно. Ученые мира единодушны в том, что причина ожидаемых в ближайшие десятилетия изменений климата планеты кроется в непостоянстве состава атмосферы, что связывают с антропогенно обусловленным повышением концентрации так называемых парниковых газов. К их числу относят углекислый газ CO2, метан СН4, водяной пар Н2О, гемиоксид азота N2O и тропосферный озон О3. Они свободно пропускают к поверхности Земли солнечное излучение и заметно поглощают тепловое излучение планеты и самой атмосферы. Благодаря парниковому эффекту, который обусловлен, главным образом, диоксидом углерода и водяным паром, средняя температура на поверхности Земли на 33-34оС выше, чем была бы при его отсутствии. В последнем варианте жизнь на Земле была бы невозможной. Однако в XX веке и в наступившем XXI веке отмечается интенсивное поступление в атмосферу группы парниковых газов [ 1 ]. В настоящее время концентрация диоксида углерода СО2 в атмосфере в результате сжигания ископаемого топлива – угля, жидкого нефтяного топлива, газа, медленно и равномерно возрастает, что может привести к изменению климата. Изменение концентрации СО2 в атмосфере происходит вместе с изменением баланса излучения, то есть с изменением разницы между количествами поступающей и отдаваемой энергии. Установлено, что из-за этого может заметно возрастать температура воздуха, особенно в районах Северного и Южного полюсов. Если скорость повышения концентрации СО2 в воздухе атмосферы останется такой же, как сейчас, то температура на поверхности Земли увеличится на 8оС, а в результате таяния льдов на полюсах уровень океана через десятки лет может подняться на несколько метров. Имеющиеся в науке обобщения показывают, что за последние 300 лет в атмосфере планеты более чем вдвое увеличилось количество метана СН4. Современный темп поступления метана в атмосферу по причине антропогенной деятельности человека составляет 1-1,5% в год. Сегодня перед человечеством стоит задача уменьшить выбросы СО2 к 2020 году на 40% и на 85% к 2050 году [ 2 ]. Этого можно добиться, повышая энергоэффективность производства и увеличивая долю возобновляемой энергетики, внедряя технологии изоляции СО2. 1

. Химия загрязняющих веществ и экология: монография / В.Н. Вернигорова, Н.И. Макридин, Ю.А. Соколова, И.Н. Максимова – М.: Издательство «Палеотип», 2005. – 240 с. 2 . Как избежать опасного изменения климата: стратегии смягчения. Доклад о развитии человека 2007/2008. Борьба с изменениями климата: человеческая солидарность в разделённом мире / Пер. с англ. – М.: Издательство «Весь Мир», 2007. – 400 с. – http://www.un.org/russian/esa/hdr/2007/hdr_20072008_complete.pdf 4


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

1. Глобальная проблема изменения климата вследствие чрезмерного выделения парниковых газов В ряду глобальных экологических проблем сегодня остро стоит проблема изменения климата, на который влияют промышленные выбросы. Глобальное потепление может иметь для планеты и всего человечества катастрофические последствия. Негативные изменения уже присутствуют в нашей жизни. Повышение средней температуры воздуха на 2 градуса может привести к необратимым последствиям. Не допустить этого – задача всего человечества и, прежде всего, промышленно развитых стран. Аномально холодная зима 2009-2010 годов не означает изменения негативных тенденций [ 3 ]. Количественно парниковый эффект оценивается по тепловой мощности, которая задерживается в нижних слоях атмосферы (тропосфере), приводя к разогреву поверхности Земли. За последние 200 лет в результате роста концентрации парниковых газов дополнительное увеличение тепловой мощности оценивается в 2,6 ватта на 1 м2. Причем 45% роста мощности обусловлены диоксидом углерода СО2, 23% – метаном СН4, 19% – фреоном и 3% – гемиоксидом азота N2O. Однако единственным антропогенным фактором глобального изменения климата является усиление парникового эффекта атмосферы из-за накопления в ней, прежде всего, диоксида углерода. Влияние малых примесей на климат в настоящее время довольно ограниченно. В этой связи выдвигаются предложения по ограничению поступления СО2 в атмосферу для замедления потепления климата, хотя ясно, что такое ограничение снизит глобальный расход энергии, которая на 90% получается при сжигани�� ископаемого топлива. Имеющиеся расчеты показывают, что при удвоении концентрации СО2 почти на всей территории континентов должно произойти увеличение осадков. Условия увлажнения улучшатся в средних широтах с точки зрения сельского хозяйства, но должно произойти дальнейшее иссушение субтропиков и части тропиков. В числе возможных следствий увеличения осадков в средних широтах называют учащение наводнений, продолжение подъема уровня Каспийского моря, таяние вечной мерзлоты, уже сейчас четко фиксируемое в населенных пунктах севера, что причиняет большой ущерб дорогам, строениям, коммуникациям. Опасным глобальным следствием потепления климата может стать подъем уровня Мирового океана, который за последнее столетие поднялся на 10-15 см. Это объясняется таянием ледников и расширением воды при нагреве. Как уже говорилось ранее, к парниковому эффекту и повышению температуры приводит в основном высокая концентрация в атмосфере углекислого газа (СО2) и метана (СН4). Таким образом, 80% выбросов в атмосферу парникового газа даёт не нефтегазовый комплекс, а энергетика, сталелитейная промышленность и предприятия по производству цемента. Из-за потепления климата, к примеру, ледники Монблана с 1945 года опустились на 145 метров. Ураган Катрина, практически уничтоживший американский город Новый Орлеан, – также прелюдия будущих катастрофических ударов природы [ 4 ]. То, что мы делаем сегодня, отразится на нас через 30-40 лет. При повышении температуры на 2 градуса наступают необратимые последствия, при повышении на 6 градусов - на Земле будет уничтожено все живое. 3

. Банько Ю. Т. Глобальная проблема парникового эффекта // Север промышленный. – 2010. – №2. – http://helion-ltd.ru/global-problem-hotbed-effect/ 4 . Там же. 5


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Период 2010-2017 годов должен стать периодом стабилизации, после которого должно начаться сокращение выброса парниковых газов. Если мы не сделаем этого, то планета сама очистит свою атмосферу, но мы этого уже не увидим и не ощутим. 2. Выбросы СО2 в результате биологической очистки сточных вод 2.1. Традиционная нитри-денитрификация Наряду с ионообменными и мембранными методами очистки самым дешевым, экологически безупречным, а поэтому наиболее часто употребляемым методом очистки сточных вод является биохимический, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Обычно биологическое удаление минерального азота из сточных вод с участием активного ила включает два процесса: окисление ионов аммония до нитрат-ионов (нитрификация) и, затем, восстановление последних до молекулярного азота (денитрификация). Оба эти процесса весьма сложны и включают несколько стадий каждый с промежуточным участием соединений азота во всех возможных степенях окисления от –3 до +5. Нитрификация – это процесс биохимического окисления аммонийного азота сначала до солей азотистой кислоты или нитритов, а потом до солей азотной кислоты или нитратов. Реакция осуществляется нитрифицирующими автотрофными микроорганизмами 5 (Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter и Nitrocystis) [ ], для которых источником углерода является СО2, и протекает в две стадии: NH4+ + 1,5O2 → NO2- + 2H+ + H2O NO2– + 0,5O2 → NO3Нитрифицирующие бактерии растут медленно. Скорость их роста на порядок ниже скорости роста обычных гетеротрофных бактерий активного ила. Для осуществления процесса нитрификации в отсутствии или при недостатке органического субстрата для построения биомассы нитрифицирующих бактерий требуется искусственная добавка источников неорганического углерода в виде НСО3- или СО2 из расчета 2 мг-экв на 1 мг-экв окисленного аммонийного азота. Нитрифицирующие микроорганизмы являются автотрофными, использующими для синтеза энергию, которая выделяется при окислении аммиака и углерод углекислого газа. Энергетические реакции автотрофов представляют собой последовательные процессы. Первая фаза нитрификации, окисления аммиака до нитритов, которую осуществляют микроорганизмы рода Nitrosomonas, состоит из ряда последовательных ступеней: аммоний → гидроксиламин → гипонитрит → нитрит [ 6 ]. Для проведения процесса глубокой нитрификации необходимы следующие условия:  низкая нагрузка на ил в пределах 150-250 мг/г*сут, при которой не происходит ингибирования нитрификаторов легкоокисляемыми органическими веществами;

5

. Ступин А.Б. Математическое моделирование процесса биологической очистки сточных вод от минерального азота / А.Б.Ступин, М.В. Бескровная, В.С. Оверко., С.Л. Литвиненко // Вiсник Донецького унiверситету. Природничi науки. – 2007. 6 . Нитрификация и денитрификация городских сточных вод. Методические указания к курсовому проекту "Очистка городских сточных вод" для студентов специальности 290800 дневного и заочного форм обучения. – Ростов-на-Дону: РГСУ, 1998. – 19 с. – http://www.rgsu.ru/files/uploads/users/butko_d/AZOT-MU.pdf 6


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

 поддержание высокого возраста активного ила от 15 до 70 суток, при котором снижается прирост биомассы и не происходит вымывания нитрифицирующих микроорганизмов;  рН иловой смеси не менее 7-7.5, оптимальное значение составляет 8.4, так как необходимо наличие карбонатной щелочности, достаточное для нейтрализации активной реакции среды при подкислении воды нитратными и нитритными анионами;  температура иловой смеси от 15 до 30оС, при снижении температуры метаболические процессы бактерий-нитрификаторов существенно замедляются;  минимальное количество свободного аммиака и солей тяжелых металлов, ингибирующих процесс нитрификации;  количество растворенного кислорода в иловой смеси не менее 2 мг/л [ 7 ]. Денитрификация – это процесс окисления органических веществ кислородом, который входит в состав нитритов и нитратов, с одновременным восстановлением азота, который выделяется в атмосферу [ 8 ]. Анаэробная гетеротрофная денитрификация протекает в четыре стадии: 8 NO3-(aq) + 2CH3COOH → 8NO2-(aq) + 4CO2 + 4H2O 8 NO2-(aq) + CH3COOH + 2H2O → 8NO(g) + 2CO2 + 8OH8NO(g) + CH3COOH → 4 N2O(g) + 2CO2 + 2H2O 4N2O(g) + CH3COOH → 4N2(g) + 2CO2 + 2H2O 8NO3-(aq) + 5CH3COOH → 4N2(g) + 10CO2 + 6H2O + 8OHПроцесс денитрификации является следствием метаболической деятельности гетеротрофных бактерий, которые при окислении органических веществ используют как акцептор электронов молекулярный кислород, а в его отсутствие изменяют акцептор электронов, используя нитриты и нитраты. Нитраты восстанавливаются до нитритов, а нитриты – до молекулярного азота. Денитрифицирующие бактерии способны использовать самые разнообразные источники энергии, в том числе биологически окисляемые органические (углеводы, спирты, органические кислоты, продукты распада белков, избыточный активный ил, а также осветленные или неочищенные сточные воды) и неорганические вещества. Наибольший интерес среди органических субстратов с этой точки зрения представляют вещества, содержащиеся в сточных водах и иле, – так называемые внутренние источники энергии. Среди экзогенных источников углерода и энергии наибольший интерес представляют метанол и уксусная кислота, если по каким-либо причинам не представляется возможным использовать стоки промышленных производств (например, стоки пивных производств). Для проведения эффективной денитрификации требуются следующие условия [ 9 ]:  создание анаэробных или аноксидных условий, с концентрацией кислорода менее 0,5мг/л;  оптимальное значение рН в пределах 7-7.5; 7

. Там же. . Очистка сточных вод. / М. Хенце, П. Армоэс, Й. Ля-Кур-Янсен, Э. Арван – М.: «Мир», 2006. – 480 с. 9 . Нитрификация и денитрификация городских сточных вод. Методические указания к курсовому проекту "Очистка городских сточных вод" для студентов специальности 90800 дневного и заочного форм обучения. – Ростов-на-Дону: РГСУ, 1998. – 19 с. – http://www.rgsu.ru/files/uploads/users/butko_d/AZOT-MU.pdf 8

7


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

 присутствие органического субстрата - любые биологически разлагаемые вещества (углеводы, спирты, органические кислоты, избыточный активный ил, исходные или прошедшие механическую очистку городские сточные воды). Необходимо соотношение органических веществ по БПК к нитратному азоту примерно 4:1;  механическое перемешивание иловой смеси;  повышение концентрации активного ила, например, с использованием контактных носителей. 2.2. ANAMMOX-процесс или анаэробное окисление аммония Анаэробное окисление аммония, anammox – биохимический процесс окисления иона аммония нитрит-анионом в анаэробных условиях. Служит источником энергии для фиксации углекислого газа. Описан у следующих родов бактерий: Brocadia, Kuenenia, Anammoxoglobus, Jettenia, Scalindua. Все они относятся к планктомицетам. Процесс был открыт в 1986 году. Сейчас создана новая технология очистки сточных вод от соединений азота с помощью осуществляющих анаэробное окисление аммония бактерий. В Роттердаме (Нидерланды) построена и запущена первая очистная станция на её основе. Важными достоинствами данной технологии являются уменьшение выбросов CO2 в атмосферу на 85-90% по сравнению с традиционными методами, а также относительная дешевизна [ 10 ]. Центральную роль в процессе играют недавно открытые бактерии, осуществляющие анаэробное окисление аммония нитрит-ионами, т.н. ANAMMOX бактерии (ANaerobic AMMonium OXidation). Энергетическую основу их жизнедеятельности составляет химическое превращение: NH4+ + NO2- → N2 + 2H2O; ДG = –86 ккал Таким образом, аммоний может быть окислен, выступая донором электронов в реакции денитрификации, причем свободная энергия такой реакции эквивалентна энергии процесса нитрификации. Этот новый способ также был назван процессом ANAMMOX [ 11 ]. Такой автотрофный процесс – это альтернатива денитрификации нитрита, которая не требовала бы органического углерода и характеризовалась бы пониженным образованием шламов. Полная реакция приведена ниже [ 12 ]: NH 4  1, 3 NO2  0, 042CO2  0, 042  биомасса   N 2  0, 22 NO3   0, 08OH   1, 67 H O 2

Из этого уравнения можно заключить, что микроорганизмы катализируют две любопытные реакции: анаэробное окисление аммония в газообразный азот и анаэробное окисление нитрита в нитрат. Приведенная реакция иллюстрирует новый микробиологический процесс удаления азота [ 13 ], детальный механизм которого до сих пор до конца не выяснен. 10

. Wikipedia. Свободная энциклопедия. http://ru.wikipedia.org/wiki/Анаэробное_окисление_аммония . Effects of aerobic and microaeribic conditions on anaerobic ammonium-oxidazingng (ANAMMOX) sludge / M. Strous, K. Gerven, U.J. Kuenen [et al.] // Applied and Environmental Microbiology. – 1997. – V. 63. – P. 24462448. 12 . Lindsay M.R. Cell compartmentalization in planctomycetes: novel types of structural organization for the bacterial cell / M.R. Lindsay, R.I. Webb, M. Strous // Archive of Microbiology. – 2001. – V. 175. – P. 413-429. 13 . Там же. 11

8


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Существует предположение, что нитрит превращается вначале в гидроксиламин (NH2OH), который затем реагирует с аммонием с образованием гидразина (N2H4). Последний затем окисляется до газообразного азота [ 14 ]. Механизм реакции изучали в опытах с 15N [ 15 ]. Было показано, что аммоний биохимически окисляется с использованием гидроксиламина (NH2OH) как акцептора электронов. Гидроксиламин получается, вероятно, из нитрита. Тогда превращение гидразина (N2H4) в газообразный азот - реакция, которая генерирует электроны для восстановления нитрита в гидроксиламин (рис. 1). Остается выяснить, происходит ли восстановление нитрита и окисление гидразина на различных местах одного и того же энзима, или эти реакции катализируются различными энзимами, соединенными транспортной системой электронов. Реакция ANAMMOX протекает в клеточной органелле, названной ANAMMOXosome (рис. 1) [ 16 , 17 ] . рибоплазма

анаммоксома Рис. 1. Вероятный механизм процесса ANAMMOX (HH: гидразин гидролаза; NIR: нитрит редуктаза; HZO: энзим, окисляющий гидразин) Оптимальные условия для анаэробного окисления аммония, которые были найдены в SBR-реакторе – температура 40°C и величины pH, близкие к 8. В этих условиях максимальная скорость специфического окисления аммония – 55 ммоль/минмг протеина. Сродство для субстратов (NH4+ и NO2-) очень велико (Ks <5μM), что обеспечивает высокую степень конверсии. Процесс ANAMMOX тормозится концентрациями нитрита свыше 20 ммоль (280 мг N-NO2-/л). Если нитрит присутствует в течение долгого времени (свыше 12 часов), активность ANAMMOX бактерий полностью утрачивается. Кислород также замедляет реакции, но обратимо. Процессы с участием ANAMMOX-бактерий отличаются высокой эффективностью, пониженными требованиями к присутствию в воде органических соединений и требуют уменьшенных затрат на аэрацию. 14

. Van Niftrik L.A. The ANAMMOXosome: an intracytoplasmic compartment in ANAMMOX bacteria / L.A. Van Niftrik, J.A. Fuerst, J.S.S. Damste [et al.] // FEMS Microbiology Letters. – 2004. – V. 233. – P. 7-13. 15 . Jetten M. S.M. 1994 – 2004: 10 years of research on the anaerobic oxidation of ammonium / M. S.M.Jetten, I.Cirpus, B.Rartal et. al. // Biochemical Society. – 2005. – P. 119-123. 16 . Schmid M. 16S-23S rDNA intergenic spacer and 23S rDNA of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria: implications for phylogeny and in situ detection / M. Schmid, S. Schmitz-Esser, M. Jetten, M. Wagner // Environmental Microbiology. – 2001. – V. 3(7). – P. 450-459. 17 . Kuenen J.G. Extraordinary anaerobic ammonium-oxidizing bacteria / J.G. Kuenen, M.S.M. Jetten // ASM news. – 2001. – V. 67. – P. 456-463. 9


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Последнее связано с необходимостью присутствия невысоких концентраций растворенного кислорода, что достигается снижением расхода воздуха. У осуществляющих процесс бактерий имеется большая вакуоль, занимающая до 2/3 объёма клетки и называемая анаммоксисома [10]. Первым этапом является восстановление нитритов при участии нитритредуктазы до NO. Затем ферментом гидразингидролазой NO восстанавливается аммонием до гидразина (N2H4). Анаэробное окисление аммония — единственный биологический процесс, в ходе которого образуется гидразин. Впоследствии фермент гидразиноксидоредуктаза окисляет гидразин до N2. Окислителем при этом служит новый нитрит-анион, восстанавливающийся в первой стадии. Электроны к нему переносятся по короткой электронтранспортной цепи, локализованной в мембране анаммоксисомы. Перенос сопровождается транспортом через мембрану протонов водорода, полученный трансмембранный потенциал используется АТФсинтазой для образования АТФ. Бактерии, осуществляющие процесс, автотрофны, фиксация CO2 производится у них по ацетил-КоА-пути. Их скорость роста крайне низка: на удвоение биомассы уходит около двух недель [10]. Условия протекания реакций. Ферменты анаэробного окисления аммония функционируют при температурах от 6 до 43°C и pH от 6.7 до 8.3 с оптимумом 8.0. В оптимальных условиях скорость процесса может достигать 55 мкМоль NH4+ на грамм гидразингидролазы в минуту. Окисление аммония ингибируется кислородом при достижении его концентрации всего в 0,5% от атмосферной. В настоящее время биологическая очистка активным илом является наиболее широко используемым процессом очистки, как бытовых, так и промышленных сточных вод. Традиционно, полное удаление азота требует проведения двух биологических процессов: автотрофной нитрификации для окисления аммония до нитрита и, далее, до нитрата и денитрификации, представляющей собой многоступенчатый гетеротрофный процесс, в котором окисленный азот, полученный в результате нитрификации (например, NO2-, NO3-), восстанавливается до газообразного азота. Обычно считают, что это два взаимоисключающих процесса, так как нитрификация требует присутствия кислорода, а денитрификация протекает в аноксических условиях. Противоположные потребности в кислороде предполагают необходимость строгого разделения упомянутых выше процессов в пространстве и тщательного контроля за концентрациями растворенного кислорода, органического углерода и др. параметров. Все вышеприведенные недостатки в последние годы привели инженеров и исследователей к поиску новых альтернатив, таких как динамические системы, например реактор с последовательной загрузкой. При исследованиях процессов, протекающих в таких реакторах было открыто т.н. явление одновременной нирификации-денитрификации (ОНД). Это означает, что нитрификация и денитрификация идут одновременно в одном и том же реакторе при одинаковых условиях работы установки. Такой процесс может сократить или даже исключить необходимость в отдельных резервуарах, необходимых для традиционных очистных установок и, вследствие этого, упростить конструкцию установки, что сэкономит производственные площади, время и затраты.

10


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Преимуществами этого процесса является то, что общая достигнутая эффективность удаления азота подобна той, что достигается при традиционных процессах нитрификацииденитрификации без необходимости строительства отдельного аноксического бассейна. При этом благодаря использованию низких концентраций растворенного кислорода, дополнительно снижаются эксплуатационные расходы. Рассмотрены возможные механизмы ОНД, а также факторы, влияющие на эффективность процессов удаления минеральных соединений азота в технологических схемах с использованием этого явления. Наиболее приемлемое объяснение явления ОНД состоит в том, что противоположные потребности в кислороде процессов нитрификации и денитрификации удовлетворяются посредством физического разделения аэробной и аноксической зон внутри флокулы активного ила. Гипотеза состоит в том, что ограничения диффузия кислорода в пределах флокулы способствуют появлению аноксичной микрозоны для гетеротрофной денитрификации. Аноксичная зона не является дискретной областью, а представляет собой отрицательный градиент концентрации кислорода от поверхности флокулы к ее центру. Несмотря на явные преимущества, до недавнего времени удаление азота с помощью одновременной нитрификации-денитрификации обычно не разрабатывалось до полномасштабных установок для очистки сточных вод, поскольку это явление считалось непредсказуемым. В лабораторном масштабе предложены различные технологические схемы (CANON, SHARON, OLAND, BABE и др.), основанные на ОНД. Общей особенностью перечисленных технологий является остановка процесса нитрификации на стадии образования ионов нитрита. Последние далее окисляют ионы аммония в открытом недавно процессе анаэробного окисления аммония, названном ANAMMOX (ANaerobic АMMonium OXidation). Рассмотрены особенности механизма этого процесса и биохимия микроорганизмов ANAMMOX. Отмечено, что в Украине процессы очистки сточных вод с участием ANAMMOX бактерий практически не рассматриваются, за исключением отдельных статей П.И. Гвоздяка и сотр. по их использованию при переработке промышленных отходов. На основании анализа литературных источников можно сделать вывод о том, что дальнейшие исследования в области удаления минеральных соединений азота из сточных вод должны быть направлены на более детальное исследование различных параметров процессов, которые приведут к их стабилизации и возрастанию эффективности. 3. Европейский опыт использования биологических установок для эффективной очистки сточных вод 3.1. Австрия Международная компания KWI International GmbH (до 2001 г. название компании “Krofta Waters Inc.”) – мировой лидер в производстве и поставке оборудования для очистки природных и сточных вод. Концерн был образован в 1956 году на базе компании Krofta Engineering Company, создавшей свой первый напорный флотатор в 1947 году. Начав с создания флотационного оборудования для очистки сточных вод целлюлозной промышленности, концерн постепенно стал поставщиком широкой гаммы оборудования для водоподготовки и водоочистки. В целом по миру действует свыше 5000 установок компании KWI.

