Техногенные эмиссии и воздействия
В предыдущей главе рассмотрены по существу две большие категории антропогенных воздействий: а) изменение ландшафтов и целостности природных комплексов и б) изъятие природных ресурсов. Эта глава посвящена техногенному загрязнению экосферы и среды обитания человека. Техногенное загрязнение среды является наиболее очевидной и быстродействующей негативной причинной связью в системе экосферы: «экономика, производство, техника, среда». Оно обусловливает значительную часть природоемкости техносферы и приводит к деградации экологических систем, глобальным климатическим и геохимическим изменениям, к поражениям людей. На предотвращение загрязнения природы и окружающей человека среды направлены основные усилия прикладной экологии.
Рис. 6.1. Классификация техногенных загрязнений окружающей среды
Классификация техногенных воздействий, обусловленных загрязнением среды, включает такие основные категории:
1. Материально-энергетические характеристики воздействий: механические, физические (тепловые, электромагнитные, радиационные, акустические), химические, биологические факторы и агенты и их различные сочетания(рис. 6.1). В большинстве случаев в качестве таких агентов выступают эмиссии (т.е. испускания - выбросы, стоки, излучения и т.п.) различных технических источников.
2. Количественные характеристики воздействия: сила и степень опасности (интенсивность факторов и эффектов, массы, концентрации, характеристики типа «доза - эффект», токсичность, допустимость по экологическим и санитарно-гигиеническим нормам); пространственные масштабы, распространенность (локальные, региональные, глобальные).
3. Временные параметры и различия воздействий по характеру эффектов: кратковременные и длительные, стойкие и нестойкие, прямые и опосредованные, обладающие выраженными или скрытыми следовыми эффектами, обратимые и необратимые, актуальные и потенциальные; пороговость эффектов.
4. Категории объектов воздействия: различные живые реципиенты (т.е. способные воспринимать и реагировать) - люди, животные, растения; компоненты окружающей среды (среда поселений и помещений, природные ландшафты, поверхность земли, почва, водные объекты, атмосфера, околоземное пространство); изделия и сооружения.
В пределах каждой из этих категорий возможно определенное ранжирование экологической значимости факторов, характеристик и объектов. В целом по природе и масштабам актуальных воздействий наиболее существенны химические загрязнения, а самая большая потенциальная угроза связана с радиацией. Что касается объектов воздействия, то на первом месте, конечно же, стоит человек. В последнее время особую опасность представляет не только рост загрязнений, но и их суммарное влияние, часто превышающее по конечному эффекту простое суммирование последствий.
С экологической точки зрения, все продукты техносферы, не вовлекаемые в биотический круговорот, являются загрязнителями. Даже те, которые химически инертны, поскольку они занимают место и становятся балластом экотопов. Продукты производства также со временем становятся загрязнителями, представляя собой «отложенные отходы». В более узком значении, материальными загрязнителями - поллютантами (от лат. pollutio - марание) - считают отходы и продукты, которые могут оказывать более или менее специфическое негативное влияние на качество среды или непосредственно воздействовать на реципиентов. В зависимости от того, какая из сред - воздух, вода или земля - загрязняется теми или иными веществами, различают соответственно аэрополлютанты, гидрополлютанты и терраполлютанты.
Загрязнение окружающей среды относится к непреднамеренным, хотя и очевидным, легко осознаваемым экологическим нарушениям. Они выступают на первый план не только потому, что многие из них значительны, но и потому, что они трудно контролируются и чреваты непредвиденными эффектами. Некоторые из них, например, техногенная эмиссия СО 2 или тепловое загрязнение, принципиально неизбежны, пока существует топливная энергетика.
Количественная оценка глобального загрязнения. Масштабы отходов глобального антропогенного материального баланса охарактеризованы в предыдущей главе. Напомним, что общая масса отходов современного человечества и продуктов техносферы составляет почти 160 Гт/год, из которых около 10 Гт образуют массу изделий, т.е. «отложенный отход».
Таким образом, в среднем на одного жителя планеты приходится около 26 т всех антропогенных эмиссии в год. 150 Гт отходов распределяются приблизительно следующим образом: 45 Гт (30%) выбрасываются в атмосферу, 15 Гт (10%) - сливаются со стоками в водоемы, 90 Гт (60%) попадают на поверхность земли.
Указанные объемы эмиссии настолько велики, что даже малые концентрации в них токсичных примесей могут составить в совокупности огромное количество. По различным экспертным оценкам, общая масса техногенных загрязнителей, относимых к разным классам опасности, составляет от 1J5 до 1/8 Гт в год. т.е. примерно 250-300 кг на каждого жителя Земли. Это и есть минимальная оценка глобального химического загрязнения.
Химизация техносферы достигла к настоящему времени таких масштабов, которые заметно влияют на геохимический облик всей экосферы. Общая масса производимых продуктов и химически активных отходов всей химической промышленности мира (вместе с сопутствующими производствами) превысила 1,5 Гт/год. Почти все это количество может быть отнесено к загрязнителям. Но дело не только в общей массе, но и в числе, разнообразии и токсичности множества производимых веществ. В мировой химической номенклатуре значится более 10 7 химических соединений; ежегодно их число возрастает на несколько тысяч. В заметных количествах производится и предлагается на рынке более 100 тысяч веществ, в массовых масштабах производится около 5 тысяч веществ. Однако подавляющее большинство производимых и используемых веществ не оценены с точки зрения их токсичности и экологической опасности.
Источники техногенных эмиссии подразделяются на организованные и неорганизованные, стационарные и подвижные. Организованные источники оборудованы специальными устройствами для направленного вывода эмиссии (трубы, вентиляционные шахты, сбросные каналы и желоба и т.п.);
эмиссии от неорганизованных источников произвольны. Источники различаются также по геометрическим характеристикам (точечные, линейные, площадные) и по режиму работы - непрерывному, периодическому, залповому.
Процессы и технологии. Источниками преобладающей части химического и теплового загрязнения являются термохимические процессы в энергетике - сжигание топлива и связанные с ним термические и химические процессы и утечки. Главные реакции, определяющие при этом эмиссию углекислого газа, паров воды и теплоты (Q):
Уголь: С + О 2 ¾® СО 2 и
Углеводороды: С n Н m +(n + 0,25m) О 2 ¾® nСО 2 + (0,5m)Н 2 О,
где Q = 102,2 (n + 0,25m) + 44,4 (0,5 m) кДж/моль.
Попутные реакции, определяющие эмиссию других загрязнителей, связаны с содержанием в топливе различных примесей, с термоокислением азота воздуха и со вторичными реакциями, происходящими уже в окружающей среде. Все эти реакции сопровождают работу тепловых станций, промышленных печей, двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных и реактивных двигателей, процессы металлургии, обжига минерального сырья. Наибольший вклад в энергетически зависимое загрязнение среды вносят теплоэнергетика и транспорт.
Рис. 6.2. Влияние теплоэлектростанции на окружающую среду
1 - котел; 2 - труба; 3 - паровая труба; 4 - электрогенератор;
5 - электроподстанция; 6 - конденсатор; 7 - водозабор для охлаждения конденсатора; 8 - водное питание котла; 9 - линия электопередачи;
10 - потребители электроэнергии; 11 - водоем
Общая картина воздействия теплоэлектростанции (ТЭС) на окружающую среду показана на рис. 6.2. При сжигании топлива вся его масса превращается в твердые, жидкие и газообразные отходы. Данные о выбросах главных загрязнителей воздуха при работе ТЭС приведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Удельные выбросы в атмосферу при работе ТЭС мощностью 1000 МВт на разных видах топлива, г/кВт *час
Размах величин зависит от качества топлива и типа топочных агрегатов. Электростанция мощностью 1000 МВт, работающая на угле, при условии нейтрализации 80% диоксида серы ежегодно выбрасывает в атмосферу 36 млрд м 3 отходящих газов, 5000 т SO 2 , 10000 т NO x 3000 т пыледымовых частиц, 100 млн м 3 пара, 360 тыс. т золы и 5 млн м 3 сточных вод с содержанием примесей от 0,2 до 2 г/л. В среднем в топливной теплоэлектроэнергетике на 1 т условного топлива выбрасывается около 150 кг загрязнителей. Всего стационарными теплоэнергетическими источниками мира выбрасывается за год около 700 млн т загрязнителей различных классов опасности, в том числе около 400 млн т аэрополлютантов.
