Экология – одно из стратегических направлений развития Южно-Уральского государственного университета. Научные разработки, нацеленные в первую очередь на решение экологических проблем в регионе, ученые ведут в нескольких важных направлениях.
Ректор ЮУрГУ, доктор технических наук, профессор Александр Шестаков рассказал о ключевых проектах, реализация которых позволит улучшить экологическую ситуацию.
Чистый воздух
– Для Челябинска и Челябинской области тема экологии особенно актуальна: состояние воздуха в городской среде, распространение выбросов промышленных предприятий, загрязнение водных ресурсов...
Качество воздуха, которым мы дышим, оказывает значительное влияние на здоровье и окружающую среду. Более половины вклада в загрязнение атмосферного воздуха Челябинска дают промышленные предприятия. У большинства из них отсутствуют экологические системы оперативного анализа для управления выбросами. Нет систем датчиков на источниках выбросов и в зонах влияния.
Официальные методы расчета рассеивания были утверждены в 2017 году. Они не дают оперативной информации и понимания реальной обстановки, а дают лишь усредненные, предельные оценки. Сейчас этого недостаточно. Для того чтобы управлять своими выбросами, предприятия должны владеть реальной оперативной информацией об экологической ситуации и своем негативном воздействии.
В настоящее время предприятия не заинтересованы в том, чтобы снижать выбросы. Но законодательство будет усиливать требования, связанные с экологической безопасностью. Население заинтересовано в этом, а также в получении объективной информации.
В начале 2019 года в ЮУрГУ была собрана междисциплинарная команда профессионалов, в которую вошли экологи, математики, химики и программисты. Команда разработала комплекс «Экомонитор», который решает эту проблему за счет создания системы наблюдения и анализа. Система позволяет принимать решение в оперативном режиме и предотвращать негативные последствия от выбросов предприятий.
Комплекс «Экомонитор» имеет модульную архитектуру и позволяет визуализировать текущую ситуацию, прогнозировать экологическую обстановку, осуществлять автоматизированный анализ данных по выбросам. Визуализация производится в привязке к географической карте местности в режиме реального времени, на экране представляются моделируемые и прогнозируемые приземные концентрации загрязняющих веществ.
Наши партнеры – «Росприроднадзор» и «Метран». Летом 2019 года был проведен натурный эксперимент при поддержке «Росприроднадзора» по Челябинской области на площадке завода «Минплита». Две лаборатории ФГБУ (ЦЛАТИ) провели замеры выбросов на трубах и две передвижные лаборатории «Центра экологического мониторинга Челябинской области» провели замеры концентраций загрязняющих веществ в точках контроля в зоне влияния. Проверка показала сходимость экспериментальных и расчетных данных.
Эта разработка соответствует мировому уровню. Есть зарубежные аналоги, но их немного – два или три. В России аналогов нет. В настоящее время ищем возможность реализации пилотного проекта на более сложных площадках.
Вредные вещества выбрасывают в воздух и автомобили. Для снижения производимых выбросов необходима оптимизация потоков, которая обеспечивается не только простым расширением дорог, но и работой умных светофоров, направляющих потоки оптимальным образом. Зачастую последнее даже важней. Для решения этой задачи на автотранспортном факультете разработана система, анализирующая дорожный трафик и на основе накопленной статистики оптимизирующая потоки.
Чистая вода
– ЮУрГУ участвует в проекте Минэкологии «Чистая вода». Шершневское водохранилище – искусственное сооружение, поэтому со временем затягивается илом. Даже если бы оно находилось на значительном удалении от Челябинска и не обрастало бы застройками, его приходилось бы время от времени чистить. Наличие коттеджей, в которых часто система канализации оставляет желать лучшего, приводит к тому, что в Шершни попадают органические загрязнения, аммонийные соединения. Это хорошая пища не только для пресловутых сине-зеленых водорослей, но и для других водных растений, которые развиваются, растут и отмирают, еще больше заиливая водохранилище. Существенный вклад вносят и смываемые дождями удобрения с агроугодий. Все это приводит к возникновению заболоченных участков, в которых вода не пригодна для использования в питьевых целях.
Аналогичная ситуация с рекой Миасс. Сюда попадают не только загрязнения из Шершней, но и стоки с промпредприятий и просто с городских улиц. Давно требовались работы по очистке от мусора, дноуглублению и ликвидации заболоченных участков, и в последние несколько лет они начались.
В рамках дипломных работ бакалавров и магистров, а также научных исследований, поддерживаемых грантами, проводится изучение береговой линии водохранилища и реки Миасс, составляются прогнозы изменения ситуации. Через своих представителей в общественной палате и в органах власти университет предлагает эти вопросы для обсуждения и принятия решений.