11


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

В настоящее время в состав компании входят филиалы во многих странах мира, специализированный завод, профилированные предприятия и производства. Штаб-квартира и основное производство KWI находятся в г. Ферлах, Австрия [ 18 ]. ООО «КВИ Интернэшнл» – структурное подразделение международной компании «KWI International GmbH». ООО «КВИ Интернэшнл» является самостоятельным подразделением концерна. Действующее с 1992 года, подразделение, следуя развитию концерна KWI, было известно в разные годы как филиал Крофта Ватерс Инк. (Krofta Waters Inc.), филиал КВИ Инк. (KWI inc.), а также филиал КВИ Норд Америка Корпорэйшн (KWI North America Corporation). Зона действия ООО «КВИ Интернэшнл» распространяется на территорию России, стран СНГ и Балтии. К настоящему времени в России, странах СНГ и Балтии в эксплуатации находятся 205 промышленных объектов с установками компании. Основные направления деятельности ООО «КВИ Интернэшнл»:  проектирование очистных сооружений для промышленных предприятий и муниципальных образований;  инжиниринг и разработка технологии очистки воды;  поставка очистного оборудования KWI, вспомогательного оборудования и систем автоматизированного управления технологическими процессами;  строительно-монтажные и пуско-наладочные работы;  обучение обслуживающего персонала;  консалтинг в сфере экологии;  сервисное обслуживание оборудования. Биологическая очистка стоков производится для удаления органических и отдельных видов неорганических загрязнителей, находящихся в растворенном или коллоидном виде, удаление которых невозможно физико-химическим методом. В зависимости от расхода стоков и концентрации загрязняющих веществ компанией KWI предлагается аэробное биоокисление в биореакторах непрерывного или периодического действия [ 19 ]. Биологическая очистка производственных и хозяйственно-бытовых стоков основана на способности микроорганизмов использовать загрязняющие вещества как источник питания. При этом происходит аэробная деструкция органических соединений, удаление азота и фосфора. Органические загрязняющие вещества при биологической очистке частично окисляются до конечных продуктов воды и углекислого газа или трансформируются в новые микроорганизмы (избыточный ил), которые удаляются на дальнейших стадиях очистки. Удаление азота происходит путем аммонификации – нитрификации – денитрификации азотсодержащих соединений, а также накопления в виде избыточного ила. Удаление фосфора осуществляется биологическими методами и осаждением солями некоторых металлов. Аэробная биологическая очистка сточных вод представляет собой окисление органических компонентов сточных вод сообществом микроорганизмов (биоценоз активного ила) в присутствии растворенного кислорода. Насыщение иловой смеси растворенным кислородом осуществляется с помощью поверхностных турбоаэраторов компании KWI или донных аэраторов.

. KWI International GmbH Российский филиал - OOO "КВИ Интернэшнл". - http://kwi.ru/

18 19

. Технология биологической очистки. – http://kwi.ru/tech/tecbio.html 12


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Применение названных аэрационных систем позволяет отказаться от многочисленных фильтросов и подводящих трубопроводов. А при применении поверхностных турбоаэраторов – и от воздуходувок. В настоящее время компания KWI поставляет для аэробной биологической очистки производственных и коммунальных сточных вод:  биореакторы периодического и непрерывного действия с поверхностными турбоаэраторами или с донными гиперболическими мешалками;  биореакторы непрерывного действия с прикрепленной микрофлорой на подвижной пластмассовой загрузке;  биофильтры с неподвижной пластмассовой и керамзитовой загрузкой;  турбоаэраторы на плавающих и стационарных платформах;  гиперболоидные мешалки с системой мелкопузырчатой аэрации;  декантерные системы для отбора осветленной воды из однорезервуарных биореакторов периодического действия;  интеллектуальные системы управления процессами биологической очистки сточных вод. Выбор биореактора производится с учетом местных условий: концентрации загрязняющих веществ, требований к степени очистки, имеющихся свободных площадей и т.п. Биореактора периодического действия, как правило, применяются на очистных станциях производительностью от 50 до 50000 м3/сутки. Например, на очистной станции г. Байкальска производительностью 12000 м3/сутки успешно работают 6 биореакторов компании KWI. При периодической очистке процессы загрузки, биоокисления органики, нитрификации, денитрификации, дефосфотации, отстаивания, декантации, удаления избыточного ила и активации остающегося активного ила производятся в одном резервуаре. Перемешивание и насыщение воды растворенным кислородом выполняется поверхностными турбоаэраторами BSK, либо гиперболоидными мешалками «Гипер-классик» с подводом воздуха от автономной воздуходувки. Технологические процессы регулируются путем изменения частоты вращения перемешивающего устройства, концентрациями активного ила и растворенного кислорода, временем обработки. Рабочий цикл биореактора может составлять 8, 12, 16 и 24 часа. Очищенная вода содержит: – взвешенных веществ не более 10 г/м3, – БПКполн – не более 5 г О2/м3, – азота аммонийного – 0,4 г/м3, – азота нитратов – 5 г/м3, – фосфора фосфатов – 0,5 г/м3. Основные достоинства биореакторов периодического действия: – нечувствительность к резким колебаниям расхода и концентрации загрязняющих веществ; – простота обслуживания; – небольшая занимаемая площадь; – отсутствие перекачек и рециклов; – высокая эффективность очистки без применения химикатов.

13


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Биореактора периодического действия экономичны в эксплуатации, так как технологические процессы в них осуществляются без перекачек и рециклов. Расход электроэнергии на 1 м3 очищаемых сточных вод составляет от 0,15 до 0,35 кВт. По геометрической форме биореактора периодического действия могут быть круглыми, квадратными или прямоугольными. Предпочтение отдается биореакторам квадратной формы. Размеры одного биореактора от 6×6 м до 24×24 м. Количество реакторов определяется технологическим расчетом и местными условиями и может быть, в принципе, любым. Для удобства управления работой биореакторов предпочтительно их четное количество. Глубина биореакторов от 4,5 до 7,0 м. Размещение на рабочей площадке заглубленное или полузаглубленное [19]. Каждый биореактор снабжен одним турбоаэратором типа BSK. Компания KWI поставляет 6 типоразмеров аэраторов производительностью по растворенному кислороду от 5 до 280 кг О2/час. Мощность двигателей от 5,5 до 110 кВт. Частота вращения рабочих роторов переменная, что позволяет чередовать в биореакторе периоды интенсивной аэрации с периодами перемешивания, когда происходят преимущественно процессы денитрификации и дефосфации. Управление процессами биоокисления ведется с помощью кислородомера, который, в соответствии с заданной программой расходования кислорода, дает команду на увеличение, либо уменьшение частоты вращения турбоаэратора. Биореактор непрерывного действия по технологии компании KWI «Биофлот» наиболее целесообразно использовать на крупных и средних очистных станциях с высокими концентрациями загрязняющих веществ [19]. Технология «Биофлот» многоступенчатая. Она предполагает: – использование усреднителей-биосорберов в качестве первой ступени очистки, при которой значительная часть загрязняющих веществ (до 25-30%) сорбируется и частично окисляется на избыточном активном иле; – включение в технологическую схему флотатора MCV колонного типа, что позволяет на 90 % вывести взвешенные вещества, включая избыточный ил с сорбированными на нем загрязнениями, на 35-40% (а в определенных условиях и до 70%) изъять загрязнения, определяемые показателями БПК и ХПК и обеспечить последующее самотечное движение очищаемой воды; – многозонную биологическую очистку с зонами низких и высоких концентраций растворенного кислорода, что позволяет весьма эффективно проводить окисление органики, нитри- и денитрификацию соединений азота и дефосфотацию фосфорных солей при высоких концентрациях беззольного вещества биомассы; – флотационное илоразделение, что позволяет повысить концентрацию возвратного ила до 30 – 40 кг/м3 (3-4% сухого вещества биомассы), снизить объем рециклового активного ила до 15-20%, сохранить активность ила, так как время илоразделения составляет 10-15 минут. Эффективность очистки по технологии «Биофлот» составляет по показателю БПК не менее 95%, по ХПК не менее 90%. Доочистка стоков до нормативных показателей осуществляется на флотофильтрах или самопромывных фильтрах с противоточным движением фильтрующего слоя песка и очищаемой воды.

14


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

При повышенном содержании трудно окисляемых веществ, компания KWI рекомендует двухступенчатую биологическую очистку с использованием биореакторов с прикрепленной микрофлорой. Эти биореактора применяются, как правило, на первой ступени. Биохимические процессы в биореакторах с прикрепленной микрофлорой протекают с очень высокой эффективностью, так как концентрация беззольного вещества биомассы на поверхности инертного носителя может достигать 40 кг/м3, концентрация растворенного кислорода теоретических значений, а нагрузка на ил превышать значения 600 г БПК на 1 кг биомассы в сутки, что позволяет резко сократить объемы аппаратов, строительномонтажных работ и существенно уменьшить производственную площадь очистных сооружений. В качестве подложки для прикрепленной биомассы могут быть использованы пластмассовые изделия различной конфигурации, керамзит, искусственные «водоросли» и т.п. При выборе носителя биомассы следует учитывать, что лимитирующим фактором процессов биоокисления является диффузия кислорода к внутренним слоям биопленки. Движение очищаемой воды и воздуха в биореакторе снизу вверх. Время пребывания в зависимости от степени загрязненности очищаемой воды колеблется в пределах 30-90 минут, редко – до 120 минут. Эффективность очистки по БПК до 70%, по ХПК до 80%. Доочистка стоков осуществляется в биореакторах второй ступени. Разновидностью биореакторов с прикрепленной микрофлорой являются биофильтры «Оксипор» с искусственной подачей воздуха в верхнюю часть слоя для биоокисления органики на керамзитовых гранулах диаметром 5-10 мм. Нижняя часть слоя выполняет функцию денитрификатора и фильтра грубой очистки. В большинстве биореакторов компании KWI со свободно плавающим активным илом основным инструментом, обеспечивающим высокую эффективность биологической очистки, являются поверхностные механические турбоаэраторы BSK на плавающей или стационарной платформах. Турбоаэраторы компании KWI гарантируют подвод кислорода от 2,7 до 3,4 кг О2/кВт ч. Обеспечивается низкое потребление электроэнергии от 0,15 до 0,35 кВт/м3. В зависимости от типоразмера турбоаэраторы могут обеспечить подачу кислорода в биореактор от 5 до 280 кг О2/час. Работая в постоянном режиме, турбоаэраторы обеспечивают постоянное поступление заданного количества кислорода. Турбоаэраторы могут работать в переменном режиме, что обеспечивает ведение процесса биологической либо с постоянной концентрацией растворенного кислорода в биореакторе, либо по заданной программе менять количество растворенного кислорода. Процесс ведется автоматически по датчику растворенного кислорода. Работая в режиме только перемешивания с минимальной подачей кислорода, турбоаэраторы могут поддерживать в биореакторе аноксидные условия. Использование переменных скоростей в турбоаэраторах позволяет регулировать степень очистки и прирост активного ила, создавая аэрируемые и неаэрируемые периоды на определенных фазах работы биореактора [19].

15


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

3.2. Бельгия  

  Рис. 2. Брюссель (Бельгия), с 2007 года станция обрабатывает стоки столицы Евросоюза (1 100 000 жителей-экв.). Крупнейший контракт BOOT подписанный в 2001. Технология ACTIFLO (усиленное осветление) и ATHOS (гидротермическое окисление осадка) [ 20 ]. 3.3. Соединенное королевство Великобритании и Северной Ирландии Очистка сточных вод, впервые была произведена в 1889 году в Англии. Сначала для очистки сточных вод использовалась почвенная очистка: стоками поливали поля или фильтровали их через слой грунта. Метод биологической очистки с применением активного ила был изобретён в Великобритании в 1913 году. Биологическая очистка сточных вод осуществляется с целью удаления из них органических веществ, в том числе соединений азота и фосфора. В 1914 году в Англии был построен первый аэротенк – устройство биологической очистки, в котором загрязнения разлагаются бактериями и микроорганизмами [ 21 ]. В Йоркшире (Англия) [ 22 ] ежедневно на очистные сооружения поступает около 1 млн. м3 сточных вод, образуется 1 400 м3 осадка (влажность около 96 %). Для обезвоживания использовались фильтр-прессы. Осадок обезвоживался до влажности 82 % и выше. Однако производительность фильтр-прессов оказалась существенно ниже номинальной и, как следствие, необезвоженный осадок постоянно накапливался. После серии поломок фильтрпрессов в 2005 году, количество накопленного необезвоженного осадка достигло 50 000 м3. После проведенных исследований было принято решение об установке двух декантерных центрифуг Alfa Laval Aldec G2 (рис. 3).

20

.VEOLIA Water Solutions & Technologies. Наша деятельность, наши возможности, наши работы. http://www.chistiygorod.com/Group_Presentation_in_Russian.pdf 21 . Очистка сточных вод и стоков. Водэкофильтр. - http://vodecofilter.com/content/view/139/61/ 22 . Peter Rose. Decanter centrifuges solve sludge backlog problem. – Water & Wastewater International. – September, 2005. - http://www.waterworld.com/index/display/article-display/239476/articles/water-wastewater-international/ volume-20/issue-6/regulars/worldwide-news/decanter-centrifuges-solve-sludge-backlog-problem.html 16


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 3. Декантерная центрифуга Alfa Laval Aldec G2. Центрифуги работают 24 часа в сутки, каждая обрабатывает в среднем 30 м3 осадка влажностью 96 % в час и производит кек (осадок или активный ил, обезвоженный до 60-85% влажности) влажностью 75 % (рис. 4). Таким образом, новое оборудование обезвоживает осадок до меньшей влажности и, кроме того, является менее энергоемким.

Рис. 4. Осадок, обезвоженный на центрифугах – Alfa Laval Aldec G2 (Йоркшир, Англия) [21] 17


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 5. Davyhulme (Англия): Канализационные Очистные Сооружения производительностью 1,500,000 усл. жителей в городе Manchester (Третичная Нитрификация) [ 23 ].

Рис. 6. Долина Спэн – очистка сточных вод. Команда AECOM взяла на себя задачу обеспечить современное устройство для очистки сточных вод, которое, работая в перенаселенной местности, будет обладать возможностью для расширения [ 24 ]. ООО Dalriada Water – консорциум, состоящий из AECOM, Kelda Water Services и Farrans осуществляли реализацию первого частно-государственного партнерства, предложенного службой водоснабжения Северной Ирландии в 2006 году. По условиям 25-летного контракта консорциум проектирует, строит, финансирует и эксплуатирует очистные сооружения, предоставляя региону воду в соответствие со строгими водными стандартами Европейского Союза.

23

. Biostyr - Veolia Water Solutions & Technologies. - http://www.veoliawaterst.com . AECOM - Europa - Долина Спэн – очистка сточных вод. - http://www.aecom.com

24

18


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 7. Проект Альфа, очистные сооружения, Северная Ирландия [ 25 ]. Договор, известный как "Проект Альфа", предполагает, что консорциум будет ответственным за проектирование, строительство, финансирование и операционные модернизации четырех очистных сооружений, расположенных в Северной Ирландии. Улучшенные станции очистки обеспечивают 50% чистой питьевой воды в Северной Ирландии, поставляя пресную воду для более чем 800.000 человек, и представляет собой более £ 110 млн. капитальных вложений в рамках одного проекта по улучшению качества воды. В общей сложности, объем проектов очищенной питьевой воды составляют почти половину от общего объема питьевой воды по всей провинции. Обновление работ были завершены полностью в декабре 2008 года. ООО Dalriada Water работает и будет поддерживать удовлетворительное состояние объектов до 2031 года. 3.4. Венгрия Будапешт (Венгрия), 2002 год. Производительность 200 000 м3/сут. Реабилитация существующей станции очистки (предочистка, первичное осветление, биология, обработка осадка, удаление запаха) [20].

Рис. 8. Биологическая очистка

25

. AECOM - Европа - Проектирование и строительство. - http://www.aecom.com/Where+We+Are/Europe/Design+ Build/_projectsList/Проект+Альфа+–+водоочистные+сооружения

19


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис.9. Расширение линии обработки осадка, фильт-пресс

Рис.10. Молокозавод, компания Бонгран (Репселак, Венгрия, 2004). Очистка стоков, пищевая промышленность. Биологическая очистка органических стоков, обезвоживание осадка. Производительность 900 м3/сут [20] 3.5. Германия Водоснабжение и отведение сточных вод в Германии – это задача населенных пунктов. Они самостоятельно и свободно выбирают необходимые организационные и технические решения. В государстве с высоко развитой промышленностью, таком как Германия, требования к надежности водоснабжения и охране окружающей среды безусловно также высоки. Для этого и существуют многочисленные законы и постановления. Законы о воде – это дело федеральных земель, причем рамки законодательства определяются федеральной структурой, и распределение задач идет на федеральном уровне. При этом подлежат выполнению и требования Европейского Союза [ 26 ]. Природных запасов воды 182 млрд. м3 [ 27 ] вполне достаточно для Германии, хотя и бывает нехватка воды регионального и сезонного характера, да и не все запасы по качеству годятся для водоснабжения. 26

. Водный сектор в Германии. Методы и опыт. http://www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-l/2754.pdf . Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (Hrsg.), (1998): Umweltpolitik; Wasserwirtschaft in Deutschland, Bonn, S. 22

27

20


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Технически�� стандарт имеющихся систем при международном сравнении очень высок, доля водопотерь составляет в среднем только 9 %. В связи с тем, что стремились более рационально обращаться с водой, расход в промышленности и домашнем хозяйстве постоянно снижался. Расход в домашнем хозяйстве составляет сегодня 130 л на человека в день. Благодаря строительству более 8000 станций биологической очистки в коммунальной сфере и благодаря интенсивной обработке стоков и дополнительным мероприятиям внутри промышленных предприятий значительно сократился сброс в водоемы уничтожающих кислород органических и вредных веществ, содержащихся в стоках, уничтожающих кислород органических и вредных веществ, содержащихся в стоках. Тем самым достигнуто уже заметное улучшение качество поверхностных вод [26]. Сегодня Германия является в Европе и во всем мире одной из самых развитых стран в области водной техники и управления водным хозяйством. Это касается не только тщательной охраны водоемов, например, благодаря хорошо оборудованным очистным сооружениям с высоким уровнем подключения потребителей к канализационной сети, но и экономного потребления питьевой воды.

Рис. 11. Уровень подключения к системе полной биологической очистки стоков в % в сравнении по ЕС [ 28 ].

а)

б)

Рис. 12. Уровень подключения (а) к сети водоотведения и обработки сточных вод и количество станций (б) биологической очистки [ 29 , 30 ]. 28

. Rudolph, K.-U. (1999): Vergleich der Abwassergebühren im europäischen Rahmen. in: Kommunalwirtschaft, Heft 4, April 1999, S. 174. 21


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Группа компаний ВТЕ, чья штаб-квартира находится в г. Эссен (Северный РейнВестфалия, Германия) [31], является ведущим в Европе частным предприятием по оказанию услуг в сфере водного хозяйства, техники и энергетики. Будучи поставщиком комплексных решений, группа компаний предлагает услуги по проектированию, строительству и эксплуатации инженерно-технических сооружений водоснабжения и канализации, термической утилизации отходов, производству тепла и электроэнергии. Кроме того, мы предоставляем профессиональные услуги в области сервиса и менеджмента. Группа компаний является дочерним предприятием концерна «ЕФН АГ» ведущей международной публичной компанией со штаб-квартирой в Австрии, работающей в сфере энергетики и экологии, оказывающей услуги по электро-, газо-, тепло- и водоснабжению, термической переработке отходов, а также сопутствующие услуги. Германия имеет очень хорошее качество питьевой воды. Соблюдение строгих норм согласно закону контролируется государством. Ответственность за это возложена на региональные службы здравоохранения. Благодаря постоянному обслуживанию сооружений и распределительных сетей снижается риск, например, бактериального загрязнения. Постоянное наблюдение за качеством питьевой воды дает возможность быстро проанализировать недостатки и принять соответствующие меры [27]. Так в Германии в некоторых областях применяется при возникновении проблем, например, дополнительное хлорирование в целях дезинфекции, или идет широкая и полная информация для потребителей пострадавшего региона, особенно мгновенное принятие мер предотвращает негативные долговременные последствия. Процент утечек воды в распределительной сети является важнейшим параметром для определения качественного состояния трубопроводов и арматуры, включая техническое обслуживание и эксплуатацию. Если сеть устарела, плохо проводят техническое обслуживание, эксплуатацию и контроль (так что, например, имеет место нелегальный забор воды), то складывается соответственно и высокая доля водопотерь. Хотя Германия страна, богатая водными ресурсами, предприятия водоснабжения десятилетиями стремились сократить водопотери, причем наряду с экономическим играли роль гигиенические и экологические аспекты (каждый кубометр поставляемой без пользы воды означает не нужный расход энергии, химикатов и т.д, через утечки теряется не только очищенная питьевая вода, но при определенных обстоятельствах в трубопроводную систему могут проникать инородные вещества, что приводит к загрязнению питьевой воды). Высокая доля утечек воды в распределительной сети сигнализирует о недостатках в состоянии труб и арматуры, о длительном сроке службы и необходимости в обновлении и\или о недостатках в текущем техническом обслуживании и контроле утечек. Ниже приведенный график показывает соотношение между водопользованием и водопотерями в сравнении с другими странами. 29

.Rudolph, K.- U. (1999): Zur Abwasserentsorgung in Deutschland, England und Frankreich, Teil 1: Leistung und Kosten. in: UTA 3/99, S. 94. 30 . Statistisches Bundesamt, (1990 - 1999). Statistisches Jahrbuch, verschieden Jahrgänge. 31 . Water.Technology.Energy. WTE. EVN Group. - http://www.wte.de/ 22


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 13. Водопотери по данным ООН [ 32 ]. В немецких центрах с концентрацией промышленности и населения имеет место исключительно центральная канализационная система. По данным Федерального Статистического управления годовой объем стоков составлял в 1998 году 9,6 млрд. м3 , включая около 4,9 млрд. м3 бытовых и промышленных загрязненных стоков. Преобладающее количество стоков (99,5 %) очищается на коммунальных очистных сооружениях. Только 0,5 % стоков обрабатывается на промышленных установках. Доля стоков со стороны, сбрасываемых в канализационную сеть, составляла в 1998 году около 2 млрд. м3. Прямой сброс без предварительной обработки сократился примерно с 115 млн. м3 (1995) до 65,3млн. м3 в 1998 году.

Рис. 14. Совместная очистная станция Биттерфельд [биол. реакторы – 453 000 EW] (Пилотный проект Федерального Министерства охраны окружающей среды совместной обработки бытовых стоков и сточных вод химических предприятий) [ 33 ]. 32

. Sattler, R (1997) Einführung der bundesweiten DVGW - Schadensstatistik Wasser in: gwf Wasser Special, 1997, Nr 13, Seite 27 ff. 23


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

С 1970 г. до 1994 г. было вложено более 78 млрд. € в новое строительство, расширение и обновление канализации и очистных сооружений, принадлежащих органам местного самоуправления, в старых федеральных землях. 23 млрд. € используется на расширение очистных сооружений и около 55 млрд. € на капиталовложения в области канализации. С 1991г. по 1996г. было вложено в Германии около 22 млрд. € в область сооружений отведения сточных вод. Ежегодные расходы органов местного самоуправления и Союзов в области коммунального водоотведения составляют более 6 млрд. €. По статистике 1998 года в Германии не было подключено в данном году 6,8 % населения к коммунальной канализационной сети. При уровне подключений 93,2 % можно говорить практически о полном завершении создания канализационной сети в Германии. Неподключенные участки есть в новых федеральных землях, где в зависимости от федеральной земли не подключено к коммунальной канализационной сети от 12 % (Тюрингия) до 31,4 % (Бранденбург) населения. Есть неподключенные участки также и в сельских районах Германии. Но и там отвод сточных вод налажен через выгребные ямы с регулярным вывозом фекалий и их поверхностной обработкой. Всего существует в Германии около 445.700 км коммунальной канализации, из них 51 % общесплавной канализации, через которую одновременно отводится грязная и дождевая вода. Существует около 134.000 км канализации чисто бытовых стоков. В нее сбрасываются для обработки наряду с бытовыми и промышленными, грязными водами и фекалии. Дождевые воды отводятся отдельно через ливнеспуски, насчитывающие около 85.000 км. В качестве альтернативы - фильтрация дождевых вод на месте. Наряду с коммунальной канализационной сетью есть канализационная сеть, находящаяся в частной собственности, например, на крупных промышленных предприятиях. Нет точных данных о протяженности таких сетей. В 1997 году по результатам опроса (http://www.atv.de) было 33 % канализационных трубопроводов не старше 25 лет. Больше трети всех коммунальных сетей существуют 25 - 50 лет. 11 % служат максимально 75 лет, а 16 % находятся в эксплуатации 75 - 100 лет. Старше 100 лет всего 4 % каналов в Германии. Считается, что около 40.000 - 80.000 канализационных трубопроводов требуют санирования. Санирование и модернизация существующих сооружений является в Германии задачей будущего, поскольку все необходимые канализационные трубопроводы и очистные сооружения в основном уже построены. 2,5 млн. Мг (1998) осадка с очистных станций, образующегося при обработке стоков, примерно на 60 % утилизируются. Используется осадок с очистных станций в качестве удобрения в сельском хозяйстве и при приготовлении не содержащей азота почвы для сельского хозяйства и садоводства. Высокий уровень применения в сельском хозяйстве и сельском строительстве будет сильно снижаться в среднесрочном периоде. По решению постоянных комиссий летом 2001 года осадок намерены в будущем в основном сжигать. К такому решению по «выводу» используемого ила из сельского хозяйства пришли, поскольку не учитывался микробиологический и химический риск при внесении осадка с очистных станций на сельскохозяйственные возделываемые площади. С 2005 года в Германии нельзя вывозить органический осадок с очистных станций на полигоны для хранения отходов. Поэтому приобретает значение термическая переработка, например, на тепловых станциях.

