Объяснение техногенного загрязнения. Техногенное загрязнение природной среды. История загрязнения биосферы
2.2. Техногенное загрязнение природной среды
Изменения в литосфере
Литосфера - это верхняя твердая оболочка Земли. В результате взаимодействия геологических, климатических, биохимических факторов верхний тонкий слой литосферы превратился в особую среду –почву, где происходит значительная часть обменных процессов между живой и неживой природой.
Неразумная хозяйственная деятельность человека привела к уничтожению плодородного слоя почвы, ее загрязнению, изменению состава. Различают несколько видов изменения состава почв.
Интенсивная деградация почв - ухудшение свойств почвы под влиянием хозяйственной деятельности человека (неправильная агротехника; многоразовая вспашка; загрязнение пестицидами, отходами промышленных предприятий, содержащими яды свинца и ртути, радиоактивные изотопы; истощение; засоление).
Эрозия почвы - разнообразные процессы разрушения почв (ветровая, водная и антропогенная). Из-за ветровой и водной эрозии, засоления и других причин в мире ежегодно теряется 5–7 млн га пашен. Только ускоренная эрозия почвы за последнее столетие повлекла за собой потерю 2 млрд га плодородных земель.
Опустынивание - деградация земель, вызванная как деятельностью человека (антропогенными причинами), так и природными факторами и процессами; характеризуется иссушением земли, увяданием растительности, снижением связанности почвы, в результате чего становится возможной быстрая ветровая эрозия и образование пылевых бурь.
По оценкам ООН, опустынивание в перспективе может затронуть более миллиарда человек и около трети всех земель, использующихся в сельскохозяйственных целях. Опустынивание относится к трудно компенсируемым последствиям, так как на восстановление одного условного сантиметра плодородного почвенного покрова требуется в среднем от 70 до 150 лет.
Кроме промышленности, транспорта и сельского хозяйства, источниками загрязнения почвы являются жилые дома и бытовые предприятия. Загрязняющими веществами являются бытовой мусор, пищевые отходы, фекалии, строительный мусор, пришедшие в негодность предметы домашнего обихода, мусор и т. д.
Изменения в атмосфере
Атмосфера Земли представляет собой механическую смесь газов. Сухой воздух вблизи поверхности Земли, если удалить из него влагу и частицы пыли, в своем объеме содержит 78,09% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,03% углекислого газа, и всего лишь 0,01% приходится на долю всех остальных газов: водорода, гелия, криптона, ксенона, радона, закиси азота, йода, водяного пара, озона, метана и др. (табл. 2).
Таблица 2
Состав атмосферы вблизи поверхности земли (норма)
В. А. Макашев, С. В. Петров. «Опасные ситуации техногенного характера и защита от них: учебное пособие»
Загрязнение атмосферы выражается в недостатке кислорода, высоком уровне шумов, кислотных осадках, разрушении озонового слоя (основного поглотителя ультрафиолетового излучения Солнца).
Ежеминутно промышленные предприятия, тепловые электростанции (ТЭЦ), автотранспорт сжигают огромное количество топлива, что приводит к непрерывному повышению содержания двуокиси углерода в атмосфере, они же являются виновниками выбросов в атмосферу оксидов азота, соединений серы.
По данным ЮНЕП, в атмосферу ежегодно выделяется до 25 млрд т загрязняющих веществ: диоксид серы и частиц пыли – 200 млн т/год; оксиды азота (Nx Оу ) – 60 млн т/год;
оксиды углерода (СО и СО2 ) – 8000 млн т/год; углеводороды (Сх Ну ) – 80 млн т/год.
Изменения состояния гидросферы
Истощение водных ресурсов обусловлено увеличением потребления воды промышленными предприятиями, сельским хозяйством, коммунальными предприятиями, что в свою очередь влечет массированное загрязнение источников. Все виды загрязнений в конечном итоге влияют на состояние Мирового океана.
Кроме нефти и нефтепродуктов основными загрязнителями поверхностных вод являются детергенты - синтетические моющие средства, которые все шире применяются в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Значительный вред водной среде и населяющим ее организмам причиняет загрязнение водоемов свинцом и его соединениями.
Расширенное производство и использование пестицидов обуславливает сильное загрязнение водных объектов этими соединениями. Наряду с пестицидами сельскохозяйственные стоки содержат значительные количества веществ, внесенных на поля с удобрениями (соединения азота, фосфора, калия).