Число двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в мире превысило 1 миллиард. Около 670 млн из них - двигатели автомобилей. Остальное количество относится к другим видам транспорта, сельхозмашинам, военной технике, малой моторной технике и стационарным ДВС. Более 80% автопарка приходится на легковые автомобили. Из 3,3 млрд т нефти, добываемой сейчас в мире, почти 1,5 млрд т (45%) используются всеми видами транспорта, в том числе 1,2 млрд т - легковыми автомобилями.
Рассмотрим обмен веществ «среднего» легкового автомобиля с карбюраторным двигателем при расходе горючего в смешанном режиме движения 8 л (6 кг) на 100 км. При оптимальной работе двигателя сжигание 1 кг бензина сопровождается потреблением 13,5 кг воздуха и выбросом 14,5 кг отработанных веществ. Их состав отражен в табл. 6.2. Соответствующий выброс дизельного двигателя несколько меньше. Вообще в выхлопе современного автомобиля регистрируется до 200 индивидуальных веществ. Общая масса загрязнителей - в среднем около 270 г на 1 кг сжигаемого бензина – дает в пересчете на весь объем горючего, потребляемого легковыми автомобилями мира, около 340 млн т. Аналогичный расчет для всего автомобильного транспорта (плюс грузовые автомобили, автобусы) увеличит эту цифру по меньшей мере до 400 млн т. Следует также иметь в виду, что в реальной практике эксплуатации автотранспорта весьма значительны разливы и утечки горючего и масел, образование металлической, резиновой и асфальтовой пыли, вредных аэрозолей.
Таблица 6.2
Состав отработавших газов автомобиля, % по объему
Металлургические процессы основаны на восстановлении металлов из руд, где они содержатся преимущественно в виде окислов или сульфидов, с помощью термических и электролитических реакций. Наиболее характерные суммарные (упрощенные) реакции:
(железо) Fe 2 O 3 + 3С + O 2 . ¾®2Fe + СО + 2СО 2 ;
(медь) Cu 2 S + О 2 ¾® 2Cu + SO 2 ;
(алюминий, электролиз) Аl 2 O 3 + 2O ¾® 2А1 + СО + СО 2 .
Технологическая цепь в черной металлургии включает производство окатышей и агломератов, коксохимическое, доменное, сталеплавильное, прокатное, ферросплавное, литейное производства и другие вспомогательные технологии. Все металлургические переделы сопровождаются интенсивным загрязнением среды (табл. 6.3). В коксохимическом производстве дополнительно выделяются ароматические углеводороды, фенолы, аммиак, цианиды и целый ряд других веществ. Черная металлургия потребляет большое количество воды. Хотя промышленные нужды на 80 - 90% удовлетворяются за счет систем оборотного водоснабжения, забор свежей воды и сброс загрязненных стоков достигают очень больших объемов, соответственно порядка 25 - 30 м 3 и 10 - 15 м 3 на 1 т продукции полного цикла. Со стоками в водные объекты поступают значительные количества взвешенных веществ, сульфатов, хлоридов, соединений тяжелых металлов.
Таблица 6.3
Газовые выбросы (до очистки) основных переделов черной металлургии (без коксохимического производства), в кг/т соответствующего продукта
* кг/м поверхности металла
Цветная металлургия, несмотря на относительно меньшие материальные потоки производства, не уступает черной металлургии по совокупной токсичности эмиссии. Кроме большого количества твердых и жидких отходов, содержащих такие опасные загрязнители, как свинец, ртуть, ванадий, медь, хром, кадмий, таллий и др., выбрасывается и много аэрополлютантов. При металлургической переработке сульфидных руд и концентратов образуется большая масса диоксида серы. Так, около 95% всех вредных газовых выбросов Норильского горно-металлургического комбината приходится на SO 2 , а степень его утилизации на превышает 8%.
Технологии химической промышленности со всеми ее отраслями (базовая неорганическая химия, нефтегазохимия, лесохимия, оргсинтез, фармакологическая химия, микробиологическая промышленность и др.) содержат множество существенно незамкнутых материальных циклов. Основными источниками вредных эмиссии являются процессы производства неорганических кислот и щелочей, синтетического каучука, минеральных удобрений, ядохимикатов, пластмасс, красителей, растворителей, моющих средств, крекинг нефти. Список твердых, жидких и газообразных отходов химической промышленности огромен и по массе загрязнителей, и по их токсичности. В химическом комплексе РФ ежегодно образуется более 10 млн т вредных промышленных отходов.
Различные технологии в обрабатывающих отраслях промышленности, в первую очередь в машиностроении, включают большое число разнообразных термических, химических и механических процессов (литейное, кузнечно-прессовое, механообрабатывающее производства, сварка и резка металлов, сборка, гальваническая, лакокрасочная обработка и др.). Они дают большой объем вредных эмиссии, загрязняющих среду. Заметный вклад в общее загрязнение среды вносят также различные процессы, сопровождающие добычу и обогащение минерального сырья и строительство. Вклад различных отраслей промышленного производства в загрязнение среды отражен на рис. 6.3.
Сельское хозяйство и быт людей по собственным отходам - остаткам и продуктам жизнедеятельности растений, животных и человека - по существу не являются источниками загрязнения среды, так как эти продукты могут включаться в биотический круговорот. Но, во-первых, для современных агротехнологий и коммунального хозяйства характерен концентрированный сброс большей части отходов, что приводит к значительным локальным превышениям допустимых концентраций органики и таким явлениям, как эвтрофикация и заражение водоемов. Во-вторых, что еще серьезнее, сельское хозяйство и быт людей являются посредниками и участниками рассредоточения и распространения значительной части промышленных загрязнений в виде распределенных потоков эмиссии, остатков нефтепродуктов, удобрений, ядохимикатов и различных употребленных изделий, мусора - от туалетной бумаги до заброшенных ферм и городов.
Между всеми средами существует постоянный обмен частью загрязнителей: тяжелая часть аэрозолей, газодымовых и пылевых примесей из атмосферы выпадает на земную поверхность и в водоемы, часть твердых отходов с поверхности земли смывается в водоемы или рассеивается воздушными потоками. Загрязнение среды влияет на человека прямо или через биологическое звено (рис. 6.4). В техногенных потоках поллютантов ключевое место занимают транспортирующие среды - воздух и вода.
Рис. 6.3. Относительный вклад отраслей промышленности РФ в загрязнение среды, % (1996 г.)
А - выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;
Б - сбросы загрязненных сточных вод
Рис. 6.4. Схема влияний загрязнения среды
Загрязнение атмосферы
Состав, количество и опасность аэрополлютантов. Из 52 Гт глобальных антропогенных выбросов в атмосферу более 90% приходится на углекислый газ и пары воды, которые обычно не относят к загрязнителям (об особой роли выбросов СО 2 говорится ниже). Техногенные выбросы в воздушную среду насчитывают десятки тысяч индивидуальных веществ. Однако наиболее распространенные, «многотоннажные» загрязнители сравнительно немногочисленны. Это различные твердые частицы (пыль, дым, сажа), окись углерода (СО), диоксид серы (SO 2), окислы азота (NO и NO 2), различные летучие углеводороды (СН x), соединения фосфора, сероводород (H 2 S), аммиак (NН 3), хлор (С1), фтористый водород (HF). Количества первых пяти групп веществ из этого перечня, измеряемые десятками миллионов тонн и выбрасываемые в воздушную среду всего мира и России, представлены в табл. 6.4. Вместе с другими веществами, не указанными в таблице, общая масса выбросов от всех организованных источников, эмиссии которых можно измерить, составляет около 800 млн т. В эти количества не входят загрязнения воздуха при ветровой эрозии, лесных пожарах и вулканических извержениях. Сюда не входит также та часть вредных веществ, которая улавливается с помощью различных средств очистки отходящих газов.
Наибольшая загрязненность атмосферы приурочена к индустриальным регионам. Около 90% выбросов приходятся на 10% территории суши и сосредоточены в основном в Северной Америке, Европе и Восточной Азии. Особенно сильно загрязняется воздушный бассейн крупных промышленных городов, где техногенные потоки тепла и аэрополлютантов, особенно при неблагоприятных метеоусловиях (высоком атмосферном давлении и термоинверсиях), часто создают пылевые купола и явления слога - токсичных смесей тумана, дыма, углеводородов и вредных окислов. Такие ситуации сопровождаются сильными превышениями ПДК многих аэрополлютантов.
Таблица 6.4
Выбросы в атмосферу пяти главных загрязнителей в мире и в России (млн т)
По данным государственного учета, суммарные выбросы загрязняющих веществ на территории РФ за 1991-1996 гг. уменьшились на 36,3 %, что является следствием падения производства. Но темп снижения выбросов меньше темпа спада производства, а в расчете на единицу ВНП выбросы в атмосферу сохраняются на одном уровне.
Более 200 городов России, население которых составляет 65 млн человек, испытывают постоянные превышения ПДК токсичных веществ. Жители 70 городов систематически сталкиваются с превышениями ПДК в 10 и более раз. Среди них такие города, как Москва, Санкт-Петербург, Самара, Екатеринбург, Челябинск, Новосибирск, Омск, Кемерово, Хабаровск. В перечисленных городах основной вклад в общий объем выбросов вредных веществ приходится на долю автотранспорта, например, в Москве он составляет - 88%, в Санкт-Петербурге - 71 %. По валовым выбросам загрязняющих веществ в атмосферу лидирует Уральский экономический район. Наряду с этим Россия в целом не является основным поставщиком вредных выбросов в атмосферу, поскольку поток аэрополлютантов в расчете на одного жителя и на единицу площади страны значительно ниже, чем в США и странах Западной Европы. Зато они заметно выше в расчете на единицу ВНП. Это свидетельствует о высокой ресурсоемкости производства, устаревших технологиях и недостаточном применении средств очистки выбросов. Из 25 тысяч российских предприятий, загрязняющих атмосферу, лишь 38% оборудованы пылегазоочистными установками, из которых 20% не работают или работают неэффективно. Это одна из причин повышенных эмиссии некоторых малых по массе, но токсичных загрязнителей - углеводородов и тяжелых металлов.
Россия занимает невыгодное географическое положение по отношению к трансграничному переносу аэрополлютантов. В связи с преобладанием западных ветров значительную долю загрязнения воздушного бассейна Европейской территории России (ЕТР) дает аэрогенный перенос из стран Западной и Центральной Европы и ближнего зарубежья. Около 50% заграничных соединений серы и окислов азота на ЕТР поставляют Украина, Польша, ФРГ и другие страны Европы.
Для интегральной оценки состояния воздушного бассейна применяют индекс суммарного загрязнения атмосферы:
(6.1)
где q i - средняя за год концентрация в воздухе i-ro вещества;
A i - коэффициент опасности i-ro вещества, обратный ПДК этого вещества: A i = 1/ПДК i ;
С i - коэффициент, зависящий от класса опасности вещества: С i равно 1,5; 1,3; 1,0 и 0,85 соответственно для 1, 2, 3 и 4-го классов опасности (краткие сведения о ПДК и классах опасности основных загрязнителей воздуха даны в приложении ПЗ).
I m является упрощенным показателем и рассчитывается обычно для т = 5 - наиболее значимых концентраций веществ, определяющих суммарное загрязнение воздуха. В эту пятерку чаще других попадают такие вещества, как бензопирен, формальдегид, фенол, аммиак, диоксид азота, сероуглерод, пыль. Индекс I m изменяется от долей единицы до 15-20 - чрезвычайно опасных уровней загрязнения. В 1996 г. в список городов с наибольшим уровнем загрязнений атмосферы (I m > 14) вошли 44 города России.
Земная атмосфера обладает способностью самоочищения от загрязняющих веществ, благодаря происходящим в ней физико-химическим и биологическим процессам. Однако мощность техногенных источников загрязнения возросла настолько, что в нижнем слое тропосферы наряду с локальным повышением концентрации некоторых газов и аэрозолей, происходят глобальные изменения. Человек вторгается в сбалансированный биотой круговорот веществ, резко увеличив выброс вредных веществ в атмосферу, но не обеспечив их вывод. Концентрация ряда антропогенных веществ в атмосфере (углекислый газ, метан, оксиды азота и др.) быстро растет. Это свидетельствует о том, что ассимиляционный потенциал биоты близок к исчерпанию.
Техногенные окислы серы и азота в атмосфере. Кислотные осадки. По ряду показателей, в первую очередь по массе и распространенности вредных эффектов, атмосферным загрязнителем номер один считают диоксид серы. Он образуется при окислении серы, содержащейся в топливе или в составе сульфидных руд. В связи с увеличением мощности высокотемпературных процессов, переводом многих ТЭС на газ и ростом парка автомобилей растут выбросы окислов азота, образующихся при окислении атмосферного азота. Поступление в атмосферу больших количеств SO 2 и окислов азота приводит к заметному снижению рН атмосферных осадков. Это происходит из-за вторичных реакций в атмосфере, приводящих к образованию сильных кислот - серной и азотной. В этих реакциях участвуют кислород и пары воды, а также частицы техногенной пыли в качестве катализаторов:
2SO 2 + О 2 + 2Н 2 О ¾® 2H 2 SO 4 ;
4NO 2 + 2Н 2 O + О 2 ¾®4HNO 3 .
В атмосфере оказывается и ряд промежуточных продуктов указанных реакций. Растворение кислот в атмосферной влаге приводит к выпадению «кислотных дождей». Показатель рН осадков в ряде случаев снижается на 2 - 2,5 единицы, т.е. вместо нормальных 5,6 - 5,7 до 3,2 - 3,7. Следует напомнить, что рН - это отрицательный логарифм концентрации водородных ионов, и, следовательно, вода с рН = 3,7 в сто раз «кислее» воды с рН = 5,7. В промышленных районах и в зонах атмосферного заноса окислов серы и азота рН дождевой воды колеблется от 3 до 5. Кислотные осадки особенно опасны в районах с кислыми почвами и низкой буферностью природных вод. В Америке и Евразии это обширные территории севернее 55° с.ш. Техногенная кислота, помимо прямого негативного действия на растения, животных и микрофлору увеличивает подвижность и вымывание почвенных катионов, вытесняет из карбонатов и органики почвы углекислый газ, закисляет воду рек и озер. Это приводит к неблагоприятным изменениям в водных экосистемах. Природные комплексы Южной Канады и Северной Европы уже давно ощущают действие кислых осадков.
На больших пространствах наблюдается деградация хвойных лесов, беднеет фауна водоемов. В 70-х годах в реках и озерах Шотландии и Скандинавии начали гибнуть лосось и форель. Сходные явления происходят и в России, особенно на Северо-Западе, на Урале и в районе Норильска, где громадные площади тайги и лесотундры стали почти безжизненными из-за сернистых выбросов Норильского комбината.
Нарушение озонового слоя. В 70-х годах появились сообщения о региональных снижениях содержания озона в стратосфере. Особенно заметной стала сезонно пульсирующая озоновая дыра над Антарктидой площадью более 10 млн км 2 , где содержание О 2 за 80-е годы уменьшилось почти на 50%. Позднее «блуждающие озоновые дыры», правда, меньшие по размеру и не с таким значительным снижением, стали наблюдаться в зимнее время и в Северном полушарии, в зонах стойких антициклонов - над Гренландией, Северной Канадой и Якутией. Средняя скорость глобального уменьшения за период с 1980 по 1995 г. оценена в 0,5-0,7% в год.