33

. Balke, H., Rudolph, K.-U. (1993/1994): Projektentwicklung, Projektmanagement und Projektcontrolling am Beispiel des Gemeinschaftsklärwerkes Bitterfeld-Wolfen. In: UMWELT 93/94, Jahrbuch für Umwelttechnik und ökologische Modernisierung, 3. Ausgabe, Dezember 1993/ Januar 1994. 24


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

В настоящее время 2,26 млн. тонн по сухому веществу в год илового осадка производится на муниципальных очистных сооружениях Германии. Начиная с 2005 года осадок должен быть обработан перед утилизацией на полигоне (в соответствии с немецким "Abfallablagerungsverordnung"). В настоящее время более половины илового осадка (52,5%) утилизируется путем сжигания (2008). Вследствие этого 15 моно - сжигательных заводов общей мощностью в 500000 т сухого остатка в год находятся в эксплуатации [ 34 ].

Рис. 15. Тенденция изменения способов утилизации илового осадка сточных вод за последние 20 лет в Германии: 1- депонирование на полигонах; 2 - использование в сельском хозяйстве; 3 - рекультивация ландшафтов, компостирование и другое повторное использование; 4 - сжигание (инсинерация). (Источник: Федеральное агентство по окружающей среде, данные Федерального статистического бюро (2009 год)) [34]. Из графика видно, что вывоз отходов на свалку практически полностью прекратился в 2004 году (в связи с правовой ситуацией), и что сжигание принимает все более и более важное значение. Менее половины ила, производимого на очистных сооружениях Германии, используется в сельском хозяйстве, для рекультивации ландшафтов, компостировании и т.д. Сценарий, подобно этому, будет основным путем развития в сфере утилизации илового осадка во всех Европейских странах. Европейский Союз не запретит сельскохозяйственное использование илового осадка в ближайшем будущем из-за экономичности данного варианта утилизации илового осадка, но, в то же время, в следующем десятилетии следует ожидать ужесточения правил и требований к качеству осадка. Поэтому сжигание осадков будет становиться все более и более важным. Моносжигание будет иметь приоритетное значение из-за возможности использования конечного продукта для восстановления фосфора. Это означает, что пока нет технического решения для восстановления фосфора, зольный осадок от сжигания моно-осадка должен быть утилизирован отдельно.

34

. International Water Association. Обработка осадка сточных вод в Литве до и после входа в ЕС. Интервью Йорга Керинга – технического директора WTE Wassertechnik GmbH, немецкой компании, лидера в секторе водоснабжения и обработки осадка. - http://www.aquaby.by/ 25


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

В рассматриваемый период планирования нужно учитывать действие возможных изменений климата. Изменение климата означает одновременно, что меняются стохастические – статистические характеристики метеоролого-гидрологических процессов. Например, меняется сезонное распределение осадков, типичная интенсивность осадков или даже температурные условия. Тем самым теряют собранные в прошлом статистические данные свою точность настолько, что сегодня обычные способы определения размеров сооружений водоснабжения и водоотведения исходят из так называемого «предположения стационарности» Она говорит, что стохастические - статистические характеристики метеорологических и климатических параметров и процессов не меняются во времени. Во многих немецких деревнях нельзя уже отличить очистное сооружение от влажного биотопа. Сточные воды очищаются на «растительных» очистных сооружениях [26] с небольшими затратами и экономией энергии (см. рис.5). Победное шествие «растительных» очистных сооружений стало возможным вопреки устойчивому сопротивлению властей и инженерных бюро. Инициативные группы граждан и отдельные лица во многих местах вели многолетнюю борьбу, чтобы осуществить этот почти природный вариант очистки стоков. Консервативно настроенные инженеры-строители, ведущие в стране строительство очистных сооружений, не могли себе представить, что сточные воды могут качественно очищаться не только на технических бетонных сооружениях, но и на «поросших растительностью почвенных фильтрах». Это скептическое отношение инженеров сначала подтверждалось недостатками в работе при осуществлении данного способа. Десятилетние споры вокруг «растительных» очистных сооружений и других почти природных способов очистки стоков увенчались в конечном счете успехом. Теперь очистка сточных вод на «поросших растительностью почвенных фильтрах» считается признанным способом по «уровню техники».

Рис. 16. Растительная очистная установка [ 35 ]. 35

. Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie (BMBF) (2001) Forschungsbericht Nr. 02 WA 0074 "Untersuchungen zum internationalen Stand und der Entwicklung Alternativer Wassersysteme". 26


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

С борьбой за признание «растительных» очистных сооружений были связаны споры вокруг децентрализованных способов очистки стоков. Экологические союзы и инициативные группы граждан не хотели, начиная с 70х годов, больше принимать, что большие центральные очистные системы являются «истиной в последней инстанции». С большими усилиями пробивались инициативы децентрализованных решений. Не более 10 деревень хотело подключиться через главный коллектор в нескольких километрах к центральной очистной станции. Каждая деревня хотела бы иметь на месте свою собственную очистную станцию – предпочтительнее «растительные» очистные сооружения. По-разному создавали сельские жители и товарищества по отведению стоков. Жители деревень сами брались за лопаты, крестьяне использовали свой машинный парк: Каналы и «растительное» очистное сооружение возводили сами своим трудом, экономя затраты. Во многих местах шла ожесточенная борьба за децентрализацию канализационных систем, что нашло свое отражение в Законе о регулировании водного режима. В 6-й редакции Закона о регулировании водного режима 1996 года допускался децентрализованный вариант очистки стоков. Децентрализованные, с экономией энергии и ресурсов, варианты водного хозяйства населенных пунктов могли бы быть также альтернативным решением для сельских районов в странах пороговых, с переходной экономикой и третьего мира. Так «растительные» очистные сооружения предлагались повсюду там, где имеются в распоряжении благоприятные по ценам площади. Товарищества по отведению сточных вод и высокая доля собственного труда помогли принять в этих землях выгодные по ценам решения очистки сточных вод. Широко обсуждаемые варианты альтернативного и экологически направленного водного хозяйства населенных пунктов использовались недавно видными учеными и экологическими союзами в спорах о будущем водоотведения. За предлагаемую рециркуляцию сточных вод с азотосодержащими веществами и тепловыми потоками организованное водное хозяйство населенных пунктов получало лишь насмешки. Впрочем, тема «Альтернативные водные системы» считается одной из самых инновативных в области технологий. Станция водоподготовки Халтерн – построенная в 1908 году, сегодня одна из крупнейших своего рода в Европе – является основой питьевого водоснабжения примерно для миллиона людей, промышленности в 20 городах северной части Рурского бассейна, в Мюнстерланд и в городе Дуйсбург. Залегание грунтовых вод с толщиной пласта 200 м в «Halterner Sande» предлагает хорошие предпосылки с геологической и гидрологической точки зрения [26]. Надежность снабжения гарантируется в основном искусственным обогащением грунтовой воды. При этом забирается поверхностная вода, собранная в водохранилище, предварительно очищается, затем инфильтрирует в землю и подается вместе с грунтовыми водами, поступающими природным путем. Кроме того, в прилегающих лесных массивах работают две скважины забора чистой грунтовой воды. Объем подачи воды составляет сегодня около 105 млн. м³ в год, из которых примерно одна четверть приходится на залегающие грунтовые воды «Halterner Sandе».

27


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 17. Станция водоподготовки Халтерн [26]. Установка SUPRACELL SPC-20H, бумажная фабрика в Германии.

Рис. 18. Установка SUPRACELL SPC-20H смонтирована для рециркуляции анаэробного или из анаэробного биологического реактора, который очищает стоки фабрики. Сфлотированный анаэробный ил возвращаются в реактор, чтобы увеличить его производительность. Получаемый биогаз должен применяться для флотации биомассы в установке SUPRACELL. Установка является взрывобезопасной и накрыта крышей. Она может очищать 360 кг/час исходного анаэробного ила [ 36 ].

36

. KWI. Примеры внедрения за рубежом. - http://kwi.ru/application/usag.html 28


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 19. Herford (Германия): Новые Канализационные Очистные Сооружения в Herford производительностью 250,000 усл. жителей (Полное удаление азота) [23].

Рис. 20. Sappi Alfed AG, Германия, целлюлозно-бумажное производство. Очистка стоков. Производительность: 50 тонн ХПК/сутки. Основной процесс: BIOBED (биологические фильтры с прикрепленной микрофлорой) [20].

29


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

3.6. Испания

Рис. 21. Очистные сооружения Зарагоза, Испания [20]

Рис. 22. Установка SANDFLOAT SASF-30, гольфный клуб, Малага, Испания. Установка применяется для локальной очистки муниципальных сточных вод. Очищенная вода применяется для гольфного клуба [36]. 3.7. Италия Применяемая установка SUPRACELL позволила снизить расходы на электроэнергию, значительно увеличила эффективность работы существующей биологической очистки, снизила расходы за утилизацию шлама (его концентрация возросла с 0,6 до 2,5%), позволила повторно использовать очищенную воду, которая соответствует требованиям Закона о загрязнениях [36].

30


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 23. Установка SUPRACELL SPC-33, текстильная фабрика в Риме, Италия 3.8. Литва Литва – это одна из стран Балтийского региона с площадью в 65200 км2 и населением 3,4 млн. человек. В 2003 году, вслед за подписанием Правительством Литвы Постановления об утверждении и реализации национальной стратегии устойчивого развития, последовали значительные изменения в водном секторе. В 2004, после вступления страны в Европейский Союз, были ратифицированы Директивы об очистке городских сточных вод (91/271/ЕЕС) и обработке илового осадка (86/278/EEB). Согласно Директиве по очистке городских сточных вод, биологическая очистка была внедрена на очистных сооружениях в городах с эквивалентом людей более 2000, вследствие чего увеличилось количество илового осадка сточных вод, требующего утилизации [34]. Около 5 лет назад большинство очистных сооружений в Литве не имело должной обработки илового осадка и обычным способом его утилизации было депонирование на полигонах (свалках бытовых отходов). В 2005, oсадок приблизительно в 3,7 млн. тонн оставался на иловых площадках. Одно из самых больших иловых хранилищ, находящееся вблизи свалки бытовых отходов в поселке Кариотишкес (недалеко от столицы Литвы Вильнюса), было закрыто в 2007 году. Хранилище представляет собой резервуары площадью в 5 га и глубиной 12-14 м, куда осадок свозился с очистных сооружений г. Вильнюс с 1996 до 2007 года. В 2011 году произошли две аварии с разлитием ила из-за разрыва покрытия резервуаров. В октябре 2011 года около 2 тыс. м3 вытекшего ила загрязнили лес вблизи свалки. В 2006 году, с целью разрешения сложившейся ситуации с утилизацией илового осадка сточных вод, по заданию Министерства окружающей среды Литвы, ОАО SWECO BKG LSPI подготовило техническо-экономическое обоснование различных способов обработки илового осадка в Литве. Была проанализирована существующая ситуация, выявлены проблемы, произведен экономический анализ различных технологий, предложены варианты по утилизации осадка. На основании данного доклада, в 2009 году двадцать три проекта по обработке осадка были утверждены и инвестирование в проектирование и строительство началось.

31


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 24. Одно из самых больших хранилищ илового осадка на свалке в Кариотишкес недалеко от столицы Литвы было закрыто в 2007 году. В октябре 2011 года, в связи с утечкой утилизированного осадка (около 2 тыс. м3) из-за прорыва покрытия резервуаров, произошло загрязнение близлежащего леса (В. Шчявинскас фотография. (lrytas, BNS)) [34]. Литва является относительно небольшой страной с ограниченными энергетическими ресурсами, в связи с этим необходимо найти местные возобновляемые источники энергии. Анаэробное сбраживание осадка является наиболее предпочтительной схемой обработки осадков сточных вод в связи с низким потреблением энергии и дополнительным преимуществом – производством биогаза. Биогаз представляет собой горючую газовую смесь, состоящую из метана (CH4) и диоксида углерода (CO2), а также следовых количеств других газов. Биогаз может быть использован для отопления очистных сооружений и производства электроэнергии.

Рис. 25. Один из первых анаэробных реакторов Литвы находятся на Утянских очистных сооружениях [34]

32


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

В Литве один из первых анаэробных реакторов с мезофильным режимом сбраживания был построен на Утянских очистных сооружениях. На данных очистных сооружениях образуется иловой осадок из первичных и вторичных отстойников (в среднем около 8100 кг сухого вещества в день), но на сегодняшний день в метантенки поступает только сырой осадок из первичных отстойников, который составляет приблизительно 70% от общего количества илового осадка. Два реактора по 1000 м3 каждый могут производить от 1050 до 2000 м3 биогаза в сутки из 50-160 м3 уплотненного первичного осадка (2008); содержание метана в производимом биогазе варьируется от 65 до 75%, теплоемкость - 22600-25100 кДж/м3 (ккал/м3 5400-6000). Добавление сульфата железа (Fe2(SO4)3 в сырой осадок перед его подачей в метантенки используется для уменьшения содержания сероводорода (H2S) в биогазе с 20007000 до 400-500 ppm. По словам д.т.н. Г. Ваболиене (Утянские очистные сооружения), биогаз используется для производства электроэнергии с использованием Zantingh (Голландия) когенерационного оборудования, например, в 2006 и 2007 годах 40 и 44% потребляемой на очистных сооружениях электроэнергии соответственно было произведено за счет переработки биогаза. В будущем на станции планируется строительство еще одного реактора (2000 м3), после чего в реакторах планируется сбраживать смесь сырого осадка из первичных отстойников и активного ила из вторичных отстойников. Другой предпочтительной технологией утилизации илового осадка является его использование в качестве удобрения. Использование илового осадка в качестве удобрения, а также сжигание в государствах-членах ЕС являются наиболее частыми способами утилизации. Директива утилизации осадков сточных вод 86/278/EEC регулирует использование осадка сточных вод в сельском хозяйстве с целью предупреждения его вредного воздействие на почву, растительность, животных, а также человека. Анализ илового осадка (количество сухого и органического веществ, рН, азота и концентрации тяжелых металлов) должен производиться раз в шесть месяцев, если не обнаружено изменений в параметрах - то в двенадцать месяцев. В Литве принято национальное законодательство LAND 20-2005 «Требования к осадкам сточных вод, применяемых в качестве удобрения и для рекультивации", регулирующее применение осадка сточных вод в сельском хозяйстве, в котором разрешенная концентрация тяжелых металлов (Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn) гораздо более низкая по сравнению с Европейской нормой [34]. Значительное увеличение затрат на энергетические ресурсы в последние годы привело к всевозрастающей важности поиска возможностей снижения энергетических затрат. Энергетические затраты очистных сооружений сточных вод зависят от многочисленных факторов, таких, как мощность станции, технологического процесса, режима работы, состава сточных вод и фактического количества сточных вод. С целью оптимизации потребления энергии, с одной стороны, может быть произведена целевая оптимизация режима работы станции или отдельных ее технологических компонентов, с другой стороны, могут быть внедрены новые этапы процесса с целью оптимизации ситуации в энергетическом секторе. Например, может быть внедрена предварительная обработка осадка до анаэробной стабилизации или строительство комбинированной станции по производству тепла и электричества. Основная цель всех этих оптимизаций - снижение потребления внешнего источника энергии, с целью достижения станции сточных вод с локальным источником энергии.

33


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

В этом контексте можно подчеркнуть, что очень важно оптимизировать использование органического вещества осадка сточных вод, с целью как можно большего производства биогаза в биореакторах. Биогаз может быть использован в качестве сырья для отопления и производства электроэнергии вместо других видов топлива. Следовательно, это приведет к снижению выбросов СО2 в атмосферу. Предварительная обработка илового осадка перед анаэробным сбраживанием может способствовать повышению производства биогаза из органического вещества. Были проведены исследования различных методов улучшения биодеградации органического вещества илового осадка – его предварительная тепловая, химическая или механическая обработка перед подачей в метантенки. Целью данной процедуры является освобождение клеточных компонентов и органических веществ сухого вещества осадка. Большое количество осадков сточных вод (около 200 тонн сухого вещества в день) образуется на Вильнюсских очистных сооружениях. Часть производимого илового осадка компостируется, остальная часть депонируется на иловых площадках. Основная проблема заключается в том, что Вильнюс, возможно, является единственным городом в Литве, который рос и развивался вокруг очистных сооружений, вследствие чего иловые площадки оказались внутри города. Из-за этого, главным образом в летний период, люди из близлежащих районов чувствуют очень неприятный запах, идущий от утилизированного на иловых площадках ила. В 2008 году немецкая компания WTE Wassertechnik GmbH совместно с норвежским партнером Cambi AS подписала крупный заказ на строительство станции по утилизации илового осадка в Вильнюсских очистных сооружениях. По проекту предусмотрена следующая переработка илового осадка: уплотнение, термический гидролиз, анаэробное сбраживание, сушка и сжигание (инсинерация) [34]. После данной схемы только 40 тонн по сухому веществу в сутки илового осадка останется утилизировать как удобрение. Основным заказчиком проекта является ЗАО Вильняус Ванденис, муниципальная компания по водоснабжению и канализации г. Вильнюс. Около 60% от стоимости проекта финансируется Европейским Союзом, остаток будет доплачен из средств Вильняус Ванденис, Вильнюсского муниципалитета и Правительства Литвы. В настоящее время два из трех анаэробных реакторов уже находятся в эксплуатации, очень скоро проект будет завершен. Принятие технически и экономически оптимального, учитывающего потребности наших потенциальных клиентов, решения всегда являлось нашей целью. В целях удовлетворения требований приглашения на участие в тендере по проектированию станции на очистных сооружениях в Вильнюсе, мы объединили высокотехнологичные процессы и оборудование в современное и надежное сооружение по обработке илового осадка. По предлагаемому проекту реконструкции существующего здания по обработке илового осадка и строительства новых реакторов и сопутствующего оборудования в непосредственной близости к существующим строениям, необходимо было выработать концепцию оптимального использования существующей площадки для застройки. В результате малые расстояния и компактное расположение строений обеспечит надежную эксплуатацию станции. Реализованные технические решения позволили интегрировать новой станции по обработке осадка в существующий комплекс биологической очистки сточных вод.

34


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Станция обработки илового осадка на Вильнюсских очистных сооружениях в будущем гарантирует высокоэффективную обработку осадка, что соответствует заключениям и рекомендациям, изложенным в национальной студии "Инвестиционная программа по утилизации илового осадка в Литве". В связи с введением термогидролиза в схему по обработке осадка, Вильнюсская станция станет одной самых высокотехнологичных станций в Балтийском регионе.

Рис.26. Вильнюсская станция по обработке осадка является одной из самых высокотехнологических станций в Балтийском регионе [34]. Ввод в эксплуатацию станции по переработке осадка в Вильнюсе начался в январе 2012 (рис. 3). Исследования и предыдущий опыт эксплуатации подобных станций показали, что термогидролиз является перспективным процессом, так как он приводит к увеличению производства биогаза, стабилизации и обеззараживанию осадка. Выбор данного процесса позволяет увеличить производство биогаза на 20% по сравнению с производством биогаза на обычных станциях анаэробного сбраживания (из-за повышенного содержания полуразложившихся веществ), а так же приводит к уменьшению объема сооружений, необходимых для конечной стабилизации анаэробного осадка. Как уже упоминалось ранее, утилизация ила является одной из насущных проблем в мире, поэтому исследователи, как в Литве, так и во всем мире заинтересованы в поисках решений для оптимизации этого процесса. Одна из возможных схем улучшения процесса является совместное сбраживание илового осадка с органическими отходами. Ученые во всем мире, а также и в Литве, исследовали возможности совместного сбраживания илового осадка с другим биодеградирующих материалом. Доктор технических наук Й. Савицкас (Литовский энергетический институт) изучал возможности получения возобновляемых источников энергии из биоразлагающихся отходов в Литве. Исследования показали очень высокий потенциал использования органических отходов (пищевых отходов, навоза, и т.д.) для производства возобновляемых источников энергии (2009). Но в настоящее время многие виды биодеградирующих отходов по-прежнему вывозятся на свалки в Литве. Исследования методов обработки и утилизации илового осадка приобретают растущий интерес. В последние годы в моем университете в Литве и Швеции были защищены диссертации на тему совместного сбраживания биодеградирующих отходов и илового осадка, а также компостирования осадка.

35


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

До сих пор одной из распространенных схем утилизации осадка систем водоподготовки в Литве и других странах является его вывоз и складирование на полигонах. Последствия использования более совершенных технологий очистки воды – рост осадка систем водоочистки. Первые исследования, проведенные под руководством профессора Й. ла Кур Янсенa (Лундский Универститет, Швеция) и доцента, д.т.н. Х.Р. Андерсена (Датский технический университет, Дания), показали положительные результаты использования осадка водоочистных сооружений на минимизацию внутренней рециркуляции фосфатов на очистных сооружениях с анаэробным сбраживанием илового осадка. ЗАО «August ir Ko», учрежденная в 1998 году (Вильнюс, Литва) [ 37 ], разработала одну из самых высококачественных систем очистки сточных вод - Vertical Flow Labyrinth, в последствие её запатентовав. Эти технологические процессы основываются на многолетних изысканиях научной деятельности человечества, его жизненном опыте и современном техническом прогрессе. Инженеры стремились качественно смонтировать надежную очистительную установку. И это удалось. Благодаря этому ее начали активно эксплуатировать уже более 10 тысяч современных владельцев индивидуальных домов, дач, жилых поселков и других объектов недвижимости в Балтии, странах Азии и Африке, а с 2006 года и в РФ. Данные очистные сооружения можно подключить, как к строящимся индивидуальным домам, кафе, школам, отдельным посёлкам и другим объектам, так и к действующим, вместо выгребных и накопительных ям, фильтрующих полей, что позволяет использовать установку даже на маленьких участках. При работе этих установок не нужно делать откачку фекалий. Они полностью перерабатываются, образуя на выходе очищенную воду и активный ил, который можно использовать как эффективное натуральное удобрение. Для подключения данных очистных сооружений, рассчитанных на использование до 50 человек, не требуется дорогостоящая разрешительная и проектная документация. Хороши данные сооружения еще и тем, что при их использовании отпадает необходимость откачки стоков, так как система осуществляет полную их переработку, образуя очищенную воду (98%) и активный ил, который используют как натуральное удобрение. Что касается очищенных стоков, которые переработаны при помощи локальных очистительных систем, производимых ЗАО «August ir Ko», она может быть смело возвращена в природную среду, без боязни нанесения какого-либо вреда экологии и здоровью человека. Требования и нормы по защите окружающей среды сегодня очень высоки как в Российской Федерации, так и в Евросоюзе. Разработки ЗАО «August ir Ko» в сфере очистительных сооружений полностью им соответствуют, что чрезвычайно важно [37]. Биореактор состоит из анаэробной – аноксической и зоны аэрации и вторичного отстойника. Все зоны размещены в одной горизонтальной ёмкости в форме цилиндра и отделены друг от друга перегородками. При помощи компрессора избыточный ил удаляется в стабилизатор ила, который устанавливается в отдельной ёмкости. В комплект очистных установок входит компрессор, который устанавливается рядом с установкой. Форма, конфигурация, размещение ступеней очистки и устанавливаемое оборудование биореакторов являются аналогичными в моделях AT75 – AT250. При увеличении мощности биореакторов, пропорционально увеличиваются конструктивные параметры соответствующих установок.