В водоемы поступает свыше 500 тыс. различных веществ. Тяжелые металлы (свинец, ртуть, цинк, медь, кадмий) активно накапливаются в донных отложениях, водорослях, тканях рыб. Известны случаи массовых отравлений людей этими металлами при употреблении рыбы, использовании воды.
Большую опасность представляют загрязнения вод радиоактивными веществами. Резкое ухудшение санитарно-гигиенических показателей качества воды связано с
термическим загрязнением , то есть с изменением температурного режима водоемов под влиянием промышленных стоков. Больше всего загрязняющей теплоты производят электростанции, сталепрокатные цеха, нефтеочистные, химические и целлюлозно-бумажные предприятия.
Грунтовые (подземные) воды - основной ресурс питьевой воды в мире. В отличие от поверхностных вод, которые можно «реанимировать» при помощи очистных сооружений,
В. А. Макашев, С. В. Петров. «Опасные ситуации техногенного характера и защита от них: учебное пособие»
грунтовые воды включены в иной гидрологический цикл и очищены быть не могут. Бо́льшая часть грунтовых вод подпитывается осадками, которые просачиваются в почву. На качество грунтовых вод могут оказывать влияние многие виды человеческой деятельности.
Источниками загрязнения подземных вод являются: использование удобрений и пестицидов, септические отстойники и выгребные ямы, канализационные системы, санитарные поля фильтрации и мусорные свалки, скважины, колодцы, подземные трубопроводы, промышленные отходы, поверхностные разливы различных веществ, утилизация соляных растворов и отходов добывающей промышленности, могильники и кладбища.
Этот подраздел посвящен техногенному загрязнению экосферы и среды обитания человека. Техногенное загрязнение среды является наиболее очевидной и быстродействующей негативной причинной связью в системе экосферы: «экономика, 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.
Под загрязнением в широком смысле слова понимается привнесение в экологическую среду новых (обычно не характерных для нее) физических, химических, биологических агентов. Этим термином характеризуются все тела, вещества, процессы, которые появляются «не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы». Хорошим примером этой формулы служит озон. В верхних слоях атмосферы он нужен как экран, защищающий нас от ультрафиолетового излучения, а в приземном воздухе он считается загрязнителем, токсичным для многих организмов.
Классификация техногенных воздействий, обусловленных загрязнением среды, включает следующие основные категории.
Материально-энергетические характеристики воздействий: механические, физические (тепловые, электромагнитные, радиационные, акустические), химические, биологические факторы и агенты и их различные сочетания. В большинстве случаев в качестве таких агентов выступают эмиссии (т.е. испускания - выбросы, стоки, излучения и т.п.) различных технических источников.
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, степень опасности и риска); пространственные масштабы, распространенность (локальные, региональные, глобальные).
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.
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, около-земное 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 представляют 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 химическн 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. роllutiо - 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 .
Одним из следствий бурного развития промышленности и сельского хозяйства в результате научно-технической революции второй половины XX в. стало обострение проблемы отходов.
Социологи вывели прямую зависимость между ростом благосостояния и количеством бытовых отходов (мусора). Отходы - это то, что не может использоваться в данном производстве. Таким образом, объемы отходов определяются исходя из данного уровня развития технологии. Если первоначально решение проблемы виделось преимущественно в их уничтожении - закапывании, сбрасывании в моря, сжигании, то с усилением загрязнения окружающей среды на передний план вышли иные, экологически более приемлемые меры устранения отходов: их сортировка и повторное использование - рециклинг ресурсов .
В 1970-е годы в условиях роста цен на сырье важность защиты окружающей среды от загрязнения была дополнена необходимостью принятия неотложных мер, направленных на энерго- и ресурсосбережение. Именно с этого времени проблема рециклирования ресурсов (с перспективой создания систем замкнутого производственного цикла) стала актуальна во всем мире.
В начале 70-х годов академик Б.Н. Ласкорин впервые высказал мысль о том, что отходы не являются фатальной неизбежностью. Более того, количество отходов - точный индикатор совершенства или несовершенства любой технологии. Многие из сегодняшних отходов - это невостребованные обществом доходы, которые нам еще предстоит открывать как древние клады.