Поскольку ослабление озонового экрана чрезвычайно опасно для всей наземной биоты и для здоровья людей, эти данные привлекли пристальное внимание ученых, а затем и всего общества. Был высказан ряд гипотез о причинах нарушения озонового слоя. Большинство специалистов склоняется к мнению о техногенном происхождении озоновых дыр. Наиболее обосновано представление, согласно которому главной причиной является попадание в верхние слои атмосферы техногенного хлора и фтора, а также других атомов и радикалов, способных чрезвычайно активно присоединять атомарный кислород, тем самым конкурируя с реакцией
О + О 2 ¾® О 3 .
Рис. 6.5. Мировое производство хлорфторуглеродов
Занос активных галогенов в верхние слои атмосферы опосредован летучими хлорфторуглеродами (ХФУ) типа фреонов (смешанные фторохлориды метана и этана, например, фреон-12 - дихлордифторметан, CF 2 CI 2), которые, будучи в обычных условиях инертными и нетоксичными, под действием коротковолновых ультрафиолетовых лучей в стратосфере распадаются. Вырвавшись «на свободу», каждый атом хлора способен разрушить или помешать образованию множества молекул озона. Хлорфторуглероды обладают рядом полезных свойств, обусловивших широкое их применение в холодильных установках, кондиционерах, аэрозольных баллончиках, огнетушителях и т.д. С 1950 г. объем мирового производства
Рис. 6.6. Данные по глобальному потеплению:
А - отклонения от среднего значения температуры приземного воздуха в XX веке и прогноз,
Б - глобальная тенденция средней температуры во второй половине столетия
ХФУ ежегодно возрастал на 7 - 10 % (рис. 6.5) и в 80-х годах составил около 1 млн т. В последующем были приняты международные соглашения, обязывающие стран-участниц сократить использование ХФУ. США еще в 1978 г. ввели запрет на использование ХФУ-аэрозолей. Но расширение других областей применения ХФУ снова привело к росту их мирового производства. Переход промышленности к новым озоносберегающим технологиям связан с большими финансовыми затратами. В последние десятилетия появились и другие, чисто технические пути заноса активных разрушителей озона в стратосферу: ядерные взрывы в атмосфере, выбросы сверхзвуковых самолетов, запуски ракет и космических кораблей многоразового использования. Не исключено, однако, что часть наблюдаемого ослабления озонового экрана Земли связана не с техногенными выбросами, а с вековыми колебаниями аэрохимических свойств атмосферы и независимыми изменениями климата.
Парниковый эффект и изменения климата. Техногенное загрязнение атмосферы в определенной степени связано с изменениями климата. Речь идет не только о вполне очевидной зависимости мезоклимата промышленных центров и их окрестностей от теплового, пылевого и химического загрязнения воздуха, но и о глобальном климате.
С конца XIX в. по настоящее время наблюдается тенденция повышения средней температуры атмосферы (рис. 6.6); за последние 50 лет она повысилась приблизительно на 0,7°С. Это отнюдь не мало, если учесть, что при этом валовое увеличение внутренней энергии атмосферы очень велико - порядка 3000 ЭДж. Оно не связано с увеличением солнечной постоянной и зависит только от свойств самой атмосферы. Главным фактором является уменьшение спектральной прозрачности атмосферы для длинноволнового обратного излучения от поверхности земли, т.е. усиление парникового эффекта. Парниковый эффект создается увеличением концентрации ряда газов – СО 2 , СО, СН 4 , NO x , ХФУ и др., названных парниковыми газами. По данным, обобщенным в последнее время Международной группой экспертов по проблеме изменения климата (МГЭИК), существует довольно высокая положительная корреляция между концентрацией парниковых газов и отклонениями глобальной температуры атмосферы. В настоящее время значительная часть эмиссии парниковых газов имеет техногенное происхождение. Динамика их средних концентраций за последние 200 лет отражена на рис. 6.7.
Тенденции глобального потепления придается очень большое значение. Вопрос о том, произойдет оно или нет, уже не стоит. По оценкам экспертов Всемирной метеорологической службы, при существующем уровне выбросов парниковых газов средняя глобальная температура в следующем столетии будет повышаться со скоростью 0,25°С за 10 лет. Ее рост к концу XXI в., по разным сценариям, (в зависимости от принятия тех или иных мер) может составить от 1,5 до 4°С. В северных и средних широтах потепление скажется сильнее, чем на экваторе. Казалось бы, такое повышение температуры не должно вызывать особого беспокойства. Более того, возможное потепление в странах с холодным климатом, как, например, Россия, представляется чуть ли не желанным. На самом деле последствия изменения климата могут иметь катастрофический характер. Глобальное потепление вызовет существенное перераспределение осадков на планете. Уровень Мирового океана за счет таяния льдов может повыситься к 2050 г. на 30 - 40 см, а к концу столетия - от 60 до 100 см. Это создаст угрозу затопления значительных прибрежных территорий.
Рис. 6.7. Изменения концентрации парниковых газов с начала промышленной революции по настоящее время
CFC-11 - фреоны, хлорфторуглероды
Для территории России общая тенденция изменения климата характеризуется слабым потеплением, среднегодовая температура воздуха с 1891 по 1994 гг. повысилась на 0,56°С. За период инструментальных наблюдений самыми теплыми были последние 15 лет, а максимально теплым оказался 1999 г. В последние три десятилетия заметна также тенденция к уменьшению осадков. Одним из тревожных для России последствий изменения климата может стать деструкция мерзлых грунтов. Повышение температуры в зоне вечной мерзлоты на 2-3° приведет к изменению несущих свойств грунтов, что поставит под угрозу различные сооружения и коммуникации. Кроме того, содержащиеся в вечной мерзлоте запасы СО 2 и метана из оттаявших грунтов начнут поступать в атмосферу, усугубляя парниковый эффект.
Наряду с подобными прогнозами существуют и определенные сомнения во всецело техногенной обусловленности климатических изменений. Они основаны, в частности, на том, что изменение глобальной температуры в промышленную эпоху все же не выходит за пределы диапазона естественных вековых колебаний температуры в прошлом, тогда как эмиссия парниковых газов намного превзошла естественные изменения.
Введение…………………………………………………………………………3
Загрязнение водного бассейна и контроль за состоянием гидросферы……5
Загрязнение окружающей среды………………………………………...5
Последствия загрязнения………………………………………………...9
Этапы очистки…………………………………………………………...11
Заключение……………………………………………………………………..16
Список литературы…………………………………………………………….17
Введение
Гидросфера - водная оболочка Земли, представляющая совокупность всех типов водоемов, включая подземные воды. Вода - единственная природная жидкость, имеющаяся на поверхности Земли в большом количестве 1386 млн. км 3 , причем она находится не только в гидросфере, но частично и в атмосфере (0,001%) и литосфере (1,72%).
Жизнь на Земле в основном обязана пресной воде (2,5% от общего количества воды). Роль воды во всех жизненных процессах является определяющей. Растения содержат 90 массовых % воды. Человеческое тело на 2/3 состоит из воды, благодаря которой идет «транспорт» всех веществ в организме человека. Для жизни человека опасна потеря 15% запаса воды, имеющегося в организм Кровь на 80% состоит из воды. Основная причина естественной смерти человека - обезвоживание организма.
Все потери воды в организме человека возмещаются с питьем и пищей, за год человек потребляет около 1 т воды; подавляющая часть запасов пресной воды труднодоступна, 80% ее заключено в ледниковых покровах или находится на различной глубине земной коры (до 200 м). Наиболее ценная часть водных ресурсов (водообновленных) заключена в реках, являющихся источниками водоснабжения населения и промышленности, источниками энергии, базой рыболовства. Солнечная энергия приводит воду в постоянный круговорот, благодаря чему вода в реках обменивается за 10-12 суток.
Однако антропогенный фактор вносит свои «поправки» как в режимы обновления воды, так и в постоянное изменение качества воды. Эти «поправки» сводятся к транспортированию отходов, когда большая часть использованной речной воды возвращается в виде сточных вод.