37

. Август-Эколог. – http://august-ecolog.ru/ 36


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 27. Установка очистки коммунальных сточных вод AT300-AT5000 на основе технологии ЗАО «August ir Ko» Установка очистки коммунальных сточных вод AT300-AT5000 на основе технологии ЗАО «August ir Ko» может обслуживать города и городки с большим или малым количеством жителей: от нескольких сотен до более, чем пяти тысяч жителей. Наш проект охватывает все степени биологической очистки, включая разделение ила в интегрированном реакторе. Это уменьшает габариты установки и упрощает строительные работы. Ёмкости биореакторов AT1000 - AT5000 должны изготавливаться из железобетона, а перегородки – из полипропилена. В биореакторе на основе технологии ЗАО «August ir Ko» интегрированы все степени биологической очистки и разделение ила (анаэробная – аноксическая и зона аэрации и вторичного отстойника). Все зоны размещены в аэротенках прямоугольной формы с бетонным основанием и перегородками, изготовлеными из полипропилена. По сравнению с традиционными методами очистки сточных вод, технология ЗАО «August ir Ko» превосходит их, как в отношении экономии места, так и в отношении экономии электроэнергии. Система очистки является гибкой, поскольку продолжительность всех фаз очистки может быть легко заменена и отрегулирована. Установки данного типа хорошо приспособлены для очистки неровных и колеблющихся циклов сточных вод и нагрузок. Установки данной технологии являются компактными; всю систему очистки сточных вод можно смонтировать в здании. Технологические процессы очистки, происходящие в очистной установке, согласованы между собой и работают гармонично. Принцип действия биологических очистных устройств АТ6-АТ50 [ 38 ]. Стоки, попавшие по трубам в биологические очистные устройства, проходят несколько этапов, прежде чем очистятся, происходят процессы распада, и вода снова становится чистой. 1. Стоки поступают по трубам до решетчатого отверстия (для задержки механических, пластмассовых примесей) и попадают в резервуар биологического очистного устройства. Они содержат большое количество не только загрязнений органического происхождения, остатков пищи, жиров, но и примесей различной бытовой химии – стиральных порошков, средств для очистки, мыла и пр. Вода станет чистой т��лько после нескольких важных этапов. 38

. ООО «Август-Эколог» ecolog.ru/dir/file/work.html

Принцип

действия

биологических

очистных

устройств.

http://august-

37


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

2. В зоне анаэробной (безвоздушной) ферментации начинают разлагаться органические вещества, например, поступившие из кухни остатки обеда. 3. Образовавшаяся масса смешивается с активным илом (в нем живет колония бактерий) и попадает в зону денитрификации, т.к. бактерии превращают нитраты в газовый азот, который вылетает в воздух (то же происходит и с фосфором). Нитраты в изобилии содержатся в стоках из кухни и туалета. 4. Дальше ждет зона аэрации (насыщаемая воздухом) при помощи воздуходува. В этой зоне происходит повторный процесс разложения химических веществ – нитрификация. 5. Позднее жидкость через отверстие в форме воронки попадает на дно отстойника, где проходит сквозь слой плотно утрамбованного ила и после очистки вытекает из устройства. Очищенную воду можно накапливать и использовать – для полива цветников, мытья автомобиля, или выливать в мелиорационную канаву и т.п. Так как вода попадает в окружающую среду, мы должны быть уверены, что она очищена надлежащим образом, соответствует всем природоохранным требованиям. Это могут гарантировать сертифицированные биологические устройства со знаком соответствия Европейского Союза – CE [38]. 3.9. Нидерланды Сооружения биологической очистки сточных вод города и промышленного района Роттердам были построены в 2006 г [ 39 ]. Максимальная производительность станции Harnaschpolder (в ливень) составляет 38 тыс м3/час, в сухой период – менее 10 тыс. м3/ч (Рис. 3). Эти сооружения были построены путем объединения финансовых усилий компании Evides и Veolia. Общий объем инвестиций составил 450 млн евро. Сооружения были построены всего за 2,5 года. На них применена классическая современная схема: механическая очистка (в том числе радиальные первичные отстойники), аэротенки с биологическим удалением азота и фосфора, вторичные отстойники.

Рис. 28. На очистной станции стоков Роттердама (38 тыс м3/ч), где емкостные сооружения накрыты, и испарения (180 тыс. м3/ч) отводятся на газоочистку [39]. 39

. Международная выставка AQUATEC (31.10.2011-04.11.2011). «О том, что удивило в Голландии» C. Березин, Д. Данилович. http://www.pump.ru/information/ publications/Articles/2011/holland_pdf2.pdf

38


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Осадок первичных отстойников подвергается гравитационному уплотнению, избыточной активный ил – сгущению в центрифугах. Смесь осадков сбраживается в классических метантенках (рис. 2) с мезофильным режимом сбраживания, перемешиваемых биогазом.

Рис. 29. Метантенки очистных сооружений Harnaschpolder. На первом плане справа – газовая «свеча», слева – гасители гидравлического удара [39]. Все емкостные сооружения механической очистки, уплотнители осадка, аэротенки перекрыты стеклопластиковыми, либо алюминиевыми конструкциями. Вентиляционные выбросы (180 тыс. м3/ч) подвергаются двухступенчатой очистке: первая ступень биофильтр, доочистка – гранулированным активированным углем. Загрузки меняют без регенерации: уголь раз в год, загрузку биофильтра – раз в 4 года. Очищенные сточные воды перекачиваются в море по многокилометровым водоводам, которые, во избежание гидроударов, присоединены к башенным пневмогидроаккумуляторам. Компания Evides планирует дополнить основные сооружения станции Harnaschpolder установкой по производству «восстановленной воды» (глубокой многоступенчатой доочисткой). С этой целью сооружена опытно-промышленная станция, на которой параллельно отрабатываются 3 технологии доочистки от взвешенных веществ, БПК, аммонийного и нитратного азота и фосфатов. Станция водоподготовки Berenplaat, снабжающая питьевой водой г. Роттердам, также работает эффективно и надежно. Базовая технология, используемая с 60-х годов, включает в себя барабанные фильтры, обработку железосодержащим коагулянтом, осветлители со взвешенным слоем, фильтры.

39


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Позднее были добавлены угольные адсорберы (напорные фильтры) и обеззараживание ультрафиолетом (в Голландии хлор для обеззараживания, в том числе на сетях, уже не используют) (рис. 4). По признанию директора станции, она занимает слишком большую территорию, так как построена по проекту 1960-х гг., и сейчас он применил бы технологию с использованием мембран, значительно сократив размеры сооружений и инвестиций.

Рис. 30. Зал осветителей и фильтров станции водоподготовки Berenplaat (постройка 60-х годов 20-го века)

Рис. 31. Адсорбционные фильтры на станции водоподготовки Berenplaat.

40


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 32. Комплекс Orgaworld («Органический мир»), расположенный в припортовой зоне Амстердама,. На переднем плане слева – помещение мембранных модулей, справа – биореактор. За ними – анаэробные биореакторы. На эти сооружения перекачиваются и привозятся различные высококонцентрированные производственные сточные воды (от производства биодизеля, пивоваренного производства и др.), а также всевозможные органические отходы, образующиеся в городе. Сооружения включают в себя комплекс емкостей для хранения отходов различного происхождения (включая нереализованную пищевую продукцию с истекшим сроком годности), системы их смешения, два метантенка, производящие сбраживания пастообразных материалов (содержание сухого вещества более 100 г/л), высокопроизводительный анаэробный реактор с гранулированным илом (на стадии наладки), мембранный биореактор (МБР), в котором осуществляется аэробная очистка всех обработанный в анаэробных реакторах сточных вод и отходов, а также других сточных вод. В этом биореакторе реализована новейшая энергосберегающая технология удаления азота путем нитри-денитрификации через нитрит (в отличие от обычного процесса, проводимого через нитрат). Для поддержания такого процесса температура в биореакторе составляет около 37 °С. Отделение активного ила (10-12 г/л) производится на мембранных модулях весьма оригинальной конструкции – с горизонтальным расположением полых мембранных нитей (производство Mitsubishi Rayon). Очищенная вода сбрасывается в систему городской канализации Амстердама. По информации сотрудников компании, они платят при этом практически только за транспортировку воды, т.к. она уже почти не содержит загрязнений. В 2-х метантенках комплекса Orgaworld, имеющих общий объем 8 тыс. м3, производится ежесуточно около 50 тыс. м3 биогаза.

41


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Его утилизация на когенерационной установке позволяет получать около 4 МВт электрической и примерно столько же – тепловой мощности. Основная часть этой энергии продается для использования во внешние сети. Идея данного комплекса и опыт его создания представляют большую ценность и для украинских условий. Такие комплексы могли бы создаваться как водоканалами (при очистных сооружениях), так и частными компаниями – в местах, приближенных к сосредоточению пищевых и биотехнологических производств. Большинство систем биологической обработки, особенно системы очистки сточных вод, строятся в виде непрерывных установок с активированным осадком [ 40 ]. В результате ужесточения природоохранного законодательства наблюдается быстрорастущий спрос на более гибкую и более эффективную систему биологической очистки периодического действия, SBR.

Рис. 33. Установка Биологической Обработки, построенная Пилкенроод в Роттердаме, Нидерланды [40]. Сама технология не нова. Она использовалась еще в первой половине 20-го века задолго до того, как непрерывная система стала пользоваться популярностью, поскольку система периодического действия (SBR) всего лишь предлагает логичный и более совершенный технологический процесс. Однако работа с системой периодического действия предполагает больший уровень контроля, а значит, является более трудоемкой, поскольку она требует наличия операторов для инициализации различных технологических операций. Когда рабочая сила подорожала, то общепринятым стандартом стала непрерывная система, хотя она была менее эффективной и обладала рядом трудно контролируемых недостатков. Ниже перечислены основные компоненты SBR: 1. Резервуар (реактор) в котором происходит смешивание, очистка и осаживание активированного осадка; 2. Оборудование подачи сточных вод (обычно, насосы); 3. Система подачи кислорода (например, воздушные компрессоры и сетка); 4. Система управления (например, панель ПЛК или реле). 40

. Pielkenrood Group. The Netherlands*Taiwan. http://www.pielkenrood.net/index.php?option=com_content&task=view&id=20&Itemid=2&lang=ru 42


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

В процесс биологической обработки SBR состоит из цикла с четырьмя отдельными фазами: - Стадия заполнения и обработки - Происходит подача сточных вод в резервуар и уровень жидкости поднимается. Подается требуемое кол-во воздуха; - Стадия окончательной обработки - Прекращается подача сточных вод. Подается требуемое кол-во воздуха; - Стадия выпуска - Выключается система аэрации. Активированный осадок осаждается, а чистый поверхностный слой выводится. Уровень жидкости падает; - Стадия покоя - Уровень жидкости низкий. Воздух подается только для того, чтобы поддерживать эндогенное дыхание активированного осадка, находящегося в резервуаре.

Рис.34. Реактор на стадии заполнения и обработки [40]. Преимущества SBR: - Система прерывной биологической о��работки обладает огромными преимуществами по сравнению с непрерывной системой, главным образом, благодаря технологиям эксплуатации и контроля, использующимся в SBR, позволяющим достигнуть гораздо более высокого уровня эффективности. - Биологическое разложение является естественным процессом, который протекает в нескольких стадиях, каждая из которых требует создание особых технологических условий. В установке биологической обработки такой естественный процесс должен протекать в ограниченном пространстве, эффективно и с минимальными затратами. - Популяция микроорганизмов, растущих в системе биологической очистки, зависит от допустимых в такой среде условий. В процессе отбора, мутации и конкуренции биомасса адаптируется к условиям, в которую ее поместили. В системе SBR эти условия можно легко контролировать. Это также подразумевает то, что в SBR мы можем создавать оптимальные свойства биомассы для каждого специфического типа сточных вод, при этом контролирование этих условий остается относительно простым. Этого нельзя получить в непрерывных системах.

43


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Другие преимущества SBR: - Не требуется наличие ни водосбора, ни насосов рециркуляции осадка. Весь процесс протекает в одном резервуаре; - Не происходит короткого замыкания, в результате которого необработанная вода попадает в очищенную сточную воду; - Система SBR имеет более эффективную защиту от изменений потока и/или нагрузки, поскольку выпуск очищенного стока происходит только после завершения процесса очистки; - Система дает значительную гибкость по сравнению с другими системами активированного осадка, поскольку стадии наполнения, обработки, выпуска и покоя могут регулироваться простым способом, независимо друг от друга; - Содержание осадка легко подлежит контролю и отслеживанию, так как осадок всегда остается в реакторе и не перекачивается из аэрационного резервуара в отстойник или наоборот. Конструкция SBR, разработанная компанией «Пилкенроод Инжиниринг» предлагает следующие дополнительные преимущества: 1) В данной системе SBR периоды, в которых может наблюдаться измеримая концентрация кислорода, очень ограничены; 2) SBR системы работают не на основе концентрации растворенного кислорода, а на основе сигнала окислительно-восстановительного потенциала, который позволяет определять излишек кислорода, а также его недостаток.

Рис.35. Общий вид аэрационной решетки [40]. Это имеет значительные последствия: - Обеспечивается оптимальная передача кислорода, так как реактор в основном работает в состоянии легкой кислородной недостаточности, вследствие чего потребление кислорода вовремя дерации равно максимальной скорости его подачи. Таким образом, подача кислорода не превышает необходимого точного количества, благодаря чему достигается значительная экономия энергии;

44


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

- Во время процесса аэробные и бескислородные условия меняются, вызывая практически одновременное протекание желаемой нитрификации и денитрификации в одном резервуаре; - Меняющиеся бескислородные и аэробные условия, адаптирующиеся к настоящей БПК-нагрузке, стимулируют рост бактерий, снижающих уровень фосфатов. В непрерывной системе трудно контролировать риск возникновения анаэробных условий, формирующихся в отстойнике, где осадок выделяет впитанный фосфат, вследствие чего фосфат проникает в очищенные сточные воды. Данная система SBR сконструирована таким образом, чтобы подавлять выделение фосфата и максимально препятствовать его попаданию в выпущенный очищенный сток. Данные системы SBR по своей конструкции являются блоками с активированным осадком низкой нагрузки. Нагрузка осадка данных SBR-систем сравнима с нагрузками осадка каруселей повышенной аэрации и окислительных канав. Это вызывает медленный рост осадка, и требуется удалять лишь небольшое количество избыточного осадка. Количество избыточного осадка, подлежащего удалению из SBR, можно уменьшить, установив блок аэробной стабилизации/утолщения осадка и систему обезвоживания осадка. Результатом этого будет значительное снижение расходов по хранению/выводу осадка или сжиганию избыточного осадка. Данная философия контроля предлагает возможность манипулирования нагрузкой БПК в зависимости от аэрации биомассы, чтобы легкие нитчатые бактерии не имели возможности развиваться и расти. Это предотвращает формирование плохо осаживаемого осадка (набухающий осадок), из-за которого возникает так много проблем в других, особенно, в непрерывных системах биологической очистки. Очевидные преимущества систем SBR от «Пилкенроод Инжиниринг»: 1) используется простая конструкцию. Весь процесс проходит в одном резервуаре/реакторе; 2) нитрификация/денитрификация и сокращение фосфата протекают примерно одновременно и не зависят от местонахождения в реакторе; 3) предлагается значительная гибкость, что касается поглощения изменений потока и/или нагрузки (пиковые или ударные нагрузки); 4) предлагаются простые и более сложные возможности контроля условий и развития процесса очистки; 5) экономия энергии путем оптимизации подачи кислорода в биомассу; 6) низкий прирост осадка благодаря низкой нагрузке осадка; 7) хорошо осаждающийся осадок, получаемый путем подавления роста нитчатых бактерий; 8) связь энергопотребления с удаляемым BOD/COD (БПК/ХПК) делает возможным автоматический контроль запасов осадка и дозировки питательных веществ; 9) всесторонний мониторинг токсичности: недопустимые условия обработки определяются немедленно. Системы SBR от «Пилкенроод Инжиниринг» совмещают разносторонность с простотой и могут использоваться для обработки различных веществ, поддающихся биологическому разложению, «простых» и «сложных» в малых или больших объемах.

45


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 36. Компания Pielkenrood Group (Netherlands-Taiwan) построила одну из крупнейших установок биологической обработки в Тайване мощностью 15.000 м3 в день. Слева направо: сборка сепаратора, фрагмент сепаратора и вентиляторы для аэрационной решетки. Bнизу: строительство резервуара [40]. 3.10. Франция

46

 

 

Рис. 37. Станция Ашер, Париж

Рис. 38. Станция «Коломб», Париж


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Станция Ашер (Париж) имеет производительность 6 500 000 жителей-экв. - построена в 2005 год [20]. Станция «Коломб» (Париж) - 1 000 000 жит-экв. Производительность при сухой погоде: 240 000 м3/сут, дождь: 730 000 м3/сут, ливень: 12 м3/сек в течение 8 часов) Основные процессы: BIOSTYR (мембранный биореактор) PYROFLUID (сжигание осадка) [20].

Рис. 39. Установка SEDIFLOAT SDF-49, городские очистные сооружения, Compiegne, Франция [36]. Флотационная установка SDF-49 была смонтирована для сгущения осадка после аэротенка. Производительность установки 800 кг/час. Концентрация шлама - 4,5-5,5%. 3.11. Хорватия

Рис. 40. Установка SANDFLOAT SAF-BP-20, нефтеперерабатывающий завод, Rijeka, Хорватия [36].

47


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Вся технологическая вода с содержанием нефтепродуктов от производства смазочных масел, парафинов, битума, топлива проходит процесс очистки на установке SAF-BP-20. Применяются два API сепаратора, один для предварительной очистки технологических сточных вод, другой - для линевой канализации и охлаждающей воды от продувки. Технологическая вода после API сепаратора доочищается на флотационно-фильтрационной установке SANDFLOAT-BP, в котором фильтрация происходит через слой песка и гидроантрацита. Очищенная вода после дезинфекции может повторно использоваться в производстве или сброшена в море. 3.12. Чехия До недавнего времени, любые попытки производить небольшие аэротенки (для применения их в качестве очистных станций для загородных домов или небольших коттеджных поселков) приводили к повышению стоимости оборудования, либо понижалось качество очистки [ 41 ]. Решить эту проблему удалось чешскому инженеру Яну Тополу, который разработал установки глубокой биологической очистки «ТОПАС». Установки очистки сточных вод (УОСВ) модельного ряда «ТОПАС» [ 42 ] разработаны на основе опыта больших станций очистки сточных вод с мелкопузырчатой аэрацией, как прерывистой, так и непрерывной. Вышеупомянутые процессы совмещаются в этой установке. Уникальная технология, простой монтаж, компактность системы, бесшумный самоочищающийся автоматический режим работы с минимальными требованиями и затратами по обслуживанию, сигнализация о нормальной работе УОСВ и качественная очистка воды (98%) — вот факторы определяющие неоднократное завоевание УОСВ «ТОПАС» призовых мест на международных выставках (в 1996, 1998, 1999 и 2001 гг.) и признание этой установки в Германии, Канаде, Чехии, Словакии и России, подтвержденное сертификатами этих стран. Установки поставляются готовыми к применению, имеют небольшие размеры, малый вес и представляют собой единый корпус, изготовленный из полипропиленовой панели с вспененным внутренним слоем, что придает им необходимую прочность и препятствует коррозийному разрушению от агрессивного воздействия сточных вод. Монтаж «ТОПАС» не требует значительных инженерных работ, специальной техники и квалифицированных исполнителей [42]. Необходимо лишь произвести заглубление установки в почву, подсоединение сточного трубопровода и кабеля электрического питания для малогабаритного и экономичного магнитно-индукционного компрессора японского производства. Установки внутри поделены на ряд технологических емкостей выполняющих следующие функции:  накопление и уравнивание стоков;  аэрация;  биологическая очистка с использованием активного ила;  накопление излишков активного ила;  отстойник чистой воды. 41

. Polymer Group. Биологическая очистка хозяйственно-бытовых сточных вод. http://www.apg.nnov.ru/HTMLs/Artikel_bioseptic.htm 42 .Центр водоснабжения. Топас. – Автономная канализация. Установка глубокой биологической очистки бытовых сточных вод. http://www.cvk.spb.ru/topas.html 48


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Разделение функций происходит в зависимости от положения поплавкового переключателя уровня воды в накопительной емкости. Установки «ТОПАС» выпускаются разных типоразмеров в зависимости от водопотребления и количества обслуживаемых потребителей [42]. Технология Вio-CWT (Bio Clean Water Technology – система биологической очистки хозяйственно-бытовых стоков) запатентована чешской компанией "Albion group" [ 43 ]. Очистка бытовых сточных вод с помощью биологического реактора – это самая надёжная система биологической очистки, которая предназначена для ряда очистительных процедур, а именно: очистка стоков; очистка хозяйственных сточных вод; очистка промышленных сточных вод; очистка бытовых сточных вод; очистка фекальных вод. Основные покупатели данного вида продукта это - частные дома, санатории, гостиницы, производственные помещения, рестораны, административные учреждения, школы, детские садики и.т.д. Благодаря разработке и усовершенствованию систем очистки бытовых сточных вод реализуются новые варианты локальных очистных сооружений, таких как канализация для загородного дома, канализация для дачи, канализация коттеджа. Гигиенологические заключения и степень очистки стоков в этих установках позволяют использовать очищенную воду для полива газона, огорода, мытья автомобилей, а также других сельскохозяйственных и строительных нужд. Преимущества установки Вio-CWT:  высокая степень эффективности очистки (95-98%);  компактность в использовании;  возможность увеличения производительности;  чистый биологический процесс;  простая и надежная эксплуатация;  высокая устойчивость к колебаниям нагрузок;  отсутствие шума и запаха при очистке сточных вод;  низкое энергопотребление;  минимальные затраты на строительство;  простота конструкции, монтажа, обслуживания и эксплуатации.  приемлемые вес и размеры;  эксплуатация в различных климатических зонах [43]. Наиболее перспективной разработкой в области канализования сточных и фекальных вод является станция глубокой биологической очистки бытовых сточных вод очистная установка "ЮНИЛОС(SBM)" [ 44 ]. Станция разработана в Чехии, имеет международный патент и отлично зарекомендовала себя в странах Европы. На текущий момент установка ЮНИЛОС(SBM) успешно эксплуатируется в Германии, Франции, Словакии и других европейских странах. С помощью очистной установки ЮНИЛОС(СБМ) можно в кратчайшие сроки решить проблему очистки сточных вод. Следует обратить особое внимание на то, что станция биологической очистки, в отличии от существующих септиков, производит очистку, а не аккумуляцию загрязнений, поэтому ориентирована на использование всего спектра сантехнических устройств (унитаз, ванна-душевая, стиральная и посудомоечная машина и т.д.). 43

. О компании. – Биологическая очистка сточных вод. http://biocwt.ub.ua/ru/about-company/ . Очистные установки биологической очистки бытовых стоков Юнилос (СБМ). da.ru/hosbyt/ubas 44

http://www.vo-

49


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Основным достоинством установки является высокая степень очистки сточных вод от всех видов органических загрязнений и отсутствие дурных запахов, неизбежно сопровождающих анаэробные процессы, проходящие в септиках и биофильтрах. Необходимо отметить, что на отечественном рынке представлено несколько видов установок биологической очистки сточных вод. Но установки модельного ряда "ЮНИЛОС (SBM)" выгодно отличает от них: 1) полностью пластиковый корпус, выполненный из интегрального полипропилена с вспененным внутренним слоем, и как следствие, отсутствие коррозии, высокая морозоустойчивость, сведенные к минимуму потери тепла (что очень критично для биосреды в зимний период). Чего никогда не получится, если в качестве материала корпуса применяется металл или бетон; 2) компактность и малый вес; 3) простота технического обслуживания при эксплуатации; 4) низкое энергопотребление; 5) относительная простота монтажа, которая позволяет с минимальными нарушениями ландшафта монтировать "ЮНИЛОС(SBM)" даже в эксплуатируемое строение (так как при монтаже малых установок возможно обходится без тяжёлой техники); 6) сохранение жизнедеятельности бактерий при отсутствии бытовых стоков в течение длительного времени (до трёх месяцев); 7) отсутствие при эксплуатации запахов, что достигнуто применением в установке особой технологии очистки, использующей аэробные и аноксидные процессы, что значительно снижает образование таких газов как метан, сероводород и т.д. Кроме того, при аэробной очистке количество очищающих бактерий в 200 раз больше, что неизбежно сказывается на скорости очистки и ее эффективности; 8) при откачке излишков активного ила его можно использовать как удобрение; 9) возможность установки дистанционных датчиков исправного функционирования; 10) техническое обслуживание не требует дополнительного оборудования [44]. Установки модельного ряда "ЮНИЛОС(SBM)" имеют довольно широкий спектр применения, начиная от индивидуального использования и заканчивая коллективными станциями биологической очистки сточных вод, обслуживающими коттеджные поселки. 3.13. Швеция Успешно решена проблема обработки и обезвоживания осадков в Швеции [ 45 , 46 ]. Население Швеции составляет 8,8 млн. человек, причем 83 % жителей проживают в городах, остальные – в сельской местности. Более 1/3 городских жителей проживают в трех главных агломерациях – Стокгольме, Готенбурге и Мальмё. В Швеции функционирует около 2000 городских очистных сооружений, причем третичная очистка (механическая, биологическая, химическая) осуществляется на станциях очистки сточных вод для 95 % жителей, проживающих в городах с населением более 200 человек. Осадки с малых очистных сооружений обычно транспортируются для стабилизации и обезвоживания к более крупным станциям очистки сточных вод, рассчитанных на 2000 человек и больше. 45

. Hultman, B. and Levlin, E (1997). Sustainable sludge handling. In Plaza, E., Levlin, E. and Hultman, B.(Eds). Advanced wastewater treatment, Report No 2, Joint Polish- Swedish reports, Div. of Water Resources Engineering, KTH, Paper 5, TRITA-AMI-Report 3045, ISBN 91-7170-283-0. 46 . Hultman, B. (1999): Trends in Swedish sludge handling. In: Plaza, E., Levlin, E. and Hultman, B. (Editors) (1999): Sustainable Municipal Sludge And Solid Waste Handling, Report No 5., TRITA-AMI REPORT 3063, p. 13. 50


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Ежегодно в Швеции образуется около 1 млн. м3 осадков с содержанием сухого вещества около 180 тыс. т (влажность около 82 %). Основным оборудованием, используемым для обезвоживания осадка, являются центрифуги. Незначительное применение имеют фильтр-прессы, а вакуум-фильтры практически не используют. Преимущественно при обезвоживании осадков для увеличения водоотдачи используют флокулянты. Сжигание осадков вместе с бытовыми отходами сейчас не практикуется, но в будущем рассматривается внедрение такого процесса для больших станций очистки сточных вод. Для снижения общей загрязненности сточных вод и, соответственно, осадков в Швеции были проведены такие мероприятия: - строгий контроль промышленных сбросов сточных вод в канализацию; - информационная кампания для населения о вреде сбросов ядовитых веществ и мусора в бытовую канализацию. Рекомендации Для возможного снижения выбросов СО2 на станциях очистки сточных вод рекомендуется установка следующих видов оборудования: 1. Системы анаэробного сбраживания осадка сточных вод (новая конструкция или модернизация существующих систем аэробной очистки). 2. Системы улавливания биогаза в существующих открытых анаэробных отстойниках. 3. Новые централизованные установки аэробной очистки или крытые отстойники. 4. Системы улавливания и сжигания газа в факеле или системы использования метана (например, производство электроэнергии на месте или другие виды использования для подогрева).

51


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

ФИТОИНДИКАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ ПОВЫШЕННЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ СО2 В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ А.И. Сафонов Донецкий национальный университет Донецк, Украина Введение Обзор представляет собой аналитическую базу основных вопросов изучения растений в аспекте реакции фитобиоты на повышенные уровни СО2 в окружающей среде (природного происхождения или в результате лабораторного эксперимента). Цель обзора: показать перспективы изучения растительных организмов для диагностики качества состояния окружающей среды в аспекте повышенных концентраций СО2 для реализации регионального экологического фитомониторинга (как части запланированного биомониторинга на национальном уровне) в промышленно развитых регионах. Фитоиндикационная экологическая экспертиза рассматривается нами как комплекс мероприятий мониторингового характера по установлению значимости реакции растительных организмов на действие конкретного фактора среды – специфическая индикация различных уровней организации живой материи и масштабов использования для ландшафтных единиц. Таким образом, мы рассматриваем любую информацию, которую можно извлечь из состояния растительного организма на различных уровнях организации, как часть индикационной базы, используемой для мониторинговых и экспертных программ. Углекислый газ представляет собой соединение, которое является объектом исследования многих научных лабораторий, межведомственных организаций. Важно отметить, что СО2 является не только обязательным элементом в атмосфере и составляющим компонентом природных сред, но и индикатором состояния этих сред как в разные геологические эпохи нашей планеты, так и при интенсификации такого мощного трансформирующего фактора, как человеческая деятельность. Учеными рассматривается идея о роли углекислого газа в индикации катастрофических глобальных процессов в истории развития планеты, однако идею информативности углекислого газа в таких катастрофических ситуациях можно рассматривать с разных позиций: - конкуренция за концентрацию и содержание в атмосферном воздухе при интенсификации производства других газов, например, кислорода, в условиях его продуцируемости зелеными водорослями мирового океана; - соответствие возрастания содержания СО2 в эпоху индустриализации при сжигании природного топлива твердой и жидкой фракции; - анализ содержания индикационного элемента с учетом высокой буферности и массообмена во всех оболочках атмосферы; - эффект обратного неконцентрирования как результат скачкообразных смещений изменения содержания углекислого газа и флуктуационных процессов в природных сезонных колебаниях и разнонаправленной человеческой деятельности.

52


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

1. Анализ информационных источников Если рассматривать идею возможности использования растений для оценки и индикации нежелательных повышенных концентраций углекислого газа в окружающей среде, то необходимо иметь в виду многочисленные аспекты реакции растительных организмов на действие углекислоты с учетом специфики лабораторно-исследовательского подхода и уровней организации природной материи: - изучение хлоропластов и перехода путей фотосинтеза к теплому и сухому климату (Baldocchi D., 2011); - комбинированные последствия влияния повышенной концентрации углекислого газа на фотосинтез у высших растений в контролируемых системах экологического жизнеобеспечения (Hu E., Tong L., Liu H., 2011); - анализ изменения атмосферного СО2 как характерной особенности экологической истории в период развития сосудистых растений, адаптационные механизмы растений в условиях разных концентраций углекислого газа, увеличение СО2 для увеличения продуктивности – количественная генетика и селекционные подходы; делается предположение, что радикальные изменения в газовом составе атмосферы (при катастрофических изменениях климата) могут существенно сказаться на фенотипе растений; возможны существенные скачки в урожайности, изменение ферментного состава, структурные перестройки в растениях, необходимые для фотосинтеза С4 в листьях С3 – эволюционный контекст и физиологическая интеграция реакции растений на изменения концентраций углекислого газа (Leakey A.D.B., Lau J.A., 2012); - физиологические процессы активности фотосинтеза, эффективности урожайности и концентрации углекислого газа в контролируемых условиях, фотодыхание и таксономическая зависимость в использовании различных групп растений – при уменьшении эффективности фотодыхания, стратегии расходования углекислого газа в ассимиляционных органах различных групп растительных организмов (Vats S.K., Kumar S., Ahuja P.S., 2011); - экспериментальные процедуры использования растений в задержании дождевых вод и регуляции температурного фактора, концентрации СО2 и процесса фотосинтеза в микроклиматических установках (18); воздействие повышенных концентраций углекислого газа в условиях водного стресса при росте грибковых заболеваний и влиянии микробных сообществ (Kohler J., Knapp B.A., Waldhuber S., Caravaca F., Roldán A., Insam H., 2010); - численные модели обмена углекислого газа для расчета свободной тритий воды в тканях листьев, обменные процессы между воздушными массами и клеточной водой, процессы интенсивности фотосинтеза и дыхания в листьях – возможность рассмотрения эксперимента в диагностических целях (Ota M., Nagai H., 2011); - морфологические изменения в скелетных древесных структурах и лесных массивах (Battaglia M., Pinkard E.A., Sands P.J., Bruce J.L., Quentin A., 2011), особенно в условиях городской среды (Escobedo F.J., Kroeger T., Wagner J.E., 2011); - различные технологии оценки углеродного баланса в горных экосистемах по изменению древесной биомассы, чистой продукции экосистем и почвенного углеродного концентрирования (Etzold S., Ruehr N.K., Zweifel R., Dobbertin M., 2011);

53


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

- эволюционное значение углекислого газа с появлением эукариот на протяжении миллиардов лет (Beerling D.J., 2012); изучение ископаемых листьев растений для установления ретроспективных сценариев биологического прошлого среды и для прогнозирования климата на основе уровней углекислого газа в среде – высокая информативность биомеханических и биохимических признаков при многомерном подходе (Jordan G.J., 2012); - комплексное и затруднительное решение вопроса – роли концентраций углекислого газа на растительную производительность в будущем – рост и физиология становятся вторичными по отношению к другим экологическим факторам, таким как температура и засуха; учитывая многофакторную зависимость в системе "окружающая среды – растения", необходимо реализовывать мультифункциональный подход для определения реакции экосистем на изменение климата в будущем, связь концентрации углекислого газа с ледниковыми периодами и историческими эпохами развития климата в планетарном масштабе (Tissue D.T., Lewis J.D., 2012); - моделирование климатических сценариев по изменению сообществ растительных организмов и микроэкосистем соответствующих точек на поверхности земли (Bergengren J.C., Waliser D.E., Yung Y.L., 2011); - оценка углеродного баланса при выращивании кипарисовых посадок и сборе урожая в умеренных лесах (Ueyama M., Kai A., Ichii K., Hamotani K., Kosugi Y., Monjia N., 2011); - взаимоотношение типов сообществ древесного и травяного состава в их конкуренции в отдельных регионах планеты, что связано с углеродным циклом в глобальном масштабе (Bond W.J., Midgley G.F., 2012); - оценка воздействия повышенных концентраций СО2 на адвентивные растения (занесенные, растения флоры других регионов), сравниваются декоративные растения (Runion G.B., Finegan H.M., 2011); - изучение водных экосистем, в частности продуктивности фитопланктона в зависимости от состава водных масс (переход от известковых к бескарбонатным системам приведет к снижению атмосферного углекислого газа, что также имеет прямую связь с периодами формирования ледников в северном полушарии) (Calvo E., Pelejero C., Pena L.D., Cacho I., Logan G.A., 2011); - коррелятивные процессы изменения климата и состояния лесных экосистем, 12 прогнозных сценариев, объединяющих рост биомассы, процессы распада, гниения, дыхания, возможные пожары и катастрофические вмешательства насекомых, выброс парниковых газов (с моделью углеродного бюджета канадского лесного сектора), мониторинг лесных массивов в ответ на глобальные климатические изменения, современные адаптированные стратегии лесного хозяйства, глобальные усилия по минимизации трансформирующего воздействия климата на леса (Metsaranta J.M., Dymond C.C., Kurz W.A., Spittlehouse D.L., 2011); - трансформация сообществ микроорганизмов в почвах в результате использования технологии пиросеквенирования (Deng Y., He Z., Xu M., Qin Y., Nostrand J.D.V., Roe B.A., Wu L., Wiley G., Hobbie S., 2012); - технологии использования микроводорослей в фитобиореакторах для улавливания азотистых соединений и углекислого газа в использовании энергоемких и

54


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

энергозатратных процессах (Caprarа C., Collа L., Stoppiello G., Zanellа D., Zucchi G., 2010; Chi Z., O’Fallon J.V., Chen S., 2011); - использование "бактериальных хлопьев" микроводорослей для вторичной очистки сточных вод при высокой продуктивности биомассы и даже при низких уровнях освещенности в промышленных масштабах (Hende S.V.D., Vervaeren H., Desmet S., Boon N., 2011); - обновление биогаза из анаэробного сбраживания сточных вод свиноферм в фитобиореакторе с использованием мутантного штамма микроводоросли хлореллы – захват углекислого газа из биогаза (Kao C.-Y., Chiu S.-Y., Huang T.-T., Dai L., Wang G.-H., 2012); - воздействие СО2 на продуктивность микроводорослей, используемых в последующих технологиях в энергетической промышленности – продуктивность биомассы (Kativu E., Hildebrandt D., Matambo T., Glasser D., 2012); - увеличение анаэробных микроорганизмов при нитрификации и денитрификации как результат повышенного углекислого содержания в атмосфере и кислорода в тропосфере (Decock C., Six J., 2012); - использование лабораторных водорослей в биоремедиации углекислого газа, а также сопутствующих ему оксидов азота и диоксида серы (Chiu S.-Y., Kao C.-Y., Huang T.T., Lin C.-J., Ong S.-C., Chen C.-D., Chang J.-S., Lin C.-S., 2011); - влияние повышенных концентраций углекислого газа на растения в условиях различных почвенных структур (биофизических параметров почвы), температура, влагоемкость и влажность почвы, оценка биомассы и урожая растений, корневые индексы, ферментативная активность (Saha S., Chakraborty D., Pal M., Nagarajan S., 2011); - проведение контрольной экспертизы после сжигания топлива и улавливания СО2 по специальным технологиям (Chung T.S., Patino-Echeverri D., Johnson T.L., 2011); - разработка энергосберегающих технологий улавливания углекислого газа в доменных выбросах (Goto K., Okabe H., Chowdhury F.A., Shimizu S., Fujioka Y., Onoda M., 2011); - захват и минерализация двуокиси углерода с использованием адсорбента при соблюдении полного технологического цикла (Helwani Z., Wiheeb A.D., Kim J., Othman M.R., 2012); - физиологические реакции мхов в условиях повышенных концентраций углекислоты – теория расширения термотолерантности фотосинтеза, особая чувствительность мохообразных к фактору углекислого газа в условиях теплового стресса (Coe K.K., Belnap J., Grote E.E., Sparks J.P., 2012); - физиологические реакции различных видов лишайников в условиях загрязнения среды токсичными газами (Häffner E., Lomský B., Hynek V., 2001); - индикационная способность растительности для индикации парниковых газов в торфяных почвах и болотных водах (Couwenberg J., Thiele A., Tanneberger F., Augustin J., Barisch S., Dubovik D., Liashchynskaya N., Michaelis D., 2011);

55


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

- изучение технологий обогащения углекислым газом теплиц для повышения урожайности выращиваемых культур и сохранения топливозатратных ресурсов (Dion L.-M., Lefsrud M., Orsat V., 2011); - устьичные реакции лабораторных тест-растений на различные концентрации углекислого газа в воздухе – эпидермальный фактор структурирования при росте растений в условиях различных экологических сценариев, получение требуемой устьичной плотности при генетических манипуляциях (Doheny-Adams T., Hunt L., Franks P.J., 2012; Du Q.-S., Fan X.-W., Wang C.-H., Huang R.-B., 2011); - воздействие умеренной концентрации тропосферного озона ослабляет устьичное поглощение СО2 в листьях деревьев (физиологический эффект реакций растительных организмов по взаимодействию газов, имеющих планетарное значение), снижение устьичного поглощения при загрязнении воздуха в условиях повышенного СО2 (Onandia G., Olsson A.K., Barth S., Uddling J., 2011); - трансформации в структуре мезофилла листовых пластинок, роль специальных белков, способствующих диффузии углекислого газа и проницаемости мембранных структур в естественных условиях выращивания лабораторных растений, связь этих процессов с освещенностью и увлажнением – оценка мезофилльной проводимости СО2 (Flexas J., RibasCarbo M., Hanson D.T., Bota J., Otto B., Cifre J., McDowell N., 2006); - мезофилльная проводимость в листьях однодольных и эффект Пекле, длительность фотосинтетических ферментов (Kodama N., Cousins A., Tu K.P., Barbour M.M., 2011); - механическая основа внутренней проводимости: теоретический и моделированный анализы диффузии СО2 через мезофилл листовой пластинки – трехмерная реакция-диффузия модель фотосинтеза типичной клетки мезофилла растений С3 пути фотосинтеза – анализ сопротивления клеточных стенок и хлоропластов как наиболее существенных ограничений на фотосинтез, а также концентрация карбоангидразы показывает, что высокий уровень фотодыхания увеличивает сопротивление для проникающей способности и диффузии СО2 (Tholen D., Zhu X.-G., 2011); - воздействие повышенных концентраций углекислого газа на корневую систему картофеля (по анатомии и микроструктуре листа): увеличение размеров хлоропластов и крахмальных зерен, концентрация СО2 может изменить расположение тилакоидов гран в хлоропластах, следовательно, препятствует поглощению солнечного излучения и замедляет процессы фотосинтеза в листьях картофеля (Sun Z.-P., Li T.-L., Liu Y.-L., 2011); - исследование отдельных морфологических признаков хвои еловых насаждений возраста 17-19 лет в Норвегии при повышенных концентрациях углекислого газа, анализ длины фотосинтетического органа (хвоинки), массы, площади в проекционном соотношении, найдена также связи в активации развития корневой системы, проводящих структур, сезонная стимуляция фотосинтеза; однако установлено, что количество хвоинок ели и длина побегов напрямую не зависят от повышенных концентраций углекислого газа (Pokorny R., Tomaskova I., Marek M. V., 2011); - связь видового разнообразия растений и контроля процессов разложения и гниения в корнеобитаемых слоях почвы, моделирование специальных сообществ, позволяющих уменьшить концентрацию углекислоты при одинаковых эффектах разложения органических остатков (Graaff M.-A., Schadt C.W., Rula K., Six J., Schweitzer J.A., Classen A.T., 2011);

56


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

- учет природных популяций клещей в управлении парниковыми процессами как индикационно-информативная система оповещения об изменении газового состава в теплицах (Gerson U., Weintraub P.G., 2012); - связь повышенных концентраций углекислого газа и высоких температур, фиксация атмосферного азота при использовании бобовых кормовых культур (корневая фиксация) и как возможность получения адаптационных форм при анализе новых фенотипических характеристик в будущих программах селекции (Erice G., Sanz-Sаez A., Aranjuelo I., Irigoyen J., Aguirreolea J., Avice J.-C., 2011); - корневая фиксация углекислого газа – как буферная территория при переходе углекислоты из почвы в воздух (регрессионный кригинг) в старовозрастных умеренных лиственных лесах (Jurasinski G., Jordan A., Glatzel S., 2012); - эффекты повышенных концентраций углекислого газа, водоснабжения и азотных удобрений на рост и развитие сельскохозяйственных культур, обогащение растений углекислым газом за счет улавливания из воздуха (Mollah M., Partington D., Fitzgerald G., 2011); - использование парниковых газов для сельскохозяйственных растений по градиенту соотношений углекислого газа и воды, оценка транспирации и фотосинтеза, методология и новые подходы в оценивании (Teitel M., Atias M., Schwartz A., Cohen S., 2011); - колебания в атмосфере концентрации углекислого газа в сторону его увеличения могут и приводят к изменению межконкурентных отношений сорняков и культурных растений на примере помидоров и амаранта: эти экспериментальные данные доказывают, что увеличение СО2 может усугубить конкурентные отношения между группами растений С3 и С4 путей фотосинтеза при увеличении засухи – или физиологической недоступности влаги (Valerio M., Tomecek M.B., Lovelli S., Ziska L.H., 2011); - обнаружение утечки углекислого газа по спектральным характеристикам растительности (имитационный эксперимент) для оценки воздействия высокой концентрации СО2 в почве на растительные объекты – по соотношению хлорофилла и каротиноидов, уменьшение вегетационного индекса, соотношение хлорофилла А и В (Lakkaraju V.R., Zhou X., Apple M.E., Dobeck L.M., 2010); - организация мониторинга утечки углекислого газа в атмосферу из-под земли по методу нескольких спектральных изображений растительности, основанном на индуцированном растительном стрессе; результаты регрессионного анализа отражения и нормализованного разностного вегетационного индекса с течением времени показывают значительную корреляцию межу концентрацией углекислого газа и изображениями, что свидетельствует об эффективности этого метода для контроля утечки СО2; осуществлен анализ вегетационных индексов (Rouse J., Shaw J.A., Lawrence R.L., Lewicki J.L., Spangler L.H., 2010); - технологии атмосферного улавливания и хранения углерода, региональная оценка состава атмосферы, обнаружение утечки углекислого газа из резервуара концентрирования, количественные перерасчеты в глобальных масштабах (Keeling R.F., Manning A.C., Dubey M.K., 2011); - геологическое улавливание диоксида углерода – угольная пыль дымовых газов, дифференциальный подход в примесях (Lee J.-Y., Keener T.C., Yang Y.J., 2009);

57


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

- оценка улавливания и хранения углерода (ССS) из подземных хранилищ, скважин, а также через проницаемые недостатки хранилища, температурные колебания в зависимости от захвата и утечки (Lenzen M., 2011); - селективная десорбция углерода из сточных вод на очистительных сооружениях – химизм и поиск оптимальных концентраций (Lindberg A., Rasmuson A., 2006), химическое равновесие между углекислым газом и бикарбонатом (Lindberg A., Rasmuson A., 2007); - обзор эффективности работы фотокаталитических реакторов для экологического баланса и восстановления нарушенных состояний – эффективный массоперенос загрязняющих веществ на поверхности фотокаталитического реактора, потенциал универсальности к восстановлению воды и газообразных выбросов, в том числе для сокращения углекислого газа при использовании разных видов топлива (McCullagh C., Skillen N., Adams M., Robertson P.K.J., 2011); - улавливание СО2 при условиях выбросов цементных заводов, использование кислородной декарбонизации, кальциевые циклы, технология предполагает достижение нулевого эффекта выбросов углекислого газа в окружающую среду (Rodríguez N., Murillo R., Abanades J.C., 2012); - важность карбоната в почвообразовании при фиксации атмосферного углекислого газа (ZaiHua L., 2011); - воздействие биоугля на качество почвы, урожайности при выбросе парниковых газов, - выбросы в китайском рисовом поле (Zhang A., Bian R., Pan G., Cui L., Hussain Q., Li L., Zheng J., 2012); - селективная десорбция углекислого газа из осадка сточных вод в местах обогащения метана для модернизации биогаза при анаэробных процессах, газовых выбросах транспортных средств в экспериментальных масштабах, система рециркуляции шлама и выбросов без утечки воздуха и газовых смесей в окружающую среду (Nordberg A., Edstromb M., Uusi-Penttila М., Rasmuson A., 2012); - реактивное поглощение – одно из дожигания и улавливания углекислого газа промышленных установок, измерительные автоматизированной системы технологического H., Hasse H., 2012);

наиболее перспективных технологий для (РСС), перспективы разработки крупных приборы и управление с помощью процесса (Notz R., Mangalapally H.P., Prasad

- использование новых технологий для улавливания выбросов многочисленных угольных электростанций, экономическая выгода, перспективы использования на примере одной из провинций Китая (сопутствующие выбросы, комплексная детоксикация при развитии инфраструктуры) (Li J., Liang X., Cockerill T., 2011); - транспорт СО2 для улавливания и хранения углерода: сублимация двуокиси углерода из хранилища сухого льда – оценка энергетического баланса в различных экологических условиях – эффекты влияния на физиологическое состояние человеческого организма (Mazzoldi A., Hill T., Colls J., 2008); - один из способов снижения углекислого газа в окружающей среде – захват от выбросов электростанций и захоронение в глубоких геологических формациях (оценки

