Как противостоять глобальным загрязнениям в атмосфере Земли
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Чем выше в попытках избавиться от дыма возносятся в небо трубы, тем дальше уносят дым ветры. Сернистый газ из дыма высоко над землей соединяется с влагой, образуя стойкую серную кислоту, и где-то, иногда за многие сотни километров, выпадает «кислый» дождь. А вблизи крупных химических комплексов временами дуют ветры, насыщенные тяжелой ядовитой пылью. Ученые всего мира пытаются найти защиту от ядовитых промышленных газов. Обмывают деревья водой, стараясь смыть или нейтрализовать налет кислоты, поддерживают силы растений специальными подкормками, нейтрализуют почву известкованием. Все это не очень эффективно, дорого, трудоемко и потому не находит широкого применения.
Физиолог Жак Лэб заметил, что яйца морских ежей, нормально развивающиеся в соленой морской воде, погибают в растворе любого из ее компонентов. Удивленный ученый стал смешивать растворы в разных комбинациях. В некоторых яйца ежей продолжали исправно развиваться. Получалось, что вещества в чистом виде могут быть смертельно вредными для организма, а их смесь вполне пригодной для жизни. В общем растворе вредные для жизни компоненты нейтрализуют друг друга, компенсируют, а в оптимальном наборе становятся даже жизненно необходимыми для определенного организма. Сделав это открытие, Лэб вскоре забыл о нем, увлекшись очередной идеей.
Теперь растворы, в которых токсичность каждого вещества компенсирована веществом-противоядием, называют уравновешенными.
А что, если считать загрязненную атмосферу, в которой не могут нормально развиваться растения, раствором неуравновешенным? Что, если и данную загрязненную атмосферу загрязнить еще больше, но веществами-антагонистами? Они нейтрализуют и сернистый газ, и окислы азота, и растения будут развиваться нормально.
Примерно так рассуждал доцент кафедры селекции и дендрологии П. Т. Обыденный, взявший за основу своей работы теорию уравновешенных растворов. Последовали сотни остроумно поставленных экспериментов, и с каждым опытом ученый все больше убеждался в правильности намеченного пути. Особо интересны были опыты над быстрорастущим горохом. Исследователь помещал ростки в ту или иную засоренную вредными газами атмосферу и проверял на них воздействие разных веществ. Из семидесяти кандидатов, претендовавших на роль спасителей гороха, экзамен выдержали пятнадцать. Они и были зачислены в отряд лучших веществ-антагонистов. Оставалось проверить их в реальных условиях.
Против сернистого газа предназначали пятиокись ванадия. Ничтожного количества, менее 50 граммов, должно было хватить на обработку целого гектара леса. Для спасения дубов был предназначен раствор хлористого кобальта. Словом, исследователи запаслись веществами-антагонистами практически на все лесные и атмосферные ситуации.
Опрысканные антагонистами погибающие деревья и кустарники воскресали. Вновь начинали зеленеть сосны, покрасневшие от сернистого газа. На кустарниках появлялись новые побеги. Распрямлялись скрюченные листья. За опытными делянками леса наблюдали пять лет. Скорость роста побегов ели на них увеличилась почти на треть. Стали гораздо быстрее расти и дубы. А сосны в Ясной Поляне, которых в свое время значительно поубавилось, после спасительной обработки чувствуют себя нормально. Нужно отметить, что и промышленные выбросы стали чище.
Поскольку есть такие хорошие и многолетние результаты, напрашивается вывод: не применить ли вещества-антагонисты для оздоровления воды? Конечно, в проточных водах рек это сделать трудно, а вот в прудах и озерах, пожалуй, возможно.
Однако против массового применения нового способа охраны окружающей среды могут быть и возражения. Многие годы считались незаменимыми химические средства защиты растений. Не возникало сомнений в их полезности, пока в рыбах и даже в коровьем молоке не обнаружили яды в недопустимых концентрациях. Не случится ли то же самое с веществами-антагонистами? Нет, не случится. Их концентрация настолько мала, что, по мнению многих ученых, никакой опасности для животных и для человека они не представляют.
Работы П. Т. Обыденного имеют и большое промышленное значение. При широком использовании нового способа охраны леса за счет повышения скорости роста деревьев с каждого гектара можно дополнительно получить примерно по два кубометра древесины. При огромных наших лесах это миллионы кубометров дополнительной древесины.