Загрязнение атмосферы, принявшее крупномасштабный характер, нанесло ущерб рекам, озерам, водохранилищам, почвам. Загрязняющие вещества и продукты их превращений рано или поздно из атмосферы попадают на поверхность Земли. Эта и без того большая беда значительно усугубляется тем, что и в водоемы, и на землю непосредственно идет поток отходов. Огромные площади сельскохозяйственных угодий подвергаются действию различных пестицидов и удобрений, растут территории свалок. Промышленные предприятия сбрасывают сточные воды прямо в реки. Стоки с полей также поступают в реки и озера. Загрязняются и подземные воды -важнейший резервуар пресных вод. Загрязнение пресных вод и земель бумерангом вновь возвращается к человеку в продуктах питания и питьевой воде.
Загрязнение водного бассейна и контроль за состоянием гидросферы
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОД - экологическоепреступление, предусмотренное ст. 250 УК РФ. Объективную сторону составляют загрязнение, засорение, истощение поверхностных или подземных вод, источников питьевого водоснабжения либо иное изменение их природных свойств, если это повлекло существеннывред животному или растительному миру, рыбным запасам, лесному или сельскому хозяйству. В зависимости от тяжести последствий и других обстоятельств может рассматриваться как административное правонарушение.
Несколько предприятий "Норильского никеля" нарушают водное законодательство, выбрасывая в воду вредные вещества. К такому выводу пришли специалисты Росприроднадзора по итогам проверки Заполярного филиала компании. В частности, было обнаружено, что в воду выливаются отходы производства с повышенным содержанием железа, никеля, нефтепродуктов, свинца, меди, хлоридов, нитратов, кальция, магния, фосфатов и цинка.
1. Загрязнение окружающей среды
Привнесение новых, не характерных для нее физических, химических и биологических агентов или превышение их естественного уровня.
Любое химическое загрязнение это появление химического вещества в непредназначенном для него месте. Загрязнения, возникающие в процессе деятельности человека, являются главным фактором его вредного воздействия на природную среду. Химические загрязнители могут вызывать острые отравления, хронические болезни, а также оказывать канцерогенное и мутагенное действие. Например, тяжелые металлы способны накапливаться в растительных и животных тканях, оказывая токсическое действие. Источниками загрязнения окружающей среды являются и побочные продукты целлюлозно-бумажной промышленности, отходы металлургической промышленности, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Эти вещества очень токсичны для человека и животных даже при низких концентрациях и вызывают поражение печени, почек, иммунной системы.
Наряду с загрязнением окружающей среды новыми для нее синтетическими веществами, большой ущерб природе и здоровью людей может нанести вмешательство в природные круговороты веществ за счет активной производственной и сельскохозяйственной деятельности, а также образования бытовых отходов.
Перестает быть водой и морская
вода: множество побережий омывается
жидкостью с совсем иным химическим
составом, нежели тот, который имела
морская вода несколько десятилетий
назад. Симптомы деградации флоры и фауны
Мирового океана замечены исследователями
на большой глубине даже вдали от
побережий. А ведь Мировой океан - колыбель
жизни и “фабрика погоды” на всей Земле.
Если и дальше продолжать загрязнять
его, то это скоро приведет невозможности
существования жизни на нашей планете.
Вода - необходимое условие жизни на
Земле. Загрязнение водоёмов различными
отходами затрудняет процессы самоочищения,
что наряду с нехваткой пресной воды
создают угрозу здоровью людей.
Загрязнение воды может оказывать вредное
воздействие на здоровье людей двумя
путями:
Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запахов, вкуса), увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода воздуха, появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей. Россия обладает одним из самых высоких водных потенциалов в мире - на каждого жителя России приходится свыше 30000 м3/год воды. Однако в настоящее время из-за загрязнения или засорения около 70% рек и озер России утратили свои качества как источника питьевого водоснабжения, в результате около половины населения потребляет загрязненную недоброкачественную воду.
Природные водоёмы не являются естественной средой обитания болезнетворных микроорганизмов. В отличие от них бытовые сточные воды всегда содержат различные микроорганизмы, часть которых может быть болезнетворными. О потенциальной опасности распространения с водой кишечных инфекций судят по присутствию в ней так называемых индикаторных микроорганизмов, прежде всего кишечной палочки коли. По гигиеническим нормативам в питьевой воде допускается присутствие в 1 л не более 3 кишечных палочек Доказано, что после обеззараживании воды хлором, ультрафиолетовыми лучами, озоном или гамма-излучением при содержании в ней кишечной палочки порядка трёх в литре вода уже не содержит жизнеспособных микробных возбудителей брюшного тифа, дизентерии и других. Однако устойчивость болезнетворных вирусов выше, чем кишечной палочки. Полную уверенность в обеззараживании питьевой воды в настоящее время может дать только её кипячение.
В водах, содержащих фекальные массы, растительные или животные остатки, поступающие с предприятий пищевой промышленности, бумажные волокна и остатки целлюлозы от предприятий целлюлозно-бумажной промышленности, процессы разложения протекают практически одинаково. Поскольку аэробные бактерии используют кислород, первым результатом распада органических остатков является уменьшение содержания кислорода, растворенного в принимающих стоки водах. Оно изменяется в зависимости от температуры, а также в некоторой степени – от солености и давления. Пресная вода при 20° C и интенсивной аэрации в одном литре содержит 9,2 мг растворенного кислорода. С повышением температуры воды этот показатель уменьшается, а при ее охлаждении – увеличивается.
В мелких водотоках с быстрым
течением, где вода интенсивно
перемешивается, поступающий из атмосферы
кислород компенсирует истощение его
запасов, растворенных в воде. Одновременно
углекислый газ, образующийся при
разложении содержащихся в сточных водах
веществ, улетучивается в атмосферу.
Таким образом сокращается срок
неблагоприятного воздействия процессов
разложения органики. И наоборот, в
водоемах со слабым течением, где воды
перемешиваются медленно и изолированы
от атмосферы, неизбежное уменьшение
содержания кислорода и рост концентрации
углекислого газа влекут за собой
серьезные изменения. Когда содержание
кислорода уменьшается до определенного
уровня, происходит замор рыбы и начинают
погибать другие живые организмы, что,
в свою очередь, приводит к увеличению
объема разлагающейся органики.
Большая часть рыб гибнет из-за отравления
промышленными и сельскохозяйственными
стоками, но многие – и от недостатка в
воде кислорода. Рыбы, как и все живые
существа, поглощают кислород и выделяют
углекислый газ. Если кислорода в воде
мало, но высока концентрация углекислого
газа, интенсивность их дыхания снижается
(известно, что вода при высоком содержании
угольной кислоты, т.е. растворенного в
ней углекислого газа, становится кислой).
2. Последствия загрязнения гидросферы .
Загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для всех живых организмов и, в частности, для человека. Установлено, что под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается падение их устойчивости вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других крайне неблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста гидробионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели. Наиболее изучен процесс эвтрофирования водоемов.
Эвтрофизация
–
обогащение водоема биогенами, стимулирующее
рост фитопланктона. От этого вода
мутнеет, гибнут растения, сокращается
концентрация растворенного кислорода,
задыхаются обитающие на глубине рыбы
и моллюски. Этот естественный процесс,
характерный для всего геологического
прошлого планеты, обычно протекает
очень медленно и постепенно, однако в
последние десятилетия, в связи с возросшим
антропогенным воздействием, скорость
его развития резко увеличилась.
Ускоренная, или так называемая
антропогенная эвтрофизация связана с
поступлением в водоемы значительного
количества биогенных веществ - азота,
фосфора и других элементов в виде
удобрений, моющих веществ, отходов
животноводства, атмосферных аэрозолей
и т. д.
Разрушение
Балтийского моря происходит в результате
процесса эвтрофизации (обогащения
водоема биогенами, стимулирующими рост
фитопланктона). Эта форма загрязнения
характерна для водных пространств, в
которых вода обновляется медленно.