58


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

долгосрочного хранения углекислого газа и рисков в геологических структурах) – геологическая секвестрация СО2 (Xu T., Zheng L., Tian H., 2011; Zhao C., Chen X., Zhao C. а, 2012; Zhao C., Chen X., Zhao C. в, 2012); - произведена оценка и сравнение эффективности различных твердых сорбентов при улавливании и захвате выбросов промышленного производства, в первую очередь углекислого газа, использование микро- и мезопористого кремнезема, цеолитов, карбонатов и полимерных смол, оценивали тактико-технические характеристики: адсорбционное равновесие, избирательность, регенерация, многоцикловая долговечность, кинетика адсорбции; оценивают экономические показатели и выгоду от использования таких технологий в широких масштабах (Samanta A., Zhao A., Shimizu G.K.H., Sarkar P., Gupta R., 2012); - эффективность захвата СО2 в применении циклов комплексной газификации – производство синтетического газа при высокой интенсивности газификации – очищается и сжигается в турбине – отделение СО2 от дымовых газов (Spallina V., Romano M.C., Campanari S., 2012); - организация новой беспроводной системы датчиков для мониторинга кислорода, оценка температурных колебаний, интенсивности дыхания, частоты дыхания – выделение углекислого газа; это также имеет смысл не только при выращивании, но и при хранении и упаковке продуктов сельскохозяйственного происхождения, что оптимизирует процесс в реализации потребительских товаров (Løkke M.M., Seefeldt H.F., Edwards G., Green O., 2011); - негативные последствия для биоразнообразия, которые могут возникнуть в результате реализации программы неуместной (неправильной, некорректной) посадки деревьев, если даже эта программа направлена на уменьшение атмосферных выбросов углекислого газа для эффективного способа изменения климата: уничтожение аборигенной (местной) флоры и растительности для новых посадок древесных насаждений, посадка пород деревьев, которые могут проявлять инвазионную способность и нарушить фитосанитарный баланс территории, древесные насаждения негативно могут сказаться на ключевые экосистемы и быть причиной опасных процессов, например пожар, нарушение гидрологического режима; при этом возможные ошибки в экологическом менеджменте: монотипичность посадок – уменьшается экологическая ценность, количественная экологическая неопределенность, невозможность осуществления прогнозных сценариев по реакции местных жителей (аборигенных видов) на появляющиеся экологические проблемы в регионах эксперимента (Lindenmayer D.B., Hulvey K.B., Hobbs R.J., Colyvan M., Felton A., Possingham H., Steffen W., Youngentob K., Gibbons P., 2012); - технологии строительства и функциональной активности при создании "зеленых крыш" на крышах домов для смягчения последствия загрязнения; предполагается разработка усовершенствованных растущих субстратов, использования городских крыш в сельском хозяйстве, связывание углерода, оценка воздействия на здоровье человека (Rowe D.B., 2011); - экспериментальные установки по определению углеродного баланса при переносе растений из одного климатического региона в другой и наоборот: факторы влажности и засухи, воздействия на экосистемы в микрокосмах (Wu Z., Koch G.W., Dijkstra P., Bowker M.A., 2011); - изучение изотопа кислорода в атмосферном углекислом газе – изменение стратегии глобального углеродного цикла, глобальный рост растений С4 пути фотосинтеза, по сравнению с С3, перераспределение осадков в тропиках, трансформация газообмена, оценка

59


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

валовой первичной продукции в глобальных масштабах (Welp L.R., Keeling R.F., Meijer H.A.J., Bollenbacher A.F., Piper S.C., Yoshimura K., Francey R.J., 2011); - важные вопросы в стратегии жизни человеческого населения рассматриваются через призму критериев анализа городской среды, загрязнения окружающей среды (Manning W.J., 2011). Таким образом, тематически вопросы изучения высоких концентраций углекислого газа охватывают широкий спектр проблем, решение которых требует не только комплексного подхода, многоплановой диагностики, но и имеют важнейшее практическое значение. 2. Темы и направления деятельности по теме обзора В системе работы научно-технических лабораторий и институтов нами выделены группы тем и направлений деятельности, которые касаются актуальных вопросов представленного обзора: - климатические процессы и трансформация условий среды в глобальных масштабах (Department of Environmental Science, Policy and Management, and the Berkeley Atmospheric Sciences Center, University of California, Berkeley, USA; Division of Geological and Planetary Sciences, Caltech, Pasadena, CA, USA; Laboratory of Environmental Biology and Life Support Technology, School of Biological Science and Medical Engineering, Beihang University, China, State Key Laboratory of Virtual Reality Technology and Systems, Beihang University, China; Department of Plant Biology and Institute for Genomic Biology, University of Illinois, Urbana-Champaign, Urbana, USA; W. K. Kellogg Biological Station and Department of Plant Biology, Michigan State University, USA; Osaka Prefecture University, Graduate School of Life and Environmental Sciences, Japan; Fukushima University, Faculty of Symbiotic Systems Science, Japan; Kyoto University, Graduate School of Agriculture, Japan; Department of Biological Sciences and Merriam-Powell Center for Environmental Research, Northern Arizona University, Flagstaff, USA; US Geological Survey, Southwest Biological Science Center, Northern Arizona University, Flagstaff, USA [1, 4, 29, 38, 67, 71]); - физиологические преобразования в растениях (ферментативные процессы, фотосинтетические показатели, фотодыхание, транспирация) – (Department of Plant Sciences, University of California, One Shields Ave., Davis, USA; Institute of Biodiversity, Federal Research Institute for Rural Areas, Forestry and Fisheries, Braunschweig, Germany; Department of Soil and Water Conservation, CSIC-Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura, Murcia, Spain; Research Group for Environmental Science, Division of Environment and Radiation, Nuclear Science and Engineering Directorate, Japan Atomic Energy Agency, Japan; Chinese Academy of Sciences and Max Planck Society Partner Institute for Computational Biology, Key Laboratory of Computational Biology, China; Institute of Plant Physiology and Ecology, Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, China; Forests and Environmental Sciences, University of Basilicata, Potenza, Italy; Biodiversity and Biotechnology Divisions, Institute of Himalayan Bioresource Technology, India; Scripps Institution of Oceanography, University of California San Diego, California USA; Center for Isotope Research, University of Groningen, Australia; Atmosphere and Ocean Research Institute, University of Tokyo, Japan [13, 18, 36, 54, 65, 68, 69, 70]); - структурные перестройки и реакции в растениях на повышенные концентрации углекислого газа в окружающей среде, устьичные реакции, мезофилльная

60


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

проницаемость и пр. (Department of Molecular Biology and Biotechnology, Department of Animal and Plant Sciences, University of Sheffield, Sheffield, UK; Faculty of Agriculture, Food and Natural Resources, University of Sydney, Australia; National Engineering Research Center for Non-Food Biorefinery, Guangxi Academy of Sciences, Nanning, China; College of Life Science and Technology, Guangxi University, Nanning, China; Biotechnology and Pharmaceutical Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing, China; Gordon Life Science Institute, San Diego, California, USA; Laboratori de Fisiologia Vegetal, Grup de Biologia de les Plantes en Condicions Mediterranies, Universitat de les Illes Balears, Spain; University of New Mexico, Department of Biology, USA; Darmstadt University of Technology, Institute of Botany, Applied Plant Sciences, Germany; Los Alamos National Laboratory, USA; Agro-meteorology Division, National Institute for Agro-Environmental Sciences, Tsukuba, Ibaraki, Japan; Global Change Processes, Landcare Research, New Zealand; School of Biological Sciences, Washington State University, Pullman, Washington, USA; Department of Integrative Biology, Valley Life Sciences Building, University of California – Berkeley, Berkeley, USA; Faculty of Agriculture, Food and Natural Resources, The University of Sydney, Australia; Department of Plant and Environmental Sciences, University of Gothenburg, Sweden; Cavanilles Institute of Biodiversity and Evolutionary Biology, Department of Microbiology and Ecology, University of Valencia, Spain; Department of Forestry and Environmental Resources, North Carolina State University, Raleigh, USA; Chinese Academy of Sciences and Max Planck Society Partner Institute for Computational Biology, Key Laboratory of Computational Biology, China; Institute of Plant Physiology and Ecology, Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, China [16, 17, 22, 35, 53, 65]); - датчики растений для мониторинга качества и газового состава воздуха (Department of Food Science, Aarhus University, Denmark [45]); - спутниковые снимки и спектральный анализ растительности в случае искусственных и естественных повышенных концентраций углекислого газа (Department of Geophysical Engineering, Montana Tech of The University of Montana, USA; Department of Biological Sciences, Montana Tech of The University of Montana, US; Department of Civil Engineering, Montana State University, Bozeman, USA; Department of Chemistry and Biochemistry, Montana State University, Bozeman, USA; Electrical and Computer Engineering Department, Montana State University, Bozeman, USA [37, 57]); - анализ лесной растительности в конкуренции с другими типами климатических зон и по значимости биомассы в мировом круговороте углекислого газа (University of Tasmania and CRC Forestry, Australia; Botany Department, University of Cape Town, South Africa; Climate Change and Bioadaptation Programme, South African National Biodiversity Institute; University of Florida, School of Forest Resources & Conservation, USA; The Nature Conservancy, Worldwide Office, USA; Institute of Agricultural Sciences, Zurich, Switzerland; Department of Forest Ecosystems & Society, Oregon State University, Corvallis, Federal Research Institute WSL, Switzerland; Natural Resources Canada, Canadian Forest Service, Northern Forestry Centre, Edmonton, Canada; British Columbia Ministry of Forests, Lands and Natural Resource Operations, Canada; Natural Resources Canada, Canadian Forest Service, Pacific Forestry Centre, Canada; Global Change Research Centre, Academy of Sciences of the Czech Republic; USDAARS National Soil Dynamics Laboratory, Auburn, USA; Department of Animal Sciences, Auburn University, Auburn, USA; School of Forestry and Wildlife Sciences, Auburn University, Auburn, USA [2, 5, 20, 21, 49, 55, 59]); - эволюционные вопросы: ретроспективно-прогнозные модели (Department of Animal and Plant Sciences, University of Sheffield, UK; Division of Geological and Planetary Sciences, Caltech, Pasadena, CA, USA; School of Plant Science, University of Tasmania, Australia; Department of Plant, Soil and Insect Sciences, Fernald Hall, University of Massachusetts, USA;

61


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Department of Horticulture, Michigan State University, East Lansing, USA; Hawkesbury Institute for the Environment, University of Western Sydney, Richmond, Australia; Louis Calder Center, Biological Field Station, and Department of Biological Sciences, Fordham University, Armonk, USA; Osaka Prefecture University, Graduate School of Life and Environmental Sciences, Japan; Fukushima University, Faculty of Symbiotic Systems Science, Japan; Kyoto University, Graduate School of Agriculture, Japan [3, 4, 30, 46, 58, 66, 67]); - изучение микроорганизмов, водорослей, фитопланктона (биореакторы, биомасса, биогаз) – (Institut de Ciències del Mar, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Barcelona, Spain; Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats and Institut de Ciències del Mar, CSIC, Barcelona, Spain; Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University, Departament d’Estratigrafia, Paleontologia i Geociències Marines, Universitat de Barcelona, Spain; Agricultural Economics and Engineering Dept., University of Bologna, Italy; Department of Biological Systems Engineering, Washington State University, USA; Department of Biological Science and Technology, National Chiao Tung University, Hsinchu, Taiwan; Energy and Air Pollution Control Section, New Materials Research and Development Department, China Steel Corporation, Kaohsiung, Taiwan; Department of Chemical Engineering, National Cheng Kung University, Tainan; Institute for Environmental Genomics and Department of Botany and Microbiology, University of Oklahoma, Norman, Oklahoma, USA; Guangdong Provincial Key Laboratory of Microbial Culture Collection and Application, Guangdong Institute of Microbiology, Guangzhou, China; Department of Chemistry and Biochemistry, University of Oklahoma, Norman, Oklahoma, USA; University of Minnesota, St. Paul, Minnesota, USA; Earth Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California, USA; EnBiChem Research Group, Department of Industrial Engineering and Technology, University College West Flanders, Belgium; Laboratory of Microbial Ecology and Technology (LabMET), Faculty of Bioscience Engineering, Ghent University, Belgium; Center of Process and Material Synthesis (COMPS), School of Chemical and Metallurgical Engineering, University of Witwatersrand; Division of Agricultural Physics, Indian Agricultural Research Institute, New Delhi, India; Division of Microbiology, Indian Agricultural Research Institute, New Delhi, India; Division of Plant Physiology, Indian Agricultural Research Institute, New Delhi, India [6, 7, 8, 9, 14, 28, 32, 33, 60]); - изучение мохообразных, лишайников, особенностей торфяников (Department of Ecology and Evolutionary Biology, Cornell University, Ithaca, NY, USA; Southwest Biological Center, Canyonlands Research Station, USA; Institute of Botany and Landscape Ecology, Greifswald University, Greifswald, Germany; Botanisches Museum und Botanischer Garten Berlin Dahlem, Berlin, F.R.G.; Institute of Forestry and Game Management, Zbraslav-Praha, Czech Republic; Department of Forest Genetics, Swedish University of Agricultural Sciences, Sweden; Biotechnical Faculty, Agronomy Department, University of Ljubljana, Slovenia; Institute of Applied Botany, University of Essen, F.R.G. [11, 12, 26]); - особенности почвообразования (Department of Biological Sciences, Boise State University, Boise, USA; Biosciences Division, Molecular Microbial Ecology Group, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, USA; Department of Plant Sciences, University of CaliforniaDavis, One Shields Avenue, Davis, USA; Department of Ecology and Evolutionary Biology, University of Tennessee-Knoxville, Knoxville, TN, USA [25]) и населений почвенных горизонтов (Department of Entomology, Faculty of Agricultural, Food and Environmental Quality Sciences, The Hebrew University, Rehovot, Israel; Department of Entomology, Agricultural Research Organization, Gilat Research Center, Israel [23]); - изучение углекислого газа в аспекте использования в аграрном секторе (Department of Bioresource Engineering, McGill University, Macdonald Campus, MacdonaldStewart Building, Canada; Departamento de Biologнa Vegetal, Secciуn Biologia Vegetal,

62


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Facultades de Ciencias y Farmacia, Universidad de Navarra, Pamplona, Spain; Instituto de Agrobiotecnologнa, Universidad Publica de Navarra-CSIC-Gobierno de Navarra, Campus de Arrosadia, E-31192-Mutilva Baja, Spain; Institut de Biologie Fondamentale et Appliquée, Université de Caen Basse-Normandie, France; University of Rostock, Faculty of Agricultural and Environmental Sciences, Landscape Ecology and Site Evaluation, Germany; Department of Primary Industries – Horsham, Horsham, Australia; Key Laboratory of Protected Horticulture, Ministry of Education1 and College of Horticulture, China; Institute of Agricultural Engineering, Agricultural Research Organization, Israel; The Robert H. Smith Institute of Plant Sciences and Genetics in Agriculture, Faculty of Agricultural, Food and Environmental Quality Sciences, The Hebrew University of Jerusalem, Israel; Institute of Soil, Water & Environmental Sciences, Agricultural Research Organization, Israel; Forests and Environmental Sciences, University of Basilicata, Potenza, Italy [15, 19, 31, 50, 63, 64, 68]); - утечка, улавливание и хранение углекислого газа (Eastern Research Group, Inc., Lexington, USA; Nicholas School of the Environment, Duke University, Durham, USA; Research Institute of Innovative Technology for the Earth (RITE), Kyoto, Japan; Nippon Steel Corporation, Tokyo, Japan; School of Chemical Engineering, University Sains Malaysia, Penang, Malaysia; Department of Chemical Engineering, Riau University, Indonesia; Department of Chemical Engineering, University of Tikrit, Iraq; Department of Chemical Engineering and Green Energy Center, Kyung Hee University, Republic of Korea; Scripps Institution of Oceanography, University of California, San Diego, La Jolla, USA; School of Environmental Sciences, University of East Anglia, UK; Earth System Observations, Earth and Environmental Sciences Division, Los Alamos National Laboratory, USA; Department of Geophysical Engineering, Montana Tech of The University of Montana, USA; Department of Biological Sciences, Montana Tech of The University of Montana, USA; Department of Civil Engineering, Montana State University, Bozeman, USA; Department of Chemistry and Biochemistry, Montana State University, Bozeman, USA; Department of Chemical and Materials Engineering, University of Cincinnati, Cincinnati, OH; Department of Civil and Environmental Engineering, University of Cincinnati, Cincinnati, OH; National Risk Management Research Laboratory, U.S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, OH; Centre for Integrated Sustainability Analysis, School of Physics, The University of Sydney, Australia; Mechanical Engineering Department, Imperial College London, UK; College of Life and Environmental Sciences, University of Exeter, UK; Electricity Policy Research Group, University of Cambridge, UK; Center for Environmental Policy, Imperial College London, UK; Department of Chemical Engineering and Technology, KTH, Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden; Department of Chemical Engineering and Technology, Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden; Department of Plant, Soil and Insect Sciences, Fernald Hall, University of Massachusetts, USA; School of Biosciences, University of Nottingham, UK; Design and Sustainability Research Institute, Robert Gordon University, UK; Department of Energy and Technology, Swedish University of Agricultural Sciences (SLU), Sweden; Swedish Institute of Agricultural and Environmental Engineering (JTI), Sweden; Department of Chemical Engineering and Technology, Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, Sweden; Department of Chemical and Environmental Sciences, Materials and Surface Science Institute, University of Limerick, Ireland; Institute of Thermodynamics and Thermal Process Engineering, University of Stuttgart, Germany; Laboratory of Engineering Thermodynamics, University of Kaiserslautern, Kaiserslautern, Germany; Instituto Nacional del Carbon, Spanish Research Council (Oviedo-Spain); Instituto de Carboquímica, Spanish Research Council (Zaragoza-Spain); Electrical and Computer Engineering Department, Montana State University, Bozeman, USA; Department of Chemical & Materials Engineering, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada; Department of Chemistry, University of Calgary, Calgary, Alberta, Canada; Environment & Carbon Management Division, Alberta Innovates-Technology Futures, Edmonton, Alberta, Canada; Energy Department, Politecnico di Milano, Italy; College of Environment and Resources, Jilin University, Changchun, China; Earth Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, USA; The State Key

63


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Laboratory of Environmental Geochemistry, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, China; Institute of Resource, Ecosystem and Environment of Agriculture, Nanjing Agricultural University, China; School of Chemical and Biological Engineering, Yancheng Institute of Technology, China; Department of Soil Science and Soil Water Conservation, Pir Mehr Ali Shah Arid Agriculture University, Rawalpindi, Pakistan; School of Energy and Environment, Southeast University, China [10, 24, 27, 34, 37, 39, 40, 41, 42, 43, 46, 47, 48, 51, 52, 56, 57, 61, 62, 72, 73, 74, 75, 76]). Представленный обзор обобщает данные 76 публикаций, которые были выбраны из списков 20 тыс. источников современной литературы ведущих научно-исследовательских лабораторий и авторитетный издательств. Таким образом, представлены результаты работы ученых 164 научноисследовательских институтов и лабораторий из 27 стран: - основные публикации лабораторий из стран: США (47), Китай (20), Австралия (14), Испания (11), Швеция (10), Великобритания (9); - их значительно дополняют государства: Германия (8), Япония (8), Канада (7), Израиль (5), Индия (4), Италия (3), Швейцария (2), ЮАР (2), Бельгия (2), - единично представлены работы стран: Франция, Греция, Словения, Малайзия, Индонезия, Ирак, Корея, Новая Зеландия, Дания, Ирландия, Чехия, Пакистан. Указанная статистика не является репрезентативной по государствам, заинтересованным в решении вопросов влияния углекислого газа на растительные организмы, способы диагностики высоких концентраций этого газа в окружающей среде; однако эти данные важны для тематики поставленных задач и целей обзора. Наиболее значимыми публикациями из представленных в списке выделяются те, тематика которых пересекается с климатическими эффектами – ретроспективными и прогнозными, приборами и способами, а также подходами к оцениванию утечки углекислого газа и реакции растительных сообществ на эти факторы стресса. 3. Климатическая и экологическая чувствительность растительности Изменения климата часто характеризуется в аспекте чувствительности климата [4]. Глобальное повышение температуры связывают с увеличением концентрации СО2 в атмосфере в 2 раза. В работе предложены и применены 2 метрические модели экологической чувствительности для того, чтобы изучить потенциальную степень изменений в сообществах растений в последующие 300 лет. Было использовано 10 климатических симуляций из отчета по 4-му Межправительственному Съезду по изменению климата с чувствительностью климата от 2-40 С. Концепция климатической чувствительности зависит от природы температурного поля по всей поверхности земли. Для данного исследования устанавливается корреляция между прогнозами по изменению климата и изменению биосферы с использованием модели растительного экологического равновесия. Модель имитирует непрерывное описание изменений растительности на поверхности Земли в зависимости от климатических изменений. Результаты моделирования в конце 21 века показывают, что на 49% поверхности Земли произойдут изменения в сообществах растений и на 37% территории наземных экосистем произойдут изменения на уровне биома. Независимо от равновесия новые метрики показывают степень экологической чувствительности Земли при выявлении экологически "горячих точек" в биосфере в ответ на прогнозируемые изменения климата в течение следующих трех столетий (рис. 1-6).

64


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 1. Десять примеров фракционных карт 110 мировых жизненных форм, созданных с помощью модели экологического равновесия растительности (EVE) с учетом данных по изменению климата (Bergengren J.C., Waliser D.E., Yung Y.L.; Division of Geological and Planetary Sciences, Caltech, Pasadena, CA, USA) 65


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 2. Среднемесячная температура поверхности Земли в январе и июле в период за три десятилетия 21-го века (2071-2100 гг.) и изменения в выпадении осадков (по сравнению с 20м веком), усредненные отклонения показателей по всем 10 мировым климатическим моделям (GCM) (Bergengren J.C., Waliser D.E., Yung Y.L.; Division of Geological and Planetary Sciences, Caltech, Pasadena, CA, USA)

66


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 3. Среднемесячная температура поверхности Земли в январе и июле в период за три десятилетия 22-го века (2171-2200 гг.) и изменения в выпадении осадков (по сравнению с 20м веком), усредненные отклонения показателей по терм мировым климатическим моделям (GCM) (Bergengren J.C., Waliser D.E., Yung Y.L.; Division of Geological and Planetary Sciences, Caltech, Pasadena, CA, USA)

67


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 4. Модель экологического равновесия растительности (EVE) биомов в 20-м веке и изменения лесов, саванн, степи, тундры и пустыни в 21-м веке. Карта биома 21 века составлена на основе усредненных показателей климата за три десятилетия (1971-2000), где зеленый – лес, красный – саванны (кустарниковая растительность), синий – степи, розовый – тундра, желтый – пустыня. (Bergengren J.C., Waliser D.E., Yung Y.L.; Division of Geological and Planetary Sciences, Caltech, Pasadena, CA, USA)

68


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 5. Карты экологической чувствительности 22 и 23 веков 1 и 2 и средние отклонения, составленные на основе фракционных карт 110 мировых жизненных форм, созданных с помощью модели экологического равновесия растительности (EVE), используя проекции изменения климата. В верхней части рисунка представлены данные по 22 веку, а в нижней – по 23. (Bergengren J.C., Waliser D.E., Yung Y.L.; Division of Geological and Planetary Sciences, Caltech, Pasadena, CA, USA) 69


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 6. Простая пятибиомная карта, составленная с помощью карт 110 мировых жизненных форм модели экологической чувствительности (EVE) (Bergengren J.C., Waliser D.E., Yung Y.L.; Division of Geological and Planetary Sciences, Caltech, Pasadena, CA, USA) 4. Изменение спектральных свойств растительности при изменении климата Измерение спектрального отражения обеспечивает быстрый и неразрушаюший метод определения стресса в растительности [37]. При этом в эксперименте имитируют мелкие подземные утечки СО2, сохраненного ранее под землей, с помощью спектрометра наблюдали радиометрические реакции растений на повышенного содержание углекислого газа в почве. Отражаемая картина растительности менялась в строну снижения инфракрасной части спектра. Видимые реакции растительности включали фиолетовое обесцвечивание и последующее отмирание листьев в тех местах, где концентрация СО2 была очень высокой. Производные анализа позволили установить два экстремума функции (минимум и максимум) в пределах 575-580 и 720-723 нм соответственно. Результаты показывают, что с повышением концентрации СО2 в почве в связи с утечкой СО2: 1) структурный независимый индекс пигмента увеличился, что указывает на тесную связь каротиноидов с хлорофиллом; 2) нормализованная разность вегетационного индекса хлорофилла снизилась, что свидетельствует о постепенном сокращении содержания хлорофилла; 3) соотношение специфических пигментов, хлорофиллов а и б сократилось у стрессподверженной растительности по сравнению с контрольными показателями; 4) вегетационный индекс был ниже у экспериментальных растений, подверженных стрессу.

