Тема 5. Развитие продуктивных сил и антропогенное влияние на окружающую среду

5.1 Основные источники антропогенного загрязнения окружающей среды.

Обострение глобальной экологической ситуации – потепление, разрушение озонового слоя атмосферы, опустынивание – является результатом ухудшения экологической ситуации в конкретных странах и регионах мира, где наиболее сильно происходит загрязнение окружающей природной среды.

Загрязнение окружающей природной среды есть внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или неживых компонентов или структурных изменений, прерывающих круговорот веществ, их ассимиляцию, поток энергии, вследствие чего данная система разрушается или снижается ее продуктивность.

Загрязняющим веществом или фактором может быть любой физический агент, химическое вещество и биологический вид, попадающие в окружающую природную среду или возникающие в ней, в количествах, выходящих за рамки своей обычной концентрации, естественных колебаний или природного фона в рассматриваемое время. Основным показателем, характеризующим воздействие загрязняющих веществ на окружающую природную среду, является предельно допустимая концентрация (ПДК). С позиций экологии предельно допустимые концентрации конкретного вещества представляют собой верхние пределы лимитирующих факторов, при которых не происходит деградация экосистем.

Ингредиенты загрязнения – это тысячи химических соединений, особенно металлы или их оксиды, токсичные вещества, аэрозоли. По данным Всемирной организации здоровья, в практике используется до 500 тыс. химических соединений. При этом около 40 тыс. соединений обладают вредными для живых организмов свойствами, а 12 тыс. – токсичны.

Загрязнение, согласно принятому ООН определению, - это экзогенные химические вещества, встречающиеся в ненадлежащем месте, в ненадлежащее время и в ненадлежащем количестве.

Загрязнения окружающей среды подразделяются на:

 природные, вызванные какими-либо естественными явлениями, обычно катастрофическими (наводнения, извержения вулканов, селевые потоки и др.);

 антропогенные, возникшие в результате деятельности человека.

Среди антропогенных выделяют следующие загрязнения:

 биологическое;

 микробиологическое;

 механическое;

 химическое;

 физические (тепловое, световое, шумовое, электромагнитное, радиоактивное).

Химическое загрязнение обусловлено: а) газообразными производными углерода и жидкими углеводородами; б) моющими средствами; д) пестицидами и другими синтетическими веществами; д) производными серы и азота; е) тяжёлыми металлами; ж) соединениями фтора; з) твердыми примесями; и) органическими веществами.

Биологическое загрязнение в основном обусловлено патогенными микроорганизмами (бактериями и вирусами) и животными-оккупантами. К последним можно отнести колорадского жука и ондатру.

По условиям образования все загрязняющие вещества делятся на примеси естественного и искусственного (антропогенного) происхождения. Загрязняющие вещества естественного происхождения поступают в окружающую природную среду в результате вулканической деятельности, выветривания почвы и горных пород, лесных пожаров, отмирания растений, волнения моря, сопровождающегося образованием брызг, сгорания метеоритов.

Примеси антропогенного происхождения образуются, прежде всего, в процессе сжигания ископаемого топлива в ДВС, ТЭС, отопительных системах, а также при сжигании промышленных и бытовых отходов, ядерных взрывах и др.

Различают 2 группы факторов, определяющих появление в организме человека вредных веществ: 1) экзогенные, т.е. внешние; и 2) эндогенные, т.е. обусловленные внутренним образованием вредных веществ в самом организме.

Количественной характеристикой загрязняющего вещества является предельно допустимая концентрация (ПДК), иногда называемая предельно допустимым содержанием. ПДК – это максимальное количество данного загрязняющего вещества или фактора в воде, воздухе, почве, продуктах питания и т.п., которое ещё не оказывает вредного воздействия на человека и окружающую природную среду. Эта величина зависит от природы загрязняющего вещества и от среды, в которой оно находится. Для некоторых веществ ПДК не установлена, а используются ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ). Величины ПДК и ОБУВ определяется специализированными медицинскими учреждениями и утверждаются Министерством здравоохранения. После такого утверждения они должны соблюдаться всеми субъектами на территории страны.

Различают два вида предельно-допустимой концентрации: а) максимально разовую и б) среднесуточную.

Определение максимальной разовой ПДК необходимо для предупреждения рефