Наука для будущего: роль научного центра «Экосистема» в снижении негативного воздействия предприятий на окружающую среду

В.А. Матвеева, канд. техн. наук, директор НЦ «Экосистема»

А.С. Данилов, канд. техн. наук, доцент кафедры геоэкологии

Е.А. Сердюкова, магистрант кафедры геоэкологии

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II

Экология как наука считается одной из самых «молодых», но значимость ее растет с каждым годом. Связано это со стремительным развитием промышленности, увеличением транспортной нагрузки, высокой урбанизацией территорий и другими факторами, трансформирующими окружающую среду. По этой причине появилась и острая необходимость в подготовке квалифицированных кадров в области охраны окружающей среды и экологической безопасности. С этой целью в Санкт-Петербургском горном университете в 1978 году создана кафедра инженерной экологии, которая позже была преобразована в кафедру геоэкологии.

Профессиональный преподавательский состав ведет подготовку специалистов, не только создавая надежную теоретическую базу знаний у студентов, но и передавая им практические навыки работы в современных программных комплексах. Помимо этого, профессия эколога неразрывно связана с работой в лаборатории, где проводится химический анализ отобранных проб воды, воздуха, почвы, отходов производства. Для получения точных результатов необходимо владеть навыками работы с оборудованием и современными методами анализа, включая спектроскопию, хроматографию, масс-спектрометрию и др. Так, в 2021 году совместно с кафедрой геоэкологии организован научный центр «Оценки техногенной трансформации экосистем» (НЦ «Экосистема»). В структуру НЦ входят:

1. Аппарат управления научного центра.

2. Учебно-научная лаборатория экомониторинга кафедры геоэкологии.

3. Лаборатория моделирования экологической обстановки.

4. Лаборатория мониторинга и восстановления арктических экосистем.

Все лаборатории оснащены современным отечественным и зарубежным оборудованием (фото 1, главное).

Деятельность научного центра, в первую очередь, направлена на минимизацию негативного воздействия предприятий минерально-сырьевого и топливно-энергетических комплексов. Заказчиками и партнерами центра являются ведущие сырьевые и энергетические компании России, такие как «Русская медная компания», «Лукойл», «ЕвроХим», «Фосагро», «Полюс» и др. Для комплексного решения поставленных задач в НЦ «Экосистема» разработаны четыре основных научных направления под руководством ведущих специалистов:

• обеспечение техногенной и экологической безопасности производственных объектов;

• новые подходы к очистке сточных вод и восстановлению природных гидроэкосистем;

• утилизация отходов и восстановление нарушенных земель;

• экотоксиканты в природных и техногенных средах.

Научное направление «Обеспечение техногенной и экологической безопасности производственных объектов», руководителем которого является заведующая кафедрой геоэкологии Мария Анатольевна Пашкевич, ведется с целью разработки новых подходов к экологическому мониторингу природной и техногенной среды. За такой небольшой срок работы центра получены важнейшие результаты в области охраны окружающей среды для предприятий минерально-сырьевого комплекса.

Так, например, на территории Южноуральской горнопромышленной агломерации и Кольского горнопромышленного комплекса сотрудниками научного центра проведены комплексные исследования, на основании которых выявлены закономерности пространственных и временных вариаций концентраций загрязняющих веществ. Впервые в практику экологического мониторинга внедрены дистанционные методы исследования состояния окружающей среды с беспилотных летательных аппаратов (фото 2).

Стоит отметить важную роль научного направления в экологической, улучшении но и не только промышленной безопасности объектов. Благодаря специалистам, занимающимся данным направлением, разработана методика определения выработки ресурса подземных газопроводов, снижающая риски возникновения техногенных аварий, определены универсальные параметры утечки газа, получен способ антикоррозионной защиты металлических трубопроводов, иные результаты, способствующие сохранению жизни и здоровья людей.

Вода – важнейший ресурс нашей планеты, состояние и качество которого во многом зависит от деятельности человека. В научном направлении «Новые подходы к очистке сточных вод и восстановлению природных гидроэкосистем» фокус исследований направлен на восстановление водных объектов и ликвидацию последствий их загрязнений от промышленных предприятий. Для этого научные сотрудники центра разрабатывают новые методы и материалы для очистки воды от экотоксикантов и занимаются вопросом безопасной утилизации осадков сточных вод. Научным руководителем направления является директор НЦ «Экосистема» Вера Анатольевна Матвеева.

В число многочисленных результатов, полученных меньше чем за четыре года работы центра, входят разработка инновационной технологии очистки сточных вод, содержащих соединения азота; новый способ получения высокоселективного хемосорбента из отходов, образующихся после обработки металла; метод очистки сточных вод с использованием отходов аграрного и деревообрабатывающего производства и многое другое.

Компании-партнеры – научно-технический центр ПАО «Газпром нефть», АО «Башкирская содовая компания», горно-обогатительные комбинаты группы компаний «НЛМК», полигон ТКО ООО «Новый Свет Эко», минерально химическая компания «ЕвроХим» и др.

• 

• 

В связи с деятельностью горнодобывающих предприятий происходят нарушение природного ландшафта, ухудшение качества почв, образование большого количества бытовых и промышленных отходов. Для решения задач минимизации данных последствий в научном центре под руководством старшего научного сотрудника, кандидата технических наук Ивана Павловича Сверчкова ведется направление «Утилизация отходов и восстановление нарушенных земель».

• 

• 

Перед учеными стоит задача, во-первых, оценить, как объекты накопленного вреда влияют на окружающую среду, а, во-вторых, провести анализ химического состава отходов и определить основные токсичные компоненты, содержащиеся в них. Такой подход позволяет разработать рациональные способы утилизации отходов производства и потребления, а также установить, какое сырье или продукцию можно получить после их переработки. На фото 4 представлены отбор отходов и проведение полевых исследований.

В числе компаний-партнеров ООО «Балткотломаш» – испытательные лаборатории ООО «Сэтл Строй», производственные объекты российской горнорудной компании «Полиметалл», морской топливный терминал «Турухтанные острова» ООО «КОНТУР СПб», АО «Омский каучук» и др.

С целью получения новых эффективных подходов к обнаружению экотоксикантов и определения их качественного и количественного состава в той или иной среде в научном центре «Экосистема» успешно функционирует научное направление «Экотоксиканты в природных и техногенных средах». Такие вредные химические вещества могут присутствовать практически повсеместно: в воде, воздухе, газовых смесях, почве, донных отложениях, отходах и даже в продуктах питания. Все это является объектом исследования последнего научного направления центра.

Научным руководителем направления является доктор химических наук Владимир Глебович Поваров – автор более 100 научных трудов со стажем научно-педагогической работы 30 лет. По результатам деятельности направления получены новые составы биодизельных и экологически чистых дизельных топлив, разработана методика определения основных элементов в углях, торфах, пластмассах, осадках сточных вод по анализу спектров рассеяния первичного рентгеновского излучения, а также представлена методика определения форм серы в почвах, донных отложениях и промышленных отходах.

Исследования проводились для компаний нефтешахтное производственное предприятие Яреганефть ООО «Лукойл-Коми», научный центр ООО «Композит Трейд», нефтеналивной терминал ООО «Транснефть – Порт Приморск» и др.

• 

• 

Полученные результаты обеспечены наличием высокоточных средств измерений, различными видами испытательного и вспомогательного оборудования (фото 5). В их число входят газовый и жидкостный хроматографы, предназначенные для измерения содержания состава анализируемых проб; масс-спектрометр, позволяющий провести анализ смесей органических соединений; атомно абсорбционный спектрометр для измерения массовой концентрации элементов в водных растворах, продуктах питания, почвах и др.

Результаты научной работы центра регулярно подлежат патентованию и публикуются в статьях ВАК, Scopus, РИНЦ, представляются на всероссийских и международных научных конференциях. Только за 2021–2023 годы опубликовано 42 статьи Scopus, из которых 30 – в журналах Q1/Q2. Важным показателем также является защита кандидатских диссертаций по исследованиям научных направлений НЦ «Экосистема».

Кроме того, на базе НЦ «Экосистема» студенты экологи выполняют лабораторные работы, ведут научную деятельность под руководством опытных наставников в лице преподавателей кафедры и научных сотрудников, а также проходят летние практики. Делая первые шаги в освоении будущей профессии, обучающиеся в реальных условиях учатся использовать аналитическое оборудование для сбора и анализа проб в рамках проведения экологического мониторинга.

• 

• 

Особый интерес у студентов вызывает передвижная экологическая лаборатория, оснащенная метеостанцией, газоанализаторами, портативными комплектами для экспресс анализа состояния компонентов природной среды (фото 6). С ее помощью осуществляются выездные исследования качества атмосферного воздуха, воды, физических параметров, таких как шум и вибрация, в различных районах города.

• 

• 

• 

Деятельность научного центра ведется под руководством директора НЦ «Экосистема» кандидата технических наук Веры Анатольевны Матвеевой, заведующей моделирования экологической лабораторией обстановки, кандидата технических наук Марии Викторовны Гвоздецкой и научного руководителя НЦ «Экосистема», доктора технических наук Марии Анатольевны Пашкевич (фото 7).