70


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Изменения вегетационного индекса в период эксперимента произошли в 36% случаев и лишь в 1% - в контрольных участках. Все показатели оказались чувствительными к стрессу, вызванному высокими концентрациями СО2 в почве [37].

Рис.7. Схематическая диаграмма изучения растений на полевом оборудовании ZERT – эксперимент по выбросу CO2 с небольших глубин летом 2009 года. Трансекта (рис. 7) была разделена на 4 станции (S1–S4, отмеченные кругами), где станция 1 – на шланге для подачи CO2, а станция 4 – приблизительно на расстоянии 7 метров от шланга. Звездочками отмечены территории с высокой концентрацией CO2 в почве (V1– V4). Расстояние между S1 и V1 было 0.25 м. (Lakkaraju V.R., Zhou X., Apple M.E., Dobeck L.M.; Department of Geophysical Engineering, Montana Tech of The University of Montana, USA Department of Biological Sciences, Montana Tech of The University of Montana, USA; Department of Civil Engineering, Montana State University, Bozeman, USA; Department of Chemistry and Biochemistry, Montana State University, Bozeman, USA). Фотографии с изображением растительности (рис. 8) 14 июля 2009 и 28 июля 2009. Фотографии в левой колонке показывают растительность перед началом эксперимента по закачиванию CO2. Фотографии в правой колонке демонстрируют снижение видимых признаков стресса от стационара 1 к стационару 4 спустя 2 недели после закачивания CO2. (Lakkaraju V.R., Zhou X., Apple M.E., Dobeck L.M.) Практические геологические секвестрации потребуют долгосрочного мониторинга для определения возможной утечки в атмосферу СО2. Одним их потенциальных методов мониторинга является мультиспектральное изображение отражаемости растительности для определения утечки с помощью изучения стресса у растений, вызванного СО2. Было использовано несколько спектральных характеристик для одновременной регистрации для зеленого, красного и близкого к инфракрасному изображений в режиме реального времени при определенных условиях калибровки (рис. 9). 71


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 8. Фотографии растительности при ZERT – эксперименте 72


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 9. Изменение спектральных свойств растительности (E. J. Male, W. L. Pickles, E. A. Silver et al.) Результаты регрессионного анализа по группам отражений и нормализованного разностного вегетационного индекса с течением времени показывают значительную корреляцию этого показателя со степенью удаления от источника загрязнения, что свидетельствует о пригодности этого метода для контроля утечки углекислого газа [57].

Рис. 10. Карта потоков CO2 на основе измерений, произведенных в черных точках во время эксперимента 2008 года, выполненного на оборудовании ZERT в городе Бозман, штат Монтана, США. 73


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Прямоугольником на рис. 10 обозначена территория, на которой производились наблюдения на мультиспектральном анализаторе изображений. Тест-территория разделена на 3 участка (ближний, средний и дальний) по отношению к местоположению источника CO2. Белой линией обозначен поверхностный след пролегания шланга для подачи CO2 [Rouse J., Shaw J.A., Lawrence R.L., Lewicki J.L., Spangler L.H. (Electrical and Computer Engineering Department, Montana State University, Bozeman, USA)].

Рис. 11. Разметка скошенной и нескошенной растительности на тест-участках и мультиспектральный анализатор во время экспериментов по выбросу CO2 в 2007 году (слева) и 2008 (справа). Угол видимости анализатора обозначен красными линиями [Rouse J., Shaw J.A., Lawrence R.L., Lewicki J.L., Spangler L.H. (Electrical and Computer Engineering Department, Montana State University, Bozeman, USA)]

Рис. 12. Разметка трех тест-участков в пределах скошенных и нескошенных полос растительности. Красная горизонтальная линия указывает на место положения подземного шланга, из которого производятся выбросы газа. Надпись ‘‘hot spot’’ (горячая точка) указывает место особенно сильного потока CO2 74


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис.13. Фотографии тест-участков растительности, сделанные с вершины платформы, где установлен мультиспектральный анализатор 3 июля 2008 года и 9 августа 2008. Фотографии на рис. 12 и 13 демонстрируют видимые изменения в состоянии растительности на скошенных (в центре) и нескошенных (справа) участках. Цветные кружки обозначают приблизительное расположение трех отдельных экспериментальных особей растений [Rouse J., Shaw J.A., Lawrence R.L., Lewicki J.L., Spangler L.H. (Electrical and Computer Engineering Department, Montana State University, Bozeman, USA)]. 5. Модели процессов диффузии в мезофилле Фотосинтез ограничен проводимостью диоксида углерода из межклеточного пространства в местах карбоксилирования (Tholen D., Zhu X.-G. The Mechanistic Basis of Internal Conductance: A Theoretical Analysis of Mesophyll Cell Photosynthesis and CO2 Diffusion). Хотя понятие внутренней проводимости известно уже более 50 лет, недостатки в теоретическом описании этого процесса, возможно, привели к неполному пониманию основных механизмов. Чтобы решить эту проблему разработали трехмерную реакционнодиффузную модель фотосинтеза в типичной клетке мезофилла с С3 путем фотосинтеза, которая включает все основные компоненты диффузии углекислого газа и связанных с ней реакций. С помощью этой новой модели мы систематически и количественно рассмотрели механизмы, лежащие в основе внутренней проводимости. Результаты определяют устойчивость клеточных стенок и оболочек хлоропластов как самые существенные ограничения фотосинтеза. Кроме того, концентрация карбоангидразы в строме может быть ограничивающей для скорости фотосинтеза. Анализ показал, что более высокий уровень фотодыхания увеличивает видимую устойчивость к диффузии углекислого газа, эффект, который до сих пор игнорировали при определении внутренней проводимости. Показано, что утечка внешнего бикарбоната через оболочку хлоропласта может способствовать видимому снижению внутренней проводимости при повышенном содержании СО2. Анализ показывает, что физиологические и анатомические особенности, связанные с внутренней проводимостью, были эволюционно доработаны в пользу прогрессии диффузии СО2 и фотосинтеза. Модель, представленная здесь является новой теоретической основой для дальнейшего анализа механизмов, лежащих в основе процессов диффузии в мезофилле [65].

75


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 14. Модель процессов диффузии в мезофилле: А. Трехмерная структура клетки мезофилла с диаметром 20 μm и содержащая 96 хлоропластов и 96 митохондрий. В. Схематическое изображение реакций и потоков в модели. [Tholen D., Zhu X.-G. Chinese Academy of Sciences and Max Planck Society Partner Institute for Computational Biology, Key; Laboratory of Computational Biology, China; Institute of Plant Physiology and Ecology, Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, China] Саванны представляют собой сочетание деревьев и травянистой растительности, иногда встречаются в качестве сомкнутых лесных сообществ. В саваннах частыми являются пожары, однако, биопродуктивность фитомассы очень высокая в сезон дождей. Особо уязвима надземная фитомасса молодых растений. Взрослые древесные растения более жаростойки и меньше страдают, чем молодые. Ученые (Bond W.J., Midgley G.F.) пришли к выводу, что углекислый газ может влиять на темпы роста ювенильных растений, влияя тем самым на преобразования саванн в лесные массивы. Эксперимент акцентируется на Африканских саваннах (рис. 15-17) [Bond W.J., Midgley G.F. (Botany Department, University of Cape Town, South Africa; Climate Change and Bioadaptation Programme, South African National Biodiversity Institute)]. Вопрос о трансформации глобальных факторов и лесистости местности остается очень спорным. На отдельных примерах саванн рассматриваются СО2эффекты, сопряженные с потребностями землепользования. Баланс "деревья – травы" должен быть исследован экспериментально [5].

76


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 15. Типичная растительность саванн (Квинстаун, Южная Африка) в 1925 г.

Рис. 16. Типичная растительность саванн (Квинстаун, Южная Африка) в 1993 г.

77


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 17. Типичная растительность саванн (Квинстаун, Южная Африка) в 2011 г.

Рис. 18. Глобальная активность пирогенного фактора с 2001 по 2006 г. Тропические и субтропические луга и саванны пострадали больше всего, но луга в степях Центральной Азии также характеризуются частыми пожарами. [Bond W.J., Midgley G.F. (Botany Department, University of Cape Town, South Africa; Climate Change and Bioadaptation Programme, South African National Biodiversity Institute)] 78


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 19. Корневая система Acacia karroo в градиенте углекислого газа. Слева от каждого растения показана метровая шкала. Растения выращивали в течение года, имитировали пожар и собирали после второго периода вегетации). Т.е. высокие концентрации углекислого газа замедляют пирогенные процессы и растительность быстрыми темпами развивается и достигает взрослых состояний, которым низинные пожары не так опасны. [Bond W.J., Midgley G.F. (Botany Department, University of Cape Town, South Africa; Climate Change and Bioadaptation Programme, South African National Biodiversity Institute)]

1

2

3

4

5

6

Рис. 20. Различные устьичные особенности строения на листьях арабидопсиса, различные генетические лилии под влиянием различных концентраций углекислого газа [16]. [Doheny-Adams T., Hunt L., Franks P.J. Genetic manipulation of stomatal density influences stomatal size, plant growth and tolerance to restricted water supply across a growth carbon dioxide gradient. Department of Molecular Biology and Biotechnology, Department of Animal and Plant Sciences, University of Sheffield, Sheffield, UK; Faculty of Agriculture, Food and Natural Resources, University of Sydney, Australia]

79


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

7

8

9

10

11

12

Рис. 21. Микрофотографии эпидермальных срезов генетических линий EPF2OE, EPFL9RNAi, Col-0, epf2, epf1epf2 и epf1epf2EPFL9OE, выращенных при различных концентрациях углекислого газа. [Doheny-Adams T., Hunt L., Franks P.J. Department of Molecular Biology and Biotechnology, Department of Animal and Plant Sciences, University of Sheffield, Sheffield, UK; Faculty of Agriculture, Food and Natural Resources, University of Sydney, Australia]

Рис. 22. Изображения растений, выращенных при разных концентрациях углекислого газа. генетические линии EPF2OE, EPFL9RNAi, Col-0, epf2, epf1epf2 и epf1epf2EPFL9OE [Doheny-Adams T., Hunt L., Franks P.J. Department of Molecular Biology and Biotechnology, Department of Animal and Plant Sciences, University of Sheffield, Sheffield, UK; Faculty of Agriculture, Food and Natural Resources, University of Sydney, Australia] Была отмеченная плотная отрицательная корреляция между размерами устьиц и устьичной плотностью. Отмечено, что в случае с мутантными формами растений этот показатель соотношения размера и плотности можно контролировать; при уменьшении подачи воды и увеличении проводимости устьиц можно корректировать устьичные размеры.

80


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 23. Изменения формы кроны растений. А – 2002 г, В – 2004, С – схематическое изображение тенденций 2002-2004 гг. [Pokorny R., Tomaskova I., Marek M. V. The effects of elevated atmospheric [CO2] on Norway spruce needle parameters; Global Change Research Centre, Czech Republic]

Рис. 24. Микрофотографии со светового микроскопа поперечных срезов тканей листа картофеля, выращенного в условиях разных концентраций углекислого газа: 380 μmol (CO2) mol-1 + 21 % O2 (A), 100 μmol (CO2) mol-1 + 5 % O2 (B), 3 600 μmol (CO2) mol-1 + 21 % O2 (C) и 3 600 μmol (CO2) mol-1 CO2 + 5 % O2 (D) в корневой зоне. [Sun Z.-P., Li T.-L., Liu Y.-L.; Key Laboratory of Protected Horticulture, Ministry of Education and College of Horticulture, China] 81


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 25. Электронные микрофотографии (×10 000) поперечных срезов хлоропластов картофеля, выращенного в различных условиях концентрации углекислого газа: 380 μmol (CO2) mol-1 + 21 % O2 (A,C), 3 600 μmol (CO2) mol-1 + 21 % O2 (D,E), 100 μmol (CO2) mol-1 + 5 % O2 (B) и 3 600 μmol (CO2) mol-1 CO2 + 5 % O2 (F) в корневой зоне. На рис. 25 S – крахмальные зерна; хлоропласты локализованы в средней части палисадного мезофилла (A, B, D, E), хлоропласты локализованы в нижней части палисадного мезофилла (C, F) [Sun Z.-P., Li T.-L., Liu Y.-L.; Key Laboratory of Protected Horticulture, Ministry of Education and College of Horticulture, China]. Таким образом, вопросы, касающиеся взаимодействий высоких концентраций углекислого газа (в глобальных масштабах и в каждом конкретном случае лабораторнопрактического эксперимента) с автотрофным блоком нашей планеты – растительными организмами – могут быть рассмотрены с разных позиций.

82


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Рис. 26. Природные лесные массивы на юго-востоке Австралии Природные лесные массивы на юго-востоке Австралии (рис. 26), использованные частично в сельском хозяйстве (a-d), а затем была создана плантация Pinus radiate (сосна лучистая) для целлюлозно-бумажной и деревоперерабатывающей продукции – эти посадки были заявлены в качестве компенсации выбросов углекислого газа. Участки леса с умеренной регуляцией постепенно снижались, уменьшилось количество видов птиц, типы растительности и виды растений оказались под угрозой исчезновения (f). На плакате (g) написано, что это плантация для поглощения углекислого газа, созданная и управляемая государством в лесах штата NSW является одним из ряда мер по уменьшению общих выбросов парниковых газов [Lindenmayer D.B., Hulvey K.B., Hobbs R.J., Colyvan M., Felton A., Possingham H., Steffen W., Youngentob K., Gibbons P. Avoiding bio-perversity from carbon sequestration solutions. Fenner School of Environment and Society and ARC Centre of Excellence for Environmental Decisions, The Australian National University, Canberra, Australia]. 83


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Основное, что может сформулировать для себя человечество – это необходимость рационального использования природных ресурсов, и грамотное реализация хозяйственной деятельности, поскольку многие благие намерения "возобновлять" и "восстанавливать" зачастую заканчиваются деградативными процессами на территории крупно- и мелкомасштабного эксперимента. Перспективными и возможными для реализации являются следующие направления, касающиеся теоретического и экспериментального изучения влияния высоких или повышенных концентраций углекислого газа в окружающей среде: - фитоиндикационный аспект; - реализация мониторингового скрининга с помощью растений; - картирование и зонирование территорий, представляющих экологических риск; - установление порогов чувствительности биоиндикаторов в сообществах аборигенных видов; - диагностика трансформации природных ландшафтов на примере урбаногеосистем; - диагностика степени пригодногости первичных ландшафтов к хозяйственной деятельности; - автоматизированные системы оценки динамики меняющихся показателей фактора среды; - разработка программ по изучению поведенческих стратегий растений в условиях трансформированной среды промышленного региона; - моделирование процессов адаптации растительности к изменениям климата с учетом антропогенного воздействия; - проведение экологических экспертиз на территориях разного целевого назначения; - оценка уровней загрязненности и степеней нарушенности экотопов с целью посильной комплексной корректировки ситуации с учетом полифакторного анализа. Список использованных источников информации 1. Baldocchi D. The grass response // Nature. Vol 476, 11 August 2011. – 160-162. 2. Battaglia M., Pinkard E.A., Sands P.J., Bruce J.L., Quentin A. Modelling the impact of defoliation and leaf damage on forest plantation function and production // Ecological Modelling. 222 (2011). – 3193-3202. 3. Beerling D.J. Atmospheric carbon dioxide: a driver of photosynthetic eukaryote evolution for over a billion years? // doi:10.1098/rstb.2011.0276. – Phil. Trans. R. Soc. B. – (2012) 367. – 477-482. 4. Bergengren J.C., Waliser D.E., Yung Y.L. Ecological sensitivity: a biospheric view of climate change // doi 10.1007/s10584-011-0065-1. – Climatic Change. (2011) 107. – 433-457. 5. Bond W.J., Midgley G.F. Carbon dioxide and the uneasy interactions of trees and savannah grasses // doi:10.1098/rstb.2011.0182. – Phil. Trans. R. Soc. B. – (2012) 367. – 601-612. 6. Calvo E., Pelejero C., Pena L.D., Cacho I., Logan G.A. Eastern Equatorial Pacific productivity and related- CO2 changes since the last glacial period // PNAS. – April 5, 2011. – vol. 108, № 14. – 5537–5541. 7. Caprarа C., Collа L., Stoppiello G., Zanellа D., Zucchi G. Microalgae photobioreactors integrated with biogas cogeneration plants: Preliminary analysis for CO2 capture, nitrogen removal and energy recovery. Special Abstracts / Journal of Biotechnology 150S (2010). – 164. 8. Chi Z., O’Fallon J.V., Chen S. Bicarbonate produced from carbon capture for algae culture // Trends in Biotechnology. – November 2011, Vol. 29, No. 11. – 537-541.

84


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

9. Chiu S.-Y., Kao C.-Y., Huang T.T., Lin C.-J., Ong S.-C., Chen C.-D., Chang J.-S., Lin C.-S. Microalgal biomass production and on-site bioremediation of carbon dioxide, nitrogen oxide and sulfur dioxide from flue gas using Chlorella sp. Cultures // Bioresource Technology. 102 (2011). – 9135–9142. 10. Chung T.S., Patin˜o-Echeverri D., Johnson T.L. Expert assessments of retrofitting coal-fire power plants with carbon dioxide capture technologies // Energy Policy. 39 (2011). – 5609-5620. 11. Coe K.K., Belnap J., Grote E.E., Sparks J.P. Physiological ecology of desert biocrust moss following 10 years exposure to elevated CO2: evidence for enhanced photosynthetic thermotolerance // Physiologia Plantarum 144, 2012. – 346-356. 12. Couwenberg J., Thiele A., Tanneberger F., Augustin J., Barisch S., Dubovik D., Liashchynskaya N., Michaelis D. Assessing greenhouse gas emissions from peatlands using vegetation as a proxy // Hydrobiologia. (2011) 674. – 67-89. 13. Decock C., Six J. Effects of elevated CO2 and O3 on N-cycling and N2O emissions: a short-term laboratory assessment // doi 10.1007/s11104-011-0961-1. – Plant Soil (2012) 351. – 277292. 14. Deng Y., He Z., Xu M., Qin Y., Nostrand J.D.V., Roe B.A., Wu L., Wiley G., Hobbie S. Elevated Carbon Dioxide Alters the Structure of Soil Microbial Communities // Applied and Environmental Microbiology. 2012. – 2991–2995. 15. Dion L.-M., Lefsrud M., Orsat V. Review of CO2 recovery methods from the exhaust gas of biomass heating systems for safe enrichment in greenhouses // Biomass and Bioenergy. 35 (2011). – 3422-3432. 16. Doheny-Adams T., Hunt L., Franks P.J. Genetic manipulation of stomatal density influences stomatal size, plant growth and tolerance to restricted water supply across a growth carbon dioxide gradient // doi:10.1098/rstb.2011.0272. – Phil. Trans. R. Soc. B (2012) 367. – 547555. 17. Du Q.-S., Fan X.-W., Wang C.-H., Huang R.-B. A Possible CO2 Conducting and Concentrating Mechanism in Plant Stomata SLAC1 Channel // Issue 9. September 2011. Vol. 6. e24264. – 1-8. 18. Erbs M., Manderscheid R., Weigel H.-G. A combined rain shelter and free-air CO2 enrichment system to study climate change impacts on plants in the field // doi: 10.1111/j.2041210X.2011.00143.x. – Methods in Ecology and Evolution. – 2012, 3. – 81-88. 19. Erice G., Sanz-Sаez A., Aranjuelo I., Irigoyen J., Aguirreolea J., Avice J.-C. Photosynthesis, N2 fixation and taproot reserves during the cutting regrowth cycle of alfalfa under elevated CO2 and temperature. Review // Journal of Plant Physiology 168 (2011). – 2007-2014. 20. Escobedo F.J., Kroeger T., Wagner J.E. Urban forests and pollution mitigation: Analyzing ecosystem services and disservices. Review // Environmental Pollution. 159 (2011). – 2078-2087. 21. Etzold S., Ruehr N.K., Zweifel R., Dobbertin M. The Carbon Balance of Two Contrasting Mountain Forest Ecosystems in Switzerland: Similar Annual Trends, but Seasonal Differences // doi: 10.1007/s10021-011-9481-3. – Ecosystems (2011) 14. – 1289-1309. 22. Flexas J., Ribas-Carbo´ M., Hanson D.T., Bota J., Otto B., Cifre J., McDowell N. Tobacco aquaporin NtAQP1 is involved in mesophyll conductance to CO2 in vivo // doi: 10.1111/j.1365-313X.2006.02879.x. – The Plant Journal (2006) 48. – 427-439. 23. Gerson U., Weintraub P.G. Mites (Acari) as a Factor in Greenhouse Management // Annu. Rev. Entomol. 2012. 57. – 229-47. 24. Goto K., Okabe H., Chowdhury F.A., Shimizu S., Fujioka Y., Onoda M. Development of novel absorbents for CO2 capture from blast furnace gas // International Journal of Greenhouse Gas Control. 5 (2011). – 1214-1219. 25. Graaff M.-A., Schadt C.W., Rula K., Six J., Schweitzer J.A., Classen A.T. Elevated CO2 and plant species diversity interact to slow root decomposition // Soil Biology & Biochemistry 43 (2011). – 2347-2354.

85


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

26. Häffner E., Lomský B., Hynek V. Air pollution and lichen physiology. Physiological Responses of Different Lichens in a Transplant Experiment Following an SO2-Gradient // Water, Air, and Soil Pollution. – 131: 2001. – 185-201. 27. Helwani Z., Wiheeb A.D., Kim J., Othman M.R. In situ carbon dioxide capture and fixation from a hot flue gas // International Journal of Greenhouse Gas Control. – 6 (2012). – 179188. 28. Hende S.V.D., Vervaeren H., Desmet S., Boon N. Bioflocculation of microalgae and bacteria combined with flue gas to improve sewage treatment // New Biotechnology. – Volume 29, № 1. – 2011. – 23-31. 29. Hu E., Tong L., Liu H. Mixed effects of CO2 concentration on photosynthesis of lettuce in a closed // Ecological Engineering 37 (2011). – 2082-2086. 30. Jordan G.J. A critical framework for the assessment of biological palaeoproxies: predicting past climate and levels of atmospheric CO2 from fossil leaves // New Phytologist. (2011) 192. – 29-44. 31. Jurasinski G., Jordan A., Glatzel S. Mapping soil CO2 efflux in an old-growth forest using regression kriging with estimated fine root biomass as ancillary data // Forest Ecology and Management 263 (2012). – 101-113. 32. Kao C.-Y., Chiu S.-Y., Huang T.-T., Dai L., Wang G.-H. A mutant strain of microalga Chlorella sp. for the carbon dioxide capture from biogas // Biomass and BioEnergy 36 (2012). – 132-140. 33. Kativu E., Hildebrandt D., Matambo T., Glasser D. Effects of CO2 on South African Fresh Water Microalgae Growth // DOI 10.1002/ep 24-28. – Environmental Progress & Sustainable Energy (2012, Vol. 31, №1). – 24-28. 34. Keeling R.F., Manning A.C., Dubey M.K. The atmospheric signature of carbon capture and storage // doi:10.1098/rsta.2011.0016. – Phil. Trans. R. Soc. A (2011) 369. – 21132132. 35. Kodama N., Cousins A., Tu K.P., Barbour M.M. Spatial variation in photosynthetic CO2 carbon and oxygen isotope discrimination along leaves of the monocot triticale (Triticum X Secale) relates to mesophyll conductance and the Péclet effect // doi: 10.1111/j.13653040.2011.02352.x. Plant, Cell and Environment (2011) 34. – 1548-1562. 36. Kohler J., Knapp B.A., Waldhuber S., Caravaca F., Roldán A., Insam H. Effects of elevated CO2, water stress, and inoculation with Glomus intraradices or Pseudomonas mendocina on lettuce dry matter and rhizosphere microbial and functional diversity under growth chamber conditions // doi 10.1007/s11368-010-0259-6. – J. Soils Sediments (2010) 10. – 1585-1597. 37. Lakkaraju V.R., Zhou X., Apple M.E., Dobeck L.M. Studying the vegetation response to simulated leakage of sequestered CO2 using spectral vegetation indices // Ecological Informatics. – 5 (2010). – 379-389. 38. Leakey A.D.B., Lau J.A. Evolutionary context for understanding and manipulating plant responses to past, present and future atmospheric [CO2] // doi:10.1098/rstb.2011.0248. – Phil. Trans. R. Soc. B (2012) 367. – 613-629. 39. Lee J.-Y., Keener T.C., Yang Y.J. Potential Flue Gas Impurities in Carbon Dioxide Streams Separated from Coal-Fired Power Plants // Air & Waste Manage. Assoc. 59 (2009). – 725– 732. 40. Lenzen M. Global Warming Effect of Leakage From CO2 Storage // Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 41. – 2011. – 2169–2185 41. Li J., Liang X., Cockerill T. Getting ready for carbon capture and storage through a ‘CCS (Carbon Capture and Storage) Ready Hub’: A case study of Shenzhen city in Guangdong province, China // Energy. 36 (2011). – 5916-5924. 42. Lindberg A., Rasmuson A. Selective Desorption of Carbon Dioxide From Sewage Sludge for In Situ Methane Enrichment-art I: Pilot-Plant Experiments. – Published online 24 August 2006 in Wiley InterScience DOI: 10.1002/bit.21015 Biotechnology and Bioengineering. DOI 10.1002/bit P. 794-803.