По предложению СССР ООН в 1979 г. приняла Декларацию по безотходной технологии. Однако проблема отходов имеет не только экологический, но и экономический аспект: создание безотходных процессов и циклов, рециклирование ресурсов позволяют экономить топливно-сырьевые материалы, повышают эффективность экономики. Академик П.Л. Капица писал, что мир идет к тому, чтобы в производственном кругообороте основой стало вторичное сырье .
Что касается нашей страны, в Казахстане накоплено более 22 млрд. тонн отходов, из них более 16 млрд. тонн техногенных минеральных образований и около 6 млрд. тонн промышленных отходов, из них токсичных - около 250 млн. тонн. В Казахстане основная масса твердых бытовых отходов без разделения на компоненты вывозится и складируется на открытых свалках, 97% которых не соответствуют требованиям природоохранного и санитарного законодательства. Менее 5% твердых бытовых отходов в республике подвергается утилизации или сжиганию.
В Костанайской области на всех имеющихся 27 полигонах для хранения твердых бытовых отходов (ТБО) допускаются нарушения экологических и санитарно-эпидемиологических норм.
«В нарушение статьи 298 Экологического кодекса РК хранение бытовых отходов осуществлялось вне специально оборудованных мест и без соблюдения режимов захоронения. Повсеместно допускается совместное складирование ТБО и жидких отходов, а также захоронение трупов павших животных, обезвреживание которых должно осуществляться на специальных скотомогильниках. Факты захоронения трупов павших животных на полигонах ТБО установлены в деятельности ГКП «Кайранколь» (Узункольский район), а также ТОО «Жардем» (Тарановский район)». Проверкой «Северного» и «Южного» полигонов ТБО города Костаная, обслуживаемых ГКП «Тазалык-2000» уcтановлено, что в нарушение санитарно-предельно допустимые значения массы складируемых и захороняемых отходов потребления. По информации пресс-службы, в ходе проверки также установлены факты неэффективного и необоснованного использования бюджетных средств при захоронении ТБО. В частности, ГУ «Отдел жилищно-коммунального хозяйства, пассажирского транспорта и автомобильных дорог акимата Карасуского района» с ГКП «Алга» заключен договор на предоставление услуг по содержанию полигона ТБО на сумму 1,5 млн тенге . Договором предусматривалось строительство на полигоне помещения для сторожей и персонала стоимостью 400 тыс. тенге. Согласно актам выполненных работ, строительство указанного объекта было завершено и отделом жилищно-коммунального хозяйства произведена оплата. Однако фактически строительно-монтажные работы не проводились.
Более того, вышеназванное ГКП лицензии на право осуществления градостроительной и строительной деятельности не имеет, следовательно, работы по строительству на полигоне необоснованно использованы бюджетные средства в размере 665,7 тыс. тенге по договору с ТОО «Кызыл Агаш» на очистку берегов реки Тобол. Прокуратурой области в целях эпидемиологических правил и норм по коммунальной гигиене территория полигонов не забетонирована, отсутствуют освещение, дезинфицирующие установки, а также переносные сетчатые ограждения, применяемые для разгрузки мусоровозов и складирования отходов .
Также, в нарушение экологических норм, на полигонах отсутствуют контрольно-измерительные приборы, в результате чего невозможно определить ТБО помещения для сторожей и персонала.
Несмотря на это, отделом жилищно-коммунального хозяйства, пассажирского транспорта и автомобильных дорог акимата Карасуского района 18 июля 2008 года подписан фиктивный акт приемки выполненных работ.
Аналогичный факт выявлен и в деятельности ГУ «Управление природных ресурсов и регулирования природопользования акимата Костанайской области», которым устранения перечисленных нарушений законности в адрес акима области было внесено представление. По результатам рассмотрения представления в местный бюджет возмещено 665,7 тыс. тенге, к дисциплинарной ответственности привлечено шесть должностных лиц. При этом директор ГКП «Алга» акимата Карасуского района освобожден от занимаемой должности .
Современный образ жизни человеческого общества приводит к тому, что человек оказывается в условиях воздействия естественного радиационного фона, которому он не подвергался бы, если бы не была разработана та или иная технология. Примерами таких случаев являются полеты на самолетах, использование природного топлива для приготовления пищи и отопления, использования фосфорных удобрений в сельском хозяйстве, добыча и переработка природных ресурсов в различных отраслях промышленности и т.д.
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.