Ил + мусор = удобрение
«Все должно куда-то деваться» — так Б. Коммонер в шутку сформулировал закон сохранения энергии. Куда деть отходы жизни и деятельности человечества, если при переработке всего добытого сырья в продукцию длительного пользования превращается всего лишь два процента? Остальное — отбросы. Несколько тонн на каждого жителя планеты в год. Только бумаги, пленок, старой одежды, консервных банок, битого стекла, остатков пищи и предметов домашнего обихода — металлических и деревянных — на душу приходится около тонны. Куда девать все это?
И как быть с осадками, собирающимися в очистных сооружениях городской канализации? Специалисты подсчитали, что в городские канализационные сети поступит более 72 кубических километров сточных вод, из которых в очистных сооружениях образуется по меньшей мере 720 миллионов тонн ила. Что с ним делать? Вывезти на поля, скажет искушенный читатель. Правильно, ил — прекрасное удобрение. Но как его доставить на поля? Не строить же трубопроводы, подобные нефтяным, чтобы транспортировать ил из больших городов на поля. И обычным транспортом не вывезешь. Для этого потребуется 12 миллионов железнодорожных цистерн, или 140 миллионов автомобилей.
Полезных веществ в иле много. Есть азот, фосфор, калий, микроэлементы, так необходимые растениям, но содержится все это в сухих веществах, а их в иле не больше четырех процентов, остальное — вода. Возить на поля воду, конечно, нерентабельно. Вот если как-то ухитриться отжать водянистый ил на месте — получится не сотни миллионов тонн, а около тридцати миллионов тонн, но зато целиком полезных. С такими перевозками можно справиться.
Тут и вспомнили о мусоре. Его тоже в городах накапливается за год около 30 миллионов тонн. И в нем много хорошего: в одной тонне — до 20 килограммов фосфора, магния, железа, почти по 30 килограммов кальция и алюминия, до двух процентов азота. Так вот, лежит, предположим, тонна сухого мусора, а рядом — тонна переувлажненного ила. Чтобы мусор превратился в удобрение, его нужно увлажнить, обезвредить, разложить микроорганизмами, то есть компостировать. И вода, и микроорганизмы в избытке есть в рядом лежащем иле. Но первый не компостируется потому, что он сухой, а второй — потому, что слишком влажный. В смеси же они прекрасно дополняют друг друга. Даже химические «наклонности» у них благоприятные: ил имеет щелочную реакцию, а мусор — кислую.
Так чего же медлить? Берем мусор, отсеиваем из него всякий металлический хлам и синтетику, смешиваем с илом, компостируем — и на поля!
Все, что перечислено в предыдущей фразе до слова «компостируем», особых затруднений не вызывает. Компостирование же — процесс биологического разогрева смеси и ее ферментации — требует дорогостоящего оборудования и больших энергозатрат. Компосты получаются дорогими.
Доктор сельскохозяйственных наук И. И. Ярчук и его сотрудники поставили на кафедре агрохимии Днепропетровского сельскохозяйственного института такой эксперимент. Мусор загрузили в небольшой лабораторный ферментер, в котором тряпки, объедки, бумага и прочее при вращении барабана интенсивно перетирали друг друга. Через двое суток температура массы поднялась до 70 градусов, что вполне достаточно для ферментации. Теперь мусор можно смешивать с илом и компостировать. А через ферментеры будем пропускать не все сырье, а лишь его мусорную часть, составляющую до 40 процентов общей массы. Это значительно уменьшит габариты оборудования, затраты электроэнергии. Словом, производство удобрений из ила и мусора становится вполне рентабельным.
Опыты показали, что полученный компост по эффективности не уступает перепревшему навозу. На опытных участках урожайность кукурузы повышалась на 37—45 процентов, а капусты — на 28 процентов. Причем однажды внесенные в почву удобрения действовали в течение двух лет. Затем в Днепропетровской области был проведен производственный опыт на площади 260 гектаров. На опытном поле урожай помидоров был почти на четверть больше, чем на контрольном.
В технологии, разработанной днепропетровскими учеными, удачно сочетаются экономический эффект и экологический: не нужно отводить земли под свалки и места захоронения жидких осадков, аннулируются довольно активные источники загрязнения воздушной и водной среды.