Таким является и практически закрытое
Балтийское море. Эвтрофизация возникает
тогда, когда море получает слишком много
питательных веществ. Эти вещества, в
данном случае фосфор и азот, присутствующие
в природе, также имеются в удобрениях
и продуктах бытовой химии. Водоросли
усваивают их и начинают стремительно
размножаться. Одно из последствий этого
"взрывного" размножения, все чаще
наблюдаемого в летние месяцы, - исчезновение
кислорода из глубинных вод. Балтийское
море имеет печальную репутацию самого
загрязненного моря на планете. Судоходство
здесь самое интенсивное в мире, и
некоторые породы рыбы, которые здесь
вылавливают, в частности сельдь и семга,
запрещены к экспорту в страны Европейского
союза. Процессы антропогенной
эвтрофизации так же охватывают многие
крупные озера мира - Великие Американские
озера, Балатон, Ладожское, Женевское и
др., а также водохранилища и речные
экосистемы, в первую очередь малые реки.
Помимо избытка биогенных веществ на пресноводные экосистемы губительное воздействие оказывают и другие загрязняющие вещества: тяжелые металлы (свинец, кадмий, никель и др.), фенолы, СПАВ и др. Так, например, водные организмы Байкала, приспособившиеся в процессе длительной эволюции к естественному набору химических соединений притоков озера, оказались неспособными к переработке чуждых природным водам химических соединений (нефтепродуктов, тяжелых металлов, солей).
Скорости поступления загрязняющих веществ в Мировой океан в последнее время резко возросли. Ежегодно в океан сбрасывается до 300 млрд. м3 сточных вод, 90% которых не подвергается предварительной очистке.
Все более острый характер приобретают проблемы эвтрофирования и микробиологического загрязнения прибрежных зон океана. В связи с этим важное значение имеет определение допустимого антропогенного давления на морские экосистемы, изучение их ассимиляционной емкости как интегральной характеристики способности биогеоценоза к динамическому накоплению и удалению загрязняющих веществ.
Серьезнейшая экологическая проблема - восстановление водности и чистоты малых рек (т. е. рек длиной не более 100 км), наиболее уязвимого звена в речных экосистемах. Именно они оказались наиболее восприимчивыми к антропогенному воздействию. Непродуманное хозяйственное использование водных ресурсов и прилегающих земельных угодий вызвало их истощение (а нередко и исчезновение), обмеление и загрязнение. В настоящее время состояние малых рек и озер, особенно в европейской части России, в результате резко возросшей антропогенной нагрузки на них, катастрофическое. Сток малых рек снизился более чем наполовину, качество воды неудовлетворительное. Многие из них полностью прекратили свое существование.
Этапы очистки.
Санитарная канализационной системы объединяет все сточные трубы от расположенных в зданиях раковин, ванн и т.д., как ствол дерева объединяет все его ветви. Из основания этого «ствола» вытекает смесь всего, что попало в систему, - исходные сточные воды . Так как мы используем огромный объем воды для удаления мизерных количеств отходов или просто льем ее без особой нужды, в первичных стоках на каждую часть отходов приходится примерно 1000 частей воды, т.е. в них 99,9% воды и 0,1% отходов. С добавлением ливневых вод разбавление еще более увеличивается. Но отходы или загрязнители первичных стоков имеют огромное значение. Их подразделяют на три категории.
Мусор и песок. Мусор – это тряпки, пластиковые пакеты и прочие предметы, попадающие в систему из туалетов или через ливнестоки, если те еще не отделены. К песку условно относят и гравий; их приносят в основном ливнестоки.
Органическое вещество, или коллоиды. Это как живые организмы, так и неживая органика экскрементов, пищевых отходов и волокон тканей и бумаги. Термин коллоиды означает, что этот материал не оседает, а обычно остается взвешенным в воде.
Растворенные вещества. Это в основном биогены, такие как соединения азота, фосфора и калия из продуктов жизнедеятельности, обогащенные фосфатами из детергентов.
Чтобы очистка была полной, водоочистные сооружения должны устранить все названные категории загрязнителей. Мусор и песок удаляются на этапе предочистки .
Сочетание первичной и вторичной очистки позволяет избавиться от коллоидного материала. Растворенные биогены устраняются при помощи доочистки .
Необходимо также иметь в виду, что обработка стоков в каждом конкретном случае не обязательно должна включать в себя все четыре этапа. Чаще всего они дополняют друг друга в зависимости от обстоятельств. Следовательно, в некоторых местах в водоемы все еще сбрасывают просто исходные стоки, в других - осуществляют только первичную их очистку, кое-где проводят вторичную, и лишь немного городов осуществляет доочистку водостоков.
Предочистка. От мусора избавляются, пропуская исходные стоки через стержневую решетку , т.е. ряда стержней, расположенных на расстоянии около 2,5 см. друг от друга. Затем мусор механически собирают с решетки и отправляют в специальную печь для сжигания. Очищенная от мусора вода попадает в емкость, напоминающую плавательный бассейн, где движение воды замедляется настолько, что песок оседает; затем он механически извлекается оттуда и вывозится на свалку.
Первичная очистка. После предочистки вода проходит первичную очистку – медленно пропускается через крупные баки, называемые первичными отстойниками . Здесь она в течение нескольких часов остается почти неподвижной. Это позволяет самым тяжелым частицам органического вещества, составляющим 30-50% его общего количества, осесть на дно, откуда их собирают. В то же самое время жирные и маслянистые вещества всплывают к поверхности, и их снимают как сливки. Весь этот материал называется ил-сырец . Вода, покидающая первичные отстойники, все еще содержит 50-70% не осевших органических коллоидов и почти все растворенные биогены. Вторичная очистка предусматривает устранение оставшегося органического вещества, но не растворенных питательных элементов.
Вторичная очистка. Эту очистку называют также биологической , так как в ней участвуют живые естественные редуценты и детритофаги, потребляющие органическое вещество и в процессе дыхания превращающие его в воду и углекислый газ. Обычно применяются два типа систем: капельные биофильтры и активный ил. В системах с капельным биофильтром вода разбрызгивается и стекает струйками по слою камней величиной с кулак, толщина которого 2-3 м. Организмы, случайно смытые с биофильтров, позднее устраняются из воды, когда она попадает во вторичные отстойники-емкости, аналогичные первичным отстойникам. С отстоявшимся в них материалом поступают, как и с илом-сырцом. Пройдя первичную очистку и капельные биофильтры, сточные воды теряют 85-90% органического вещества. Все более широкое распространение получает еще один метод вторичной очистки – система активного ила. В этом случае вода после первичной очистки поступает в резервуар, где могли бы разместиться несколько припаркованных друг за другом трейлеров. Смесь детритофагов, называемая активным илом, добавляется в воду, когда та поступает в резервуар. По мере движения создается богатая кислородом среда, идеальная для развития этих организмов. В ходе их питания количество органического вещества, включая патогенные микроорганизмы, уменьшается. Покидая аэрационный резервуар, вода содержит множество детритофагов, поэтому ее направляют во вторичные отстойники. Так как организмы обычно собираются в кусочках детрита, осадить их относительно несложно; осадок представляет собой тот же самый активный ил , который снова закачивают в аэрационный резервуар. Вода очищается от органического вещества на 90-95%. До двух последних десятилетий не ощущалось острой необходимости осуществлять дополнительную очистку воды уже после вторичной. Воду после нее просто дезинфицировали хлоркой и сбрасывали в естественные водоемы. Такая ситуация преобладает и сейчас. Однако по мере обострения проблемы эвтрофизации все больше городов вводят еще один этап - доочистку , устраняющую биогены.
Доочистка. После вторичной очистки вода поступает на доочистку, устраняющую один или более биогенов. Для этого существует множество способов. На 100% воду можно очистить дистилляцией или микрофильтрованием. Очистка такого количества воды названными методами слишком расточительна, поэтому в настоящее время разрабатываются и внедряются более доступные способы. Например, фосфаты можно устранить, добавив в воду известь (ионы кальция). Кальций вступает в химическую реакцию с фосфатом, образуя при этом нерастворимый фосфат кальция, который можно удалить фильтрованием. Если избыток фосфата – основная причина эвтрофизации, этого уже достаточно. При соответствующей доочистке можно добиться того, что в конечном итоге получится вода, пригодная для питья.