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, разнообразий и токсичности множества производимых веществ. В мировой химической номенклатуре значится более 10 млн химических соединений; ежегодно их число возрастает на несколько тысяч. В заметных количествах производится и предлагается на рынке более 100 тыс. веществ, в массовых масштабах производится около 5 тыс. веществ.
Однако подавляющее большинство производимых и используемых веществ не оценены с точки зрения их токсичности и экологической опасности .
Стрессы природных экосистем обусловлены внесением в них извне различных токсикантов, радионуклидов, и других вредных факторов окружающей среды. Самоочищающая способность биосферы, основанная на жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, испытывает колоссальные перегрузки из-за все более возрастающих поступлений в нее техногенных отходов уранодобывающей промышленности.
Требуется оценка в строгой количественной форме экологического вреда радиоактивного загрязнения .
Почвы Южного Казахстана подвергаются активной эрозии, вторичному засолению, заболачиванию и загрязнению химическими веществами. Почвы Северного Казахстана (зерновые районы) подвергаются дегумификации, ведущей к потере плодородия, интенсивной водной и ветровой эрозии, местами загрязнению промышленными химическими стоками и радионуклидами. Потери гумуса в этих регионах за последние 40-50 лет составили от 10 до 35 процентов. Каштановые почвы Семипалатинского атомного полигона интенсивно загрязнены радионуклидами.
В целом современное экологическое состояние почвенного покрова Казахстана характеризуется как крайне напряженное, местами катастрофическое. Влияние на экосреду добычи урана и подземных ядерных взрывов .
Если посмотреть на геологическую карту Казахстана, то мы увидим, что центр Казахстана в меридиональном направлении рассекается широкой полосой урановых месторождений. Для военно-промышленного комплекса это настоящий Клондайк. Военно-промышленный комплекс издавна и прочно овладел этими местами. Здесь расположен большой комплекс уранодобывающих предприятий. На севере: Целинный горно-химический комбинат, добывающий уран как шахтным способом, так и методом подземного кислотного выщелачивания. В центре: месторождения, сосредоточенные в Чу-Сарысуйской и Сырдарьинской впадинах. Добыча урана производится исключительно методом подземного кислотного выщелачивания. На юге: Кзылсайская группа месторождений. Добыча производится исключительно методом подземного кислотного выщелачивания. Метод подземного кислотного выщелачивания урана - самый варварский по отношению к природе метод добычи.
Над ураноносным слоем пробуривается ряд шурфов. По шурфам под землю закачивается серная кислота. На одну технологическую линию уходит до 400 железнодорожных цистерн серной кислоты и до 1 000 цистерн нитратно-сульфатного раствора. Под землей возникает крайне кислая (рН до 1) жидкая среда, разрушающая урановые соединения. После экспозиции жидкость, содержащую уран, откачивают. Из раствора извлекают уран, а кислотный шлам закачивают назад под землю. На каждый добытый 1 кг урана приходится 86,7 кг серной кислоты. Такой метод добычи урана используется уже около 20 лет .
Одним из важнейших решений Казахстана за 12 лет (2004 год) независимого существования был отказ от обладания ядерным оружием и поддержка усилий международного сообщества в борьбе с распространением оружия массового уничтожения (ОМП).
За 40 лет ядерных испытаний свыше миллиона казахстанцев получили опасные дозы радиации. Эти обстоятельства побудили Назарбаева бросить вызов Москве и еще в 1991 году закрытъ ядерный полигон. 9 месяцев спустя Казахстан отрекся от ядерного оружия, доставшегося в наследство от СССР.
Последствия ядерной войны необратимы. Если различные физические эффекты, возникающие при ядерных взрывах, можно рассчитать достаточно точно, то предсказать последствия их воздействий сложнее. Исследования привели к заключению, что не поддающиеся предварительной оценке следствия ядерной войны столь же значительны, как и те, которые могут быть рассчитаны заранее.
Возможности защиты от воздействия ядерного взрыва весьма ограничены. Невозможно спасти тех, кто окажется в эпицентре взрыва. Всех людей спрятать под землю нельзя; это осуществимо только для сохранения правительства и руководства вооруженных сил. Кроме упоминаемых в руководствах по гражданской обороне способах спасения от жара, света и ударной волны, имеются практичные способы эффективной защиты только от радиоактивных осадков.