86


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

43. Lindberg A., Rasmuson A. Selective Desorption of Carbon Dioxide From Sewage Sludge for In Situ Methane Enrichment-art II: Modelling and Evaluation. – Experiments Biotechnology and Bioengineering, Vol. 97, № 5, August 1, 2007. – 1039-1052. 44. Lindenmayer D.B., Hulvey K.B., Hobbs R.J., Colyvan M., Felton A., Possingham H., Steffen W., Youngentob K., Gibbons P. Avoiding bio-perversity from carbon sequestration solutions // Conservation Letters. 5 (2012). – 28-36. 45. Løkke M.M., Seefeldt H.F., Edwards G., Green O. Novel Wireless Sensor System for Monitoring Oxygen, Temperature and Respiration Rate of Horticultural Crops Post Harvest // doi:10.3390/s110908456. Sensors 2011, 11. – 8456-8468. 46. Manning W.J. Urban environment: Defining its nature and problems and developing strategies to overcome obstacles to sustainability and quality of life // Environmental Pollution. – 159 (2011) 1963-1964. 47. Mazzoldi A., Hill T. Colls J. CO2 transportation for carbon capture and storage: Sublimation of carbon dioxide from a dry ice bank // International journal of greenhouse gas control. – 2 (2008) 210-218. 48. McCullagh C., Skillen N., Adams M., Robertson P.K.J. Photocatalytic reactors for environmental remediation: a review // doi 10.1002/jctb.2650. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2011; 86. – 1002-1017. 49. Metsaranta J.M., Dymond C.C., Kurz W.A., Spittlehouse D.L. Uncertainty of 21st century growing stocks and GHG balance of forests in British Columbia, Canada resulting from potential climate change impacts on ecosystem processes // Forest Ecology and Management. 262 (2011). – 827-837. 50. Mollah M., Partington D., Fitzgerald G. Understand distribution of carbon dioxide to interpret crop growth data: Australian grains free-air carbon dioxide enrichment experiment // Crop & Pasture Science, 2011, 62. – 883-891. 51. Nordberg A., Edstromb M., Uusi-Penttila М., Rasmuson A. Selective desorption of carbon dioxide from sewage sludge for in-situ methane enrichment: Enrichment experiments in pilot scale // Biomass and Bioenergy. – 37 (2012). – 196-204. 52. Notz R., Mangalapally H.P., Prasad H., Hasse H. Post combustion CO2 capture by reactive absorption: Pilot plant description and results of systematic studies with MEA // International Journal of Greenhouse Gas Control. – 6 (2012). – 84-112. 53. Onandia G., Olsson A.K., Barth S., Uddling J. Exposure to moderate concentrations of tropospheric ozone impairs tree stomatal response to carbon dioxide // Environmental Pollution. 159 (2011). – 2350-2354. 54. Ota M., Nagai H. Development and validation of a dynamical atmosphere vegetation soil HTO transport and OBT formation model // Journal of Environmental Radioactivity. – 102 (2011). – 813-823. 55. Pokorny R., Tomaskova I., Marek M. V. The effects of elevated atmospheric [CO2] on Norway spruce needle parameters // doi 10.1007/s11738-011-0766-0. – Acta Physiol Plant (2011) 33. –2269–2277. 56. Rodríguez N., Murillo R., Abanades J.C. CO2 Capture from Cement Plants Using Oxyfired Precalcination and or Calcium Looping // dx.doi.org/10.1021/es2030593. – Environ. Sci. Technol. 2012, 46. – 2460-2466. 57. Rouse J., Shaw J.A., Lawrence R.L., Lewicki J.L., Spangler L.H. Multi-spectral imaging of vegetation for detecting CO2 leaking from underground // doi. 10.1007/s12665-0100483-9. – Environ. Earth Sci. (2010) 60: 313–323. 58. Rowe D.B. Green roofs as a means of pollution abatement // Environmental Pollution. 159 (2011). – 2100-2110. 59. Runion G.B., Finegan H.M. Effects of Elevated Atmospheric CO2 on Non-Native Plants: Comparison of Two Important Southeastern Ornamentals // Environ. Control Biol. – Volume 49, № 3. – 2011. – 107-117.

87


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

60. Saha S., Chakraborty D., Pal M., Nagarajan S. Impact of elevated CO2 on utilization of soil moisture and associated soil biophysical parameters in pigeon pea (Cajanus cajan L.) // Agriculture, Ecosystems and Environment. – 142 (2011). – 213-221. 61. Samanta A., Zhao A., Shimizu G.K.H., Sarkar P., Gupta R. Post-Combustion CO2 Capture Using Solid Sorbents: A Review // dx.doi.org/10.1021/ie200686q. – Ind. Eng. Chem. Res. 2012, 51. – 1438–1463. 62. Spallina V., Romano M.C., Campanari S. Application of MCFC in Coal Gasification Plants for High Efficiency CO2 Capture // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. – 2012, Vol. 134. 011701-1-8. 63. Sun Z.-P., Li T.-L., Liu Y.-L. Effects of elevated CO2 applied to potato roots on the anatomy and ultrastructure of leaves // Biologia Plantarum. – 55 (4), 2011. – 675-680. 64. Teitel M., Atias M., Schwartz A., Cohen S. Use of a greenhouse as an open chamber for canopy gas exchange measurements: Methodology and validation // Agricultural and Forest Meteorology 151 (2011). – 1346-1355. 65. Tholen D., Zhu X.-G. The Mechanistic Basis of Internal Conductance: A Theoretical Analysis of Mesophyll Cell Photosynthesis and CO2 Diffusion // Plant Physiology. – May 2011, Vol. 156, P. 90–105. 66. Tissue D.T., Lewis J.D. Learning from the past: how low [CO2] studies inform plant and ecosystem response to future climate change // New Phytologist (2012) 194. – 4-6. 67. Ueyama M., Kai A., Ichii K., Hamotani K., Kosugi Y., Monjia N. The sensitivity of carbon sequestration to harvesting and climate conditions in a temperate cypress forest: Observations and modeling // Ecological Modelling. 222 (2011). – 3216-3225. 68. Valerio M., Tomecek M.B., Lovelli S., Ziska L.H. Quantifying the effect of drought on carbon dioxide-induced changes in competition between a C3 crop (tomato) and a C4 weed (Amaranthus retroflexus) // doi: 10.1111/j.1365-3180.2011.00874.x European Weed Research, Society Weed Research. 2011, 51. – 591–600. 69. Vats S.K., Kumar S., Ahuja P.S. CO2 sequestration in plants: lesson from divergent strategies // Photosynthetica. – 49 (4). – 2011. – 481-496. 70. Welp L.R., Keeling R.F., Meijer H.A.J., Bollenbacher A.F., Piper S.C., Yoshimura K., Francey R.J. Interannual variability in the oxygen isotopes of atmospheric CO2 driven by El Nin˜o // doi:10.1038/nature10421. Nature. 29 September 2011, Vol. 477. – 579-583. 71. Wu Z., Koch G.W., Dijkstra P., Bowker M.A. Responses of Ecosystem Carbon Cycling to Climate Change Treatments Along an Elevation Gradient // doi: 10.1007/s10021-0119464-4. – Ecosystems (2011) 14. – 1066-1080. 72. Xu T., Zheng L., Tian H. Reactive transport modeling for CO2 geological sequestration // Journal of Petroleum Science and Engineering. 78 (2011). – 765–777. 73. ZaiHua L. Is pedogenic carbonate an important atmospheric CO2 sink? // doi: 10.1007/s11434-010-4288-8. – Chinese Sci Bull. December (2011). – Vol.56. – №.35. – 37943796. 74. Zhang A., Bian R., Pan G., Cui L., Hussain Q., Li L., Zheng J. Effects of biochar amendment on soil quality, crop yield and greenhouse gas emission in a Chinese rice paddy: A field study of 2 consecutive rice growing cycles // Field Crops Research 127 (2012). – P. 153-160. 75. Zhao C., Chen X., Zhao C. K2CO3/Al2O3 for Capturing CO2 in Flue Gas from Power Plants. Part 4: Abrasion Characteristics of the K2CO3/Al2O3 Sorbent // dx.doi.org/10.1021/ef200324u. – Energy Fuels 2012, 26, 1395-1400. 76. Zhao C., Chen X., Zhao C. K2CO3/Al2O3 for Capturing CO2 in Flue Gas from Power Plants. Part 2: Regeneration Behaviors of K2CO3/Al2O3 // dx.doi.org/10.1021/ef200866y. – Energy Fuels 2012, 26, 1406-1411.

88


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

ANNEX A: GENERAL INFORMATION ABOUT A PROJECT “LOW-CARBON OPPORTUNITIES FOR INDUSTRIAL REGIONS OF UKRAINE (LCOIR-UA)” The project is implemented by the Donetsk National University (Donetsk, Ukraine) - Research and Education Center “Convergence of Nano-, Bio- and Info- Technologies for Sustainable Regional Development”, - and funded by the European Union Thematic Programme for Environment and Sustainable Management of Natural Resources, including Energy (direction “Cooperation in Clean Coal Technology and technology of Carbon Capture and Storage”). CONCEPTION OF PROJECT Ukraine is the seventh country in Europe in terms of CO2, and more than 70% of these emissions result from the energy sector, mainly from the burning of domestic coal (5th report of Ukraine on Climate Change, Kiev, 2009). Most power plants, located in the eastern part of Ukraine, namely in the regions selected for the project. The remaining industries: metallurgy, mining companies and chemical industries - are enormous users of coal for energy and most of these factories are also located in the regions to be studied. In recent decades, in Ukraine there is a reduction of CO2 emissions from industrial production and folding of the regular closing of factories. To revive the industrial sector without excessive increase of CO2, in Ukraine, as well as in the Donbass industrial region in the main, it is necessary to begin implementation of clean coal technologies and technologies of carbon capture and storage (climate technology). The main problem faced by the Ukrainian energy sector is the deterioration of the equipment: a large part of which has been operating for over 50 years. Equipment is already very old, to be adapted to less emission and climate technologies, and thus should be dismantled and replaced by new technologies. Now is the time for Ukraine to update their technology and choose the most effective. So there is a need and the need to enhance knowledge in the area of climate technology for policy-makers, industrialists, engineers and scientists. AIMS OF PROJECT The overall objectives of the project are:  

Encourage and assist the actual implementation of activities to introduce climate technologies in Ukraine; Cooperation in the area of climate technology between Ukraine and the European Community.

The specific objectives are as follows:   

Improve knowledge of Ukrainian context for climate technology; Identify potential targets for the current programs of adaptation to climate technologies Ukraine; Creation of a major stakeholder views on climate technology as a tool to combat climate change.

89


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Target groups of selected industrial regions (Donetsk, Dnipropetrovsk, Zaporizhzhya, Luhansk and Kharkiv regions) are:  Regional governments and local authorities;  Administrative and technical staff of regional energy and industrial companies;  Representatives of regional educational and scientific communities;  Students and graduates of natural sciences and economics departments of universities. COMPONENTS OF PROJECT Donetsk National University (DonNU) has three components of the project: 1. Research on a national and regional context the possibilities of using climate technology The results of this section will be reviews of the global context, the existing Ukrainian political trends, laws and regulations; of stakeholders, as well as advice on building climate technologies in Ukraine. 2. Rating: creation of geographic information systems (GIS) To assess the opportunities and challenges of climate deployment of technologies in Ukraine will be created GIS sources and sinks of CO2, but also provided recommendations for the actual implementation of the climate technology for facilities in the industrial regions of Ukraine. 3. Exchange of knowledge Sharing of knowledge created and accumulated during the project implementation will be carried out by organizing and conducting the following activities: educational sessions and round tables for representatives of government and business, for educators, scientists and engineers, an international scientific-practical conference on topical issues of climate change and the use of climate technologies, lectures for undergraduate students and graduate students DonNU. The project will be published: monograph, manuals on the use of climate technologies, quarterly newsletters, as well as to create a Web site aimed at different target groups of the project. For more information contact: Donetsk National University Universitetska str., 24 Donetsk, 83001 Ukraine Tel./fax: +380 (62) 302 9223 E-mail: research.div@donnu.edu.ua Web: http://research.donnu.edu.ua Co-ordinator of project: Dr. Mykola Shestavin Mob. tel.: +380 (50) 217 9443 E-mail: lcoir@ukr.net Web: http://www.lcoir-ua.eu The views expressed on this web-site do not necessarily reflect the views of the European Commission and Government of Ukraine

90


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

ДОДАТОК Б: ЗАГАЛЬНА ІНФОРМАЦІЯ ПРО ПРОЕКТ «НИЗЬКО-ВУГЛЕЦЕВІ МОЖЛИВОСТІ ДЛЯ ІНДУСТРІАЛЬНИХ РЕГІОНІВ УКРАЇНИ (LCOIR-UA)» Проект виконується за Тематичною програмою Європейського Союзу для довкілля і сталого управління природними ресурсами, зокрема енергією (напрямок „Співробітництво у галузі чистих вугільних технологій і технологій уловлювання і зберігання вуглецю”). Проект реалізується Донецьким національним університетом (м. Донецьк, Україна) Науково-навчальним центром „Конвергенція нано-, біо- та інфо- технологій для збалансованого регіонального розвитку”, та фінансується Європейським Союзом. Концепція проекту Україна є шостою країною у Європі по обсягам викидів CO2, і більше 70% цих викидів є результатом діяльності енергетичного сектора, в основному, за рахунок спалення місцевого вугілля (5-е Повідомлення України з питань зміни клімату, Київ, 2009). Більшість теплових електростанцій розташовані в східній частині України, а саме в регіонах, вибраних для реалізації проекту. Решта галузей промисловості – металургія, гірничодобувні підприємства, а також хімічні виробництва – є величезними споживачами вугілля для отримання енергії і велика частина цих заводів також знаходиться в регіонах, які досліджуватимуться. В останні десятиліття відбувається зниження викидів СО2 в Україні в результаті згортання промислового виробництва і регулярного закриття заводів. Щоб пожвавити промислові галузі без надмірного зростання викидів CO2, в Україні, а також у Донбасі, як в основному індустріальному регіоні, необхідно започаткувати упровадження чистих вугільних технологій і технологій уловлювання і зберігання вуглецю (кліматичні технології). Основна проблема, з якою стикається український енергетичний сектор, є знос устаткування, велика частина якого працює вже більше 50 років. Устаткування є дуже старим, щоб бути адаптованим до менш емісійних кліматичних технологій і, таким чином, повинно бути демонтовано і замінено новими технологіями. Зараз настав час для України відновити свої технології і вибрати найефективніші. Отже, існує потреба і необхідність розширення знань у сфері кліматичних технологій для осіб, що визначають політику, промисловців, інженерів і учених. Целі проекту: Загальні цілі проекту наступні: - Сприяти та допомагати фактичному здійсненню діяльності з впровадження кліматичних технологій в Україні; - Розпочати співпрацю у сфері кліматичних технологій між Україною і Європейським співтовариством. Конкретні цілі полягають у наступному: - Поліпшити знання українського контексту для здійснення кліматичних технологій; - Визначити потенційні об'єкти для актуальних програм адаптації в Україні кліматичних технологій; - Створити в основних зацікавлених сторін усвідомлення про кліматичні технології як інструменти боротьби із зміною клімату.

91


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Цільові групи із обраних індустріальних регіонів (Донецької, Дніпропетровської, Запорізької, Луганської та Харківської областей) такі: - Регіональні органи державного управління і органи місцевого самоврядування; - Адміністративний та інженерно-технічний персонал регіональних енергетичних і промислових компаній; - Представники регіональних освітніх та наукових спільнот; - Студенти та аспіранти природничих й економічних факультетів університетів. Компоненти проекту Донецький національний університет виконує три компоненти проекту: 1. Дослідження національного та регіонального контексту можливостей використання кліматичних технологій Результатами цієї частини будуть доповіді про світовий контекст; про існуючі українські політичні рухи, закони та нормативні акти; про зацікавлені сторони, а також рекомендації щодо створення потенціалу кліматичних технологій в Україні. 2. Оцінка: створення географічних інформаційних систем (ГІС) Для оцінки можливостей та перешкод розгортання кліматичних технологій в Україні будуть створені ГІС джерел і поглиначів СО2, а також надані рекомендації із фактичного здійснення кліматичних технологій для об'єктів в індустріальних регіонах України. 3. Обмін знаннями Обмін знаннями, створеними і накопиченими в процесі виконання, буде здійснюватися шляхом організації та проведення наступних заходів: освітньої сесії та круглих столів для представників влади та бізнесу, для освітян, науковців та інженерів; міжнародна науково-практична конференція з актуальних питань зміни клімату та використання кліматичних технологій; лекції для студентів старших курсів і аспірантів. У рамках проекту будуть видані: монографія; огляди основних проблем, що виникають при зміні клімату, та шляхів їх вирішення; навчальний посібник з питань змін клімату та кліматичних технологій; інфо-бюлетені. За проектом створений веб-сайт, спрямований на різні цільові групи проекту. За додатковою інформацією звертайтеся: Донецький національний університет Університетська вул., 24 Донецьк, 83001 Україна Тел./факс: +380 (62) 302 9223 E-mail: research.div@donnu.edu.ua Web: http://research.donnu.edu.ua Координатор проекту: Шеставін Микола Степанович Моб. тел.: +380 (50) 217 9443 E-mail: lcoir@ukr.net Web: http://www.lcoir-ua.eu Думки, відображені у цій публікації, не обов’язково співпадають з поглядами Європейської Комісії та Уряду України

92


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

ПРИЛОЖЕНИЕ В: ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ПРОЕКТЕ «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ ИНДУСТРИАЛЬНЫХ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ (LCOIR-UA)» Проект реализуется Научно-образовательным центром «Конвергенция нано-, био- и инфо- технологий для сбалансированного регионального развития» Донецкого национального университета (г. Донецк, Украина), и финансируется Европейским Союзом по Тематической программе Европейского Союза для окружающей среды и устойчивого управления природными ресурсами, в частности энергией (направление «Сотрудничество в области чистых угольных технологий и технологий улавливания и хранения углерода»). Концепция проекта Украина занимает шестое место в Европе по объемам выбросов CO2, и более 70% этих выбросов являются результатом деятельности энергетического сектора, в основном, за счет сжигания местного угля (Пятое Сообщение Украины по вопросам изменения климата, Киев, 2009 г.). Большинство тепловых электростанций расположены в восточной части Украины, а именно в регионах, выбранных для реализации проекта. Остальные отрасли промышленности - металлургия, горнодобывающие предприятия, а также химические производства - огромные потребители угля для получения энергии и большая часть этих заводов также находится в регионах, которые будут исследоваться. В последние десятилетия происходит снижение выбросов СО2 в Украине в результате свертывания промышленного производства и регулярного закрытия заводов. Чтобы оживить промышленные отрасли без чрезмерного роста выбросов CO2 в Украине, а также в Донбассе, как в основном индустриальном регионе, необходимо начать внедрение чистых угольных технологий и технологий улавливания и хранения углерода (климатических технологий). Основной проблемой, с которой сталкивается украинский энергетический сектор, является износ оборудования, большая часть которого работает уже более 50 лет. Оборудование очень старое, чтобы быть адаптированным к менее эмиссионным климатическим технологиям и, таким образом, должно быть демонтировано и заменено новыми технологиями. Сейчас настало время для Украины восстановить свои технологии и выбрать наиболее эффективные. Итак, существует потребность и необходимость расширения знаний в области климатических технологий для лиц, определяющих политику, промышленников, инженеров и ученых. Цели проекта: Общие цели проекта следующие: - Содействовать и помогать фактическому осуществлению деятельности по внедрению климатических технологий в Украине; - Начать сотрудничество в сфере климатических технологий между Украиной и Европейским сообществом. Конкретные цели заключаются в следующем: - Улучшить знания украинского контекста для осуществления климатических технологий; - Определить потенциальные объек��ы для актуальных программ адаптации в Украине климатических технологий; - Создать у основных заинтересованных сторон понимание климатических технологий как инструмента борьбы с изменением климата. 93


LCOI-Reviews, 2012, No. 07

Целевые группы проекта из избранных индустриальных регионов (Донецкой, Днепропетровской, Запорожской, Луганской и Харьковской областей) таковы: - Региональные органы государственного управления и органы местного самоуправления; - Административный и инженерно-технический персонал региональных энергетических и промышленных компаний; - Представители региональных образовательных и научных сообществ; - Студенты и аспиранты естественных и экономических факультетов университетов. Компоненты проекта Донецкий национальный университет выполняет три компоненты проекта: 1. Исследования национального и регионального контекста возможностей использования климатических технологий Результатами этой части будут обозрения о мировом и региональном контексте, о существующих украинских политических условиях, законах и нормативных актах, о заинтересованных сторонах, а также рекомендации по созданию потенциала климатических технологий в Украине . 2. Оценка: создание географических информационных систем (ГИС) Для оценки возможностей и препятствий развертывания климатических технологий в Украине будут созданы ГИС источников и поглотителей СО2 , а также даны рекомендации по фактическому осуществлению климатических технологий для объектов в индустриальных регионах Украины. 3. Обмен знаниями Обмен знаниями, созданными и накопленными в процессе выполнения проекта, будет осуществляться путем организации и проведения следующих мероприятий: образовательной сессии и круглых столов для представителей власти и бизнеса, для педагогов, ученых и инженеров; международная научно-практическая конференция по актуальным вопросам изменения климата и использования климатических технологий; лекции для студентов старших курсов и аспирантов. В рамках проекта будут изданы: монография; обзоры основных проблем, возникающих при изменении климата, и путей их решения, учебное пособие по вопросам изменения климата и климатических технологий; инфо-бюллетени. По проекту создан веб-сайт, направленный на различные целевые группы проекта. За дополнительной информацией обращайтесь: Донецкий национальный университет Университетская ул. 24 Донецк , 83001 Украина Тел. / Факс: +380 (62) 302 9223 E-mail: research.div@donnu.edu.ua Web: http://research.donnu.edu.ua Координатор проекта: Шеставин Николай Степанович Моб. тел.: +380 (50) 217 9443 E-mail: lcoir@ukr.net Web: http://www.lcoir-ua.eu Мнения, отраженные в этой публикации, не обязательно совпадают с взглядами Европейской Комиссии и Правительства Украины 94



Lcoi reviews 2012 07