Дезинфекция. Какой бы тщательной очистке не подвергались сточные воды, обычно их все равно дезинфицируют хлорированием перед сбросом в естественные водоемы, чтобы уничтожить патогенные организмы, которые могли выжить. Использование для этого газообразного хлора (Cl2) влечет за собой определенные экологические проблемы, требующие обсуждения. Существуют более безопасные дезинфицирующие средства, например озон (O3). Он чрезвычайно губителен для микроорганизмов и, воздействуя на них, распадается на газообразный кислород, что улучшает качество воды. Однако озон не только токсичен, но и взрывоопасен. Предлагается также воздействовать на воду ультрафиолетовым или другим излучением, убивающим микроорганизмы, но не оказывающим никакого побочного явления.
Заключение.
Круговорот воды, этот долгий путь ее движения, состоит из нескольких стадий: испарения, образования облаков, выпадения дождя, стока в ручьи и реки и снова испарения. На всем своем пути вода сама способна очищаться от попадающих в нее загрязнений.
Теоретически водные ресурсы неисчерпаемы, так как при рациональном использовании они непрерывно возобновляются в процессе круговорота воды в природе. Еще в недалеком прошлом считалось, что воды на Земле так много, что, за исключением отдельных засушливых районов, людям не надо беспокоиться о том, что ее может не хватить. Однако потребление воды растет такими темпами, что человечество все чаще сталкивается с проблемой, как обеспечить будущие потребности в ней. Во многих странах и регионах мира уже сегодня ощущается недостаток водных ресурсов, усиливающийся с каждым годом.
Проблема загрязнения вод суши (рек, озер, водохранилищ, подземных вод) тесно связана с проблемой обеспеченности пресной водой, поэтому наблюдениям и контролю за уровнем загрязнения водных объектов уделяется особое внимание. Экономическое регулирование рационального использования и охраны вод включает: планирование и финансирование мероприятий по рациональному использованию и охране вод; установление лимитов водопользования; установление нормативов платы за водопользование и водопотребление; установление нормативов платы за сбросы загрязняющих веществ в водные объекты; предоставление налоговых, кредитных и других льгот при использовании малоотходных и безотходных технологий, проведении других мероприятий, когда они дают значительный эффект в области рационального использования и охраны вод; покрытие ущерба, нанесенного водным объектам и здоровью людей по причине нарушения требований водного законодательства.
Литература
Ю.В.Новиков, Экология, окружающая среда и человек. 2000г. с.320
А.Н.Павлов, В.М.Кириллов, Безопасность жизнедеятельности и перспективы экологического развития, 2002 г. с.352
Экология. В.И.Коробкин, Л.В.передельский, 2003г. с.576
Инженерная экология и экологический менеджмент /под ред. Н.И.Иванова и И.М.Фадина, Москва 2001. с.528
1. Загрязнение окружающей среды.
2. Промышленные отходы.
3. Химизация почв.
4. Коммунально-бытовые отходы.
1 Загрязнение окружающей среды
Важным и нежелательным следствием техногенеза является загрязнение окружающей среды . Катастрофические экологические ситуации, связанные с загрязнением окружающей среды, характерны для многих стран, в том числе и для нашей страны. Роль геохимии окружающей среды в решении данных вопросов очень велика.
С геохимических позиций изменение химических свойств среды, не связанное с естественными природными процессами, является загрязнением.С медико-биологической точки зрения под загрязнением подразумевают появление или количественное изменение в окружающей среде тех или иных ее свойств: физических (шум, радиация, электромагнитные поля, вибрация) или химических (загрязняющие вещества), уровень проявления которых может оказать неблагоприятное воздействие на условия жизни. При таком понимании загрязнение может возникнуть не только антропогенным способом, но и в связи с естественными природными причинами (пыльные бури, извержение вулканов, месторождения полезных ископаемых и т. д.). Под источником загрязнения может подразумеваться как вид человеческой деятельности (электротехническое производство, поливное овощеводство), так и конкретные объекты деятельности (завод, свалка, транспорт) или материальные носители загрязняющих веществ (отходы производства, минеральные удобрения).
Ярким примером загрязнения окружающей среды служат т.н. “кислотные дожди”. Они связаны с работой серно-кислотных суперфосфатных, медепавильных заводов, котельных ГРЭС, ТЭЦ, бытовых топок, которые выбрасывают в воздух много SO 2 , а также с выбросами вулканов. Диоксид серы, окисляясь и растворяясь в атмосферных осадках, дает серную кислоту. “Кислые дожди” увеличивают число легочных заболеваний, осложняют земледелие, разрушают памятники архитектуры. Принос ветрами в Скандинавию SO 2 из Англии и ФРГ привел к вымиранию лососей (рыба исчезала в тех водоемах, рН которых понизился до 4). В канадской провинции Онтарио из-за кислых дождей, поступающих из США, стали безжизненными более 148 озер. Полагают, что в среднем около 30 % SO 4 2- атмосферных осадков имеет техногенное происхождение (в умеренной зоне Северного полушария до 50 %). Кислые дожди характерны и для отдельных регионов России.
Техногенные процессы можно систематизировать по различным показателям: режимам (постоянные, периодические, катастрофические), модулям нагрузки на среду, объемам выбросов, источникам загрязнения, химическому составу выбросов, стоков и т.д.
Главными источниками загрязнения являются не утилизированные промышленные и коммунально-бытовые отходы, содержащие токсичные химические элементы. Особенностью городов является наложение полей загрязнения различных производств и видов хозяйственной деятельности и формирование полиэлементных техногенных геохимических аномалий в воздухе, снежном, почвенном и растительном покровах, поверхностных и грунтовых водах.
Техногенные отходы подразделяются на преднамеренно собираемые и депонируемые отходы (жидкие и твердые), стоки (поступающие в окружающую среду в виде жидких потоков, содержащих твердые взвешенные частицы) и выбросы (рассеяние в атмосфере загрязняющих веществ в твердой, жидкой и газообразной формах).
Преднамеренно собираемые и депонируемые отходы (жидкие и твердые) представляют собой ту часть отходов человеческой деятельности, которая собирается с целью захоронения на свалках и депонирования на полигонах – накопителях для последующей утилизации. Довольно часто общее понятие «отходы» относят именно к складируемым отходам.
Стоки – часть жидких отходов, которые рассеиваются в окружающей среде. Они обычно состоят из дисперсной среды (жидкой фазы раствора) и дисперсной фазы (взвешенные вещества). Очень часто наиболее значительное загрязнение связано именно с дисперсной фазой.
Выбросы – часть отходов, рассеиваемая в атмосфере. Выбросы обычно двухфазны и состоят из воздушно-газовой смеси и твердых частиц (воздушной взвеси, пыли, аэрозолей).
При мониторинге техногенные отходы делятся на организованные - поступающие в окружающую среду через специальные устройства (трубы, факелы, очистные сооружения, шлаконакопители, отвалы), поддающиеся контролю инеорганизованные (утечки и выбросы загрязняющих веществ в системах трубопроводов, канализации, при авариях, перевозке отходов и т.д.), постоянный контроль которых затруднен.
Важной частью геохимического загрязнения окружающей среды является выявление и количественная оценка источников загрязнения. Большие работы по геохимическому анализу источников загрязнения, особенно концентрации в отходах микроэлементов, выполнены Ю.Е. Саетом с сотрудниками.
Загрязнение окружающей среды представляет собой , которую регулярно обсуждают в новостях и научных кругах. Создано множество международных организаций, направленных на борьбу с ухудшением природных условий. Учёные давно бьют тревогу о неминуемости в самое ближайшее время.
На данный момент о загрязнении окружающей среды известно многое – написано большое количество научных работ и книг, проведены многочисленные исследования. Но в решении проблемы человечество продвинулось совсем незначительно. Загрязнение природы по-прежнему остаётся важным и актуальным вопросом, откладывание которого в долгий ящик может обернуться трагично.