На распределение радиоактивных осадков будут влиять погодные условия. Разрушение плотин может привести к наводнениям. Повреждения атомных электростанций вызовут дополнительное повышение уровня радиации. В городах обрушатся высотные здания и образуются груды обломков с погребенными под ними людьми. В сельской местности радиация поразит посевы, что приведет к массовому голоду. В случае ядерного удара зимой уцелевшие при взрыве люди останутся без укрытий и погибнут от холода.
Повышенные дозы радиации приводят к росту раковых заболеваний, выкидышей, патологий у новорожденных.
На животных было экспериментально установлено, что радиация поражает молекулы ДНК. В результате такого поражения возникают генетические мутации и хромосомные аберрации; правда, большинство таких мутаций не переходит к потомкам, поскольку приводят к летальным исходам.
Первым пагубным воздействием долговременного характера явится разрушение озонового слоя. Озоновый слой стратосферы экранирует земную поверхность от большей части ультрафиолетового излучения Солнца. Это излучение губительно для многих форм жизни, поэтому считается, что образование озонового слоя около 600 миллионов лет назад стало тем условием, благодаря которому появились многоклеточные организмы и вообще жизнь на Земле .
Согласно докладу национальной академии наук США, в мировой ядерной войне может быть взорвано до 10 000 Мт ядерных зарядов, что приведет к разрушению озонового слоя на 70% над Северным полушарием и на 40% - над Южным. Эти разрушения озонового слоя повлекут за собой губительные последствия для всего живого; люди получат обширные ожоги и даже раковые заболевания кожи; некоторые растения и мелкие организмы погибнут мгновенно; многие люди и животные ослепнут и потеряют способность ориентироваться.
В результате крупномасштабной ядерной войны произойдет климатическая катастрофа. При ядерных взрывах загорятся города и леса, облака из радиоактивной пыли окутают Землю непроницаемым покрывалом, что неминуемо приведет к резкому падению температуры у земной поверхности. После ядерных взрывов суммарной силой 10 000 Мт в центральных районах континентов Северного полушария температура опустится ниже 30 градусов Цельсия.
Температура вод мирового океана останется выше нуля, но из-за большой разности температур возникнут жестокие штормы. Затем спустя несколько месяцев, к Земле прорвется солнечный свет, но, по-видимому, богатый ультрафиолетом из-за разрушения озонового слоя. К этому времени уже произойдут гибель посевов, лесов, животных и голодный мор людей. Трудно ожидать, что где-либо на Земле уцелеет хоть какое-то человеческое сообщество .
До сих пор мы рассматривали проблемы экологии сквозь призму событий, происходивших на Семипалатинском ядерном полигоне. Настала пора взглянуть на Казахстан в целом и увидеть, что уничтожение природы, а вместе с природой - и людей происходило во всех краях. На сегодняшний день Казахстан является самой грязной в радиоэкологическом отношении страной мира, на сегодняшний день многие регионы Казахстана представляют собой нечто, что остается на территории после применения врагом оружия массового уничтожения.
Если посмотреть в суть дела, мы обнаружим, что оружие массового уничтожения, в отличие от стрелкового или артиллерийского оружия, поражает не отдельных людей, а окружающую людей среду. Биологическое оружие загрязняет окружающую среду микробами, химическое оружие загрязняет воздух, воду, растения и пищу отравляющими веществами, ядерное оружие загрязняет природу губительными радионуклидами.
Иными словами, любой вид оружия массового уничтожения превращает окружающую среду в настоящий ад, и люди, не выдерживая адских условий, рано или поздно погибают.
Экологическое неблагополучие Казахстана, вызванное испытаниями различных типов оружия, ракет, «мирными» подземными взрывами, хищнической добычей минералов, нефти и газа, недозируемой промышленной нагрузкой, привело к тому, что на воображаемой экологической карте Казахстана (настоящей карты еще не существует) можно найти немало мест, уже превращенных в безжизненный ад; немало мест, откуда людей необходимо эвакуировать; немало мест, откуда людям нужно выбираться самостоятельно, поскольку санитарные показатели состояния окружающей среды еще не перешли границ «норм», основанных, увы, на искусственно завышенных представлениях о толерантности людей к внешним вредностям .
Нефтедобыча является основной и наиболее динамично развиваюшейся отраслью экономики Республики Казахстан. Нефтяники обеспечивают значительную часть национального валового продукта, бюджетных доходов и валютных поступлений в страну. Нефтегазовые проекты стали катализатором инвестиционной активности в Казахстане. По имеющимся сведениям, на территории казахстанского Прикаспия объем разлитой нефти составляет около 5 млн. т, общая площадь замазученности земель - более 19 тыс. га. Почвенный слой пропитан нефтью на глубину от десятков сантиметров до 10 метров.
Негативное влияние нефтяного загрязнения земель характеризуется нарушением естественного ландшафта местности и потерей сельскохозяйственных земель; повышением уровня почвенных вод, и, как следствие, образованием мелких засоленных озер; гибелью водоплавающих птиц и мелких животных; испарениями углеводородов с поверхности, и как следствие, загрязнением воздушного бассейна вокруг нефтепромыслов; экономическими потерями, связанными с иммобилизацией нефти в амбарах-накопителях.
Остро стоит проблема нефтяных разливов - вследствие того, что свыше 60% трубопроводов уже имеют 100%-ный износ. Это касается не магистральных, а промысловых трубопроводов, поскольку средства в их реконструкцию никогда не вкладывались, поэтому сейчас необходимо заставить нефтяные компании вкладывать деньги в природоохранную систему.
Нефтепромыслы, расположенные в Атырауской области (за исключением Тенгиза), находятся на поздней стадии разработки и добычи нефти. Применение отсталой технологии и устаревшего оборудования на нефтепромыслах приводило к частым и многочисленным авариям, утечкам нефти из устьевого оборудования скважин, порывам внутрипромысловых и магистральных нефтепроводов. В результате сложившейся практики нефтедобычи территория всех старых нефтепромыслов Атырауской и Мангистауской областей находится в замазученном состоянии.
В отдельных местах за счет сброса нефти непосредственно на почву, предварительно огороженную земляной дамбой, образовались нефтяные озера (амбары).
Экстраординарная роль рационального использования ресурсов в современной хозяйственной жизни страны обусловливает необходимость не простой разработки и внедрения комплекса мероприятий, а построения в целом народнохозяйственной модели ресурсосберегаюшего типа. Она должна создаваться путем последовательного учета факторов РИСР на всех уровнях управления (при выработке экономической политики, методов хозяйственного руководства, систем организации производства), целенаправленного совершенствования действующих и создания новых оргструктур, адекватных данной модели хозяйствования.
Проводимая коренная реформа управления экономикой Казахстана уже в значительной мере обозначила наиболее существенные параметры именно такой модели. Вместе с тем, остается нерешенным еще ряд проблем как теоретического, так и практического порядка.
В их числе: обоснование теоретико-методологического подхода к формированию эффективной схемы рационального использования сырьевых ресурсов; разработка общей концепции построения обсуждаемой модели хозяйствования, принципов ее функционирования и саморазвития; придание данной модели целостного вида, описание конкретных ее элементов.
Таким образом, всесторонне позитивное воздействие совокупности факторов на потребление ресурсов может достигаться при условии органичного сочетания экономических, технико-технологических, организационных, административных и социальных методов.
Переход к экологически безопасному и устойчивому развитию в настоящее время становится одним из приоритетных направлений стратегии развития Казахстана. В условиях дефицита материальных и финансовых средств их необходимо направлять на решение приоритетных, наиболее острых экологических проблем.
В 2001 г. затраты на охрану окружающей среды в целом по нефтегазовой отрасли составили 28,6 млн. долл. Затраты на мониторинг загрязнения недр за этот же период составили 2,546 млн. долл. .
Экологические проблемы освоения нефтяных и газовых месторождений Казахстана имеют свои региональные особенности - географические, геологические, геодинамические, технологические, а также социально-экономические.
Особый отпечаток на экологическую ситуацию накладывает тот факт, что до последнего времени природоохранный вопрос практически уступал выполнению плановых заданий по добыче нефти и газа и не находил должного решения в технико-экономических обоснованиях проектов.
Актуальными направлениями в области охраны природы при добыче и переработке нефти и газа являются: создание экологически чистых процессов; утилизация отходов; очистка газовых выбросов нефтехимических производств; очистка сточных вод; мониторинг загрязнения нефтью и нефтепродуктами окружающей среды и др. Предотвращения столь мощного негативного воздействия на окружающую среду в условиях интенсификации процессов добычи и переработки углеводородного сырья можно достичь лишь с увеличением уровня комплексного использования углеводородного сырья, т.е. полного извлечения полезной части ресурсов и доведения количества отходов до разумного минимума .
Установление экономико-экологических и технологических приоритетов в нефтегазовом комплексе подразумевает сочетание следующих дополнительных мер: совершенствование экономико-экологической и технологической политики; тщательная привязка расходов к экономически высокоэффективным нефтяным проектам; развитие организационной инфраструктуры и создание соответствующего потенциала, включая подготовку кадров, образование и программы обмена.
Сегодня в реализации целей эффективного управления нефтегазовыми ресурсами следует исходить из того, что основная трудность - это преодоление противоречия между объектом управления - окружающей природной средой, с одной стороны, и территориальной ограниченностью сферы действия принимаемых управленческих решений (границы района, области, республики) - с другой.
В настоящее время платежи за природные ресурсы регламентируются следующими Законами Республики Казахстан: «Об охране окружающей среды», «О недрах и недропользовании», «О налогах и других обязательных платежах в бюджет» (Налоговый кодекс) и др. Для каждого предприятия органами охраны природы устанавливаются лимиты выбросов загрязняющих веществ в природную среду - на основе нормативов предельно-допустимых выбросов (ПДВ) или сбросов (ПДС).
На период достижения предельно-допустимых норм устанавливаются лимиты природопользования с учетом экологической обстановки в регионе и технического оснащения природоохранного оборудования. Для строящихся предприятий лимиты устанавливаются на уровне ПДВ (ПДС). Сроки достижения нормативных уровней по годам определяются на основе региональных или республиканских природоохранных программ. Платежи взимаются как за установленные, так и за сверхустановленные лимиты выбросов загрязняюших веществ .
Проблемы Казахстанского Прикаспия являются частью общих ключевых проблем всего каспийского сектора. Для их решения необходимы современные мероприятия по сбалансированному использованию биоресурсов и углеводородного сырья. Казахстан является одной из 5 частиц международной каспийской экологической проблемы.
Целью этой долгосрочной программы является оздоровление и сохранение чувствительной экологической системы Каспия. Активная позиция РК нашла отражение в возложении ответственности на Казахстан за деятельность руководящего комитета.
Благодаря широкому применению нефти ее добыча увеличилась с 10 млн. баррелей в день в 1950 годах до 65 млн. баррелей в 1990 г. И за эти 40 лет нефть стала основным источником сырья в мире. Нефть стала играть ключевую роль в международных отношениях. В 1960 г. была создана ОПЕК (организация стран экспортеров нефти), в которую вошли Иран, Ирак, Кувейт, Саудовская Аравия, Венесуэла.
На Каспии не было еще крупных экологических катастроф подобных катастрофе 1989 г. в Заливе принца Вильяма на Аляске, когда нефтяной танкер Эксон Вальдес напоролся на подводный риф. Тогда в море вылилось около 240 тысяч баррелей нефти, что привело к загрязнению 1600 км береговой линии, включая побережье 3 национальных парков и 5 заповедников. Несмотря на меры по ликвидации последствий аварии, природе был нанесен непоправимый ущерб.
Проблемы добычи нефти на Каспии не могут не волновать. Выбросы нефти в море происходят при мойке танкеров, при авариях на морских нефтедобывающих платформах, при ее транспортировке. По поверхности воды тонкой пленкой разливается нефтяное пятно. Что привело к уменьшению количества рыб осетровых пород на Каспии и приводит к массовой гибели Каспийских тюленей и птиц.
ГЛАВА VI. Техногенное загрязнение среды
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.
Введение…………………………………………………………………………3
Загрязнение водного бассейна и контроль за состоянием гидросферы……5
1. Загрязнение окружающей среды………………………………………...5
2. Последствия загрязнения………………………………………………...9
3. 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 - экологическое преступление, 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 существенный вред 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.
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.
3. 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
1. Ю.В.Новиков, Экология, окружающая среда и человек. 2000г. с.320
2. А.Н.Павлов, В.М.Кириллов, Безопасность жизнедеятельности и перспективы экологического развития, 2002 г. с.352
3. Экология. В.И.Коробкин, Л.В.передельский, 2003г. с.576
4. Инженерная экология и экологический менеджмент /под ред. Н.И.Иванова и И.М.Фадина, Москва 2001. с.528
