Сегодня для строительства зданий и сельского хозяйства используют в том числе обводненные земли. Для отведения воды применяют подземные и наземные гидродренажные системы: каналы, коллекторы, трубопроводы, водохранилища, плотины, дамбы, насосные станции и водозаборы. Они обеспечивают оптимальный водный, воздушный, тепловой и питательный режим почв. Но такие системы могут отрицательно влиять на геосферу, так как материалы, из которых их производят, не всегда экологичны. Например, сейчас для этих целей используют пластики. Исследователи из Пермского Политеха оценили безопасность применения различных материалов и выделили наиболее экологичные из них. Работа выполнена в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Результаты работы экологи опубликовали в сборнике материалов всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Химия. Экология. Урбанистика» (2022). В разработке также приняли участие специалисты ПГАТУ имени академика Д.Н. Прянишникова и Пермского филиала Волжского государственного университета водного транспорта.
— Гидродренажные системы находятся в верхнем слое почвенной оболочки Земли и образуют открытые природно-техногенные системы. Процессы в них представляют собой биореактор периодического действия. Окружающая среда влияет на элементы конструкций и разрушает их, и это впоследствии меняет химический фон геосферы. Для комплексной оценки негативного воздействия материалов нужно изучать все стадии жизненного цикла гидродренажных систем, в том числе их длительность. Это поможет наиболее эффективно подбирать материалы для их возведения, — рассказывает одна из исследователей, аспирант кафедры «Охрана окружающей среды» Пермского Политеха Вероника Салахова.
По словам ученых, ранее в конструкциях использовали металлы, асбестоцемент, цементобетон и керамику, а сейчас чаще применяют полимерные материалы. Долгосрочная эксплуатация пластиков может приводить к механическому и химическому загрязнению окружающей среды. Таким образом в нее попадают микропластик, углерод, стирол, формальдегид, фенол и другие вредные вещества. За продолжительный период пластик оказывает техногенное воздействие, которое превышает нормы, что требует значительных ресурсов на рекультивацию и очищение территории. Поэтому важно также учитывать время эксплуатации систем.
Ученые оценили устойчивость гидродренажных систем по показателям, которые выявили после оценки их жизненного цикла. В частности, к ним относятся наличие опасных химических соединений, загрязнение почвы, атмосферы и гидросферы, необходимость очищения почв после использования конструкций, химическая стабильность на всем протяжении эксплуатации и возможность ассимиляции окружающей средой. Экологи выявили индекс опасности материалов, из которых производят конструкции: пластиков, металлов, цементобетона, асбестоцемента и керамики.
— Результаты нашего исследования показали, что пластиковые материалы имеют наибольший индекс опасности для геосферы. Они содержат вредные химические соединения, компоненты которых при разрушении и взаимодействии с окружающей средой образуют канцерогены. Поэтому после окончания использования необходимо демонтировать конструкции и очищать почву. Цементобетон и керамика не оказывают техногенного воздействия на территории. По итогам оценки керамика стала наиболее безопасным материалом для применения на всем протяжении жизненного цикла конструкций, — поясняет эколог.
Данные исследования ученых можно использовать для отведения воды в сферах строительства и сельского хозяйства. В дальнейших планах исследователей — разработка ресурсосберегающей технологии получения керамических изделий, которая позволит снизить не только экономические затраты, но и нагрузку на окружающую среду.
Для справки
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.