Еще одна болевая точка – известная проблема реки Сак-Элга. В нее с отвалов Карабашского медеплавильного комбината стекают дождевые воды. По Сак-Элге эти загрязнения попадают в Миасс, затем в Аргазинское и далее – в Шершневское водохранилище.
В 2016 году начались изыскательские работы по возможности снижения выноса загрязнений. Университет выполнял научную часть этих работ и показал экспериментальным и расчетным путем, какие из предлагаемых решений следует реализовать. В лабораториях ставились эксперименты по выщелачиванию/осаждению загрязнений, на основании которых рассчитывались возможные последствия тех или иных действий.
Еще один экопроект – обезвоживание осадков очистных сооружений водопровода и их утилизация. Вопросы экологически оправданной утилизации осадков, образующихся при подготовке питьевой воды, очень важны для России, где основными источниками централизованного водоснабжения являются поверхностные воды. Только в Челябинске ежегодно образуется около двух миллионов кубометров таких осадков.
В результате научно-исследовательской работы предложены реагентные и безреагентные методы обработки осадков для последующего их обезвоживания. Выбор методов обработки осадков основан на изучении их свойств и состава, что стало возможным при поддержке НОЦ «Нанотехнологии».
Совместно с кафедрой «Строительные материалы и изделия» проводятся исследования по применению обезвоженного осадка как модифицирующей добавки для изготовления керамического кирпича. Такая добавка вводится в глиняную шихту, что позволяет получить ряд преимуществ: увеличить пластичность, снизить плотность керамических изделий и температуру обжига, обеспечить равномерный прогрев. Таким образом, модифицирующая добавка из осадка не только положительно влияет на технологию изготовления керамики, но и улучшает характеристики готового керамического кирпича.
Один из важных экопроектов ЮУрГУ - очистка сточных вод от тяжелых металлов водными растениями. Сотрудниками кафедры градостроительства, инженерных сетей и систем ведутся исследования по изучению закономерностей механизмов очистки сточных вод разных отраслей промышленности с участием водной растительности.
В результате научных исследований сотрудниками кафедры спроектированы и внедрены разные типы биологических прудов с водными растениями, которые имеют высокую поглотительную способность по отношению к тяжелым металлам. Растения в биологическом пруду выступают в качестве фитофильтра.
Их подбор осуществляется в соответствии с особенностями химического состава промышленных стоков и региона применения этой технологии. Степень очистки загрязненных стоков в биологических прудах может варьировать от 80 до 90 процентов при правильном подборе водных растений. После «отработки» их предложено подвергать фитомайнингу. Эта технология позволяет извлекать из растений экономически ценные металлы.
Магистерские программы
–В ЮУрГУ есть два направления подготовки, связанных с экологией: «Экология и природопользование» и «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии нефтехимии и биотехнологии». Большой интерес студентов вызывает программа проектного обучения «Безреагентная (фотокаталитическая) очистка воды от трудноокисляемых загрязнений».
Проект реализуется с привлечением коллег из университета Овьедо и Академии наук РФ.
Конечной целью является создание установки и подготовка команд специалистов для очистки технологической воды коксохимических производств металлургических предприятий от фенола и прочих опасных загрязнений. Речь не только о «Мечеле» и «ММК», но и о других аналогичных производствах.
Работа с промышленными отходами
– Шлакоотвалы Карабаша - большая проблема. Шлаки – вообще серьезная проблема медной промышленности, поскольку они, как правило, не используются и не перерабатываются нигде в мире. Иногда шлак могут сыпать на дороги, но на самом деле так применять его нельзя.
Ученые кафедры пирометаллургических процессов создали технологию переработки этих отвалов, придумали, как их использовать. Шлаки содержат довольно много железа, а также медь и серу. Эти элементы являются вредными примесями, и такой металл, которого там до сорока процентов, в большой металлургии никому не нужен. Из этого металла можно делать различные элементы для помола.
Такие элементы нужны в огромных количествах, потому что вся добываемая в горной промышленности руда, как правило, перемалывается. Ну а оставшийся материал - это уже обычный строительный песок, который можно использовать в качестве наполнителей различных бетонов. Ведем переговоры с инвестиционными компаниями и предприятиями. Есть перспективы внедрения этой уникальной разработки.
Мы хотим выйти на международный уровень исследований. Хотим, чтобы наши разработки по экологии были полезны жителям города и области, и чтобы мы с вами как можно скорее ощутили улучшение экологической обстановки.