История загрязнения биосферы
В связи с интенсивной индустриализацией общества загрязнение окружающей среды особенно обострилось в последние десятилетия. Однако, несмотря на этот факт, природное загрязнение является одной из самых древних проблем в истории человечества. Ещё в эпоху первобыта люди начали варварски уничтожать леса, истреблять животных и изменять ландшафт земли для расширения территории проживания и получения ценных ресурсов.
Уже тогда это приводило к изменению климата и другим экологическим проблемам . Рост народонаселения планеты и прогресс цивилизаций сопровождался усиленной добычей полезных ископаемых, осушением водоёмов, а также химическим загрязнением биосферы. Промышленная революция ознаменовала не только новую эру в общественном укладе, но и новою волну загрязнения.
С развитием науки и техники учёные получили инструменты, с помощью которых стал возможным точный и подробный анализ экологического состояния планеты. Метеосводки, контроль химического состава воздуха, воды и почвы, спутниковые данные, а также повсеместно дымящие трубы и нефтяные пятна на воде говорят о том, что проблема стремительно усугубляется с расширением техносферы. Недаром появление человека называют главной экологической катастрофой.
Классификация загрязнений природы
Существует несколько классификаций загрязнений природы, основанных на их источнике, направленности, других факторах.
Итак, выделяют следующие виды загрязнения окружающей среды:
- Биологическое – источником загрязнения являются живые организмы, оно может происходить по естественным причинам или в результате антропогенной деятельности.
- Физическое – приводит к изменению соответствующих характеристик окружающей среды. К физическому загрязнению относят тепловое, радиационное, шумовое и другие.
- Химическое – увеличение содержания веществ или их проникновение в окружающую среду. Приводит к изменению нормального химического состава ресурсов.
- Механическое – загрязнение биосферы мусором.
В действительности один вид загрязнения может сопровождаться другим или несколькими сразу.
Газообразная оболочка планеты является неотъемлемым участником природных процессов, определяет тепловой фон и климат Земли, защищает от губительной космической радиации, влияет на рельефообразование.
Состав атмосферы менялся в течение всего исторического развития планеты. Сложившаяся сегодня ситуация такова, что часть объёма газовой оболочки определяется хозяйственной активностью человека. Состав воздуха неоднороден и отличается в зависимости от географического положения – в индустриальных районах и крупных городах высокий уровень вредных примесей.
- химические заводы;
- предприятия топливно-энергетического комплекса;
- транспорт.
Эти загрязнители являются причиной содержания в атмосфере тяжёлых металлов, таких как свинец, ртуть, хром, медь. Они – постоянные компоненты воздуха в промышленных зонах.
Современные электростанции ежедневно выбрасывают в атмосферу сотни тонн углекислого газа, а также сажу, пыль и золу.
Увеличение числа автомобилей в населённых пунктах привело к повышению концентрации целого ряда вредных газов в воздухе, которые входят в состав машинного выхлопа. Из-за антидетонационных присадок, добавляемых к транспортному топливу, происходит выброс больших количеств свинца. Автомобили вырабатывают пыль и золу, которые загрязняют не только воздух, но и почву, оседая на земле.
Атмосферу также загрязняют очень токсичные газы, которые выбрасываются предприятиями химической промышленности. Отходы химзаводов, например, оксиды азота и серы, являются причиной и способны вступать в реакции с компонентами биосферы с образованием других опасных производных.
В результате человеческой деятельности регулярно происходят лесные пожары, во время которых происходит выброс колоссальных количеств диоксида углерода.
Почва – это тонкий слой литосферы, образовавшийся в результате природных факторов, в котором протекает большая часть процессов обмена между живыми и неживыми системами.
Из-за добычи природных ископаемых, горнопромышленных работ, сооружения зданий, дорог и аэродромов уничтожаются масштабные площади почв.
Нерациональная хозяйственная деятельность человека стала причиной деградации плодородного слоя земли. Изменяется его естественный химический состав, происходит механическое загрязнение. Интенсивное развитие сельского хозяйства приводит к существенным потерям земель. Частое вспахивание делает их уязвимыми перед затоплениями, засолениями и ветрами, что является причиной эрозии почвы.
Обильное применение удобрений, инсектицидов и химических ядов для уничтожения вредителей и очищения от сорняков приводит к попаданию в почву неестественных для неё токсичных соединений. В результате антропогенной деятельности происходит химическое загрязнение земель тяжёлыми металлами и их производными. Основным вредным элементом является свинец, а также его соединения. При переработке свинцовых руд выбрасывается около 30 килограммов металла с каждой тонны. Автомобильный выхлоп, содержащий большое количество данного металла, оседает в почве, отравляя обитающие в ней организмы. Сливы жидких отходов с рудников заражают землю цинком, медью и другими металлами.
Электростанции, радиоактивные осадки от ядерных взрывов, научно-исследовательские центры по изучению атомной энергии являются причиной попадания в почву радиоактивных изотопов, которые потом поступают в организм человека с продуктами питания.
Сконцентрированные в недрах земли запасы металлов рассеиваются, как следствие производственной активности человека. Потом они концентрируются в верхнем слое почвы. В древности человек использовал 18 элементов, из находящихся в земной коре, а сегодня – все известные.
На сегодняшний день водная оболочка земли загрязнена намного больше, чем можно представить. Нефтяные пятна и плавающие на поверхности бутылки – это лишь то, что можно увидеть. Значительная часть загрязнителей находится в растворённом состоянии.
Порча воды может происходить естественным образом. В результате селей и паводков из материковой почвы вымывается магний, который попадает в водоёмы и наносит вред рыбам. В результате химических превращений в пресные воды проникает алюминий. Но естественное загрязнение составляет пренебрежимо малую долю по сравнению с антропогенным. По вине человека в воду попадают:
- поверхностно-активные соединения;
- пестициды;
- фосфаты, нитраты и другие соли;
- лекарства;
- нефтепродукты;
- радиоактивные изотопы.
Источниками этих загрязнителей являются фермерские хозяйства, рыбный промысел, нефтяные платформы, электростанции, предприятия химической промышленности, канализационные стоки.
Кислотные дожди, которые также являются результатом человеческой деятельности, растворяя грунт, вымывают тяжёлые металлы.
Помимо химического существует физическое, а именно – тепловое. Больше всего воды применяется в производстве электроэнергии. Тепловые станции используют её для охлаждения турбин, а отработанная нагретая жидкость сливается в водоёмы.
Механическое ухудшение качества воды бытовыми отходами в населённых пунктах приводит к сокращению мест обитания живых существ. Некоторые виды гибнут.
Загрязнённая вода – основная причина большинства заболеваний. В результате отравления жидкости погибает множество живых существ, страдает экосистема океана, нарушается нормальное протекание природных процессов. Загрязнители в конечном счёте попадают в организм человека.
Борьба с загрязнением
Во избежание экологической катастрофы борьба с физическим загрязнением должна быть первостепенной задачей. Проблема должна решатся на международном уровне, потому что у природы нет государственных границ. Для предупреждения загрязнения необходимо вводить санкции предприятиям, выбрасывающим отходы в окружающую среду, налагать крупные штрафы за размещение мусора в неположенном месте. Стимуляция к соблюдению норм экологической безопасности также может быть осуществлена финансовыми методами. Такой подход доказал свою эффективность в некоторых странах.
Перспективным направлением по борьбе с загрязнением является применение альтернативных источников энергии. Использование солнечных батарей, водородного топлива и других сберегающих технологий позволит уменьшить выброс токсичных соединений в атмосферу.
К другим методам борьбы с загрязнением можно отнести:
- строительство очистных сооружений;
- создание национальных парков и заповедников;
- увеличение количества зелёных насаждений;
- контроль численности населения в странах третьего мира;
- привлечение внимания общественности к проблеме.
Загрязнение окружающей среды представляет собой масштабную мировую проблему, решить которую возможно лишь при активном участии каждого, кто называет планету Земля своим домом, иначе экологическая катастрофа будет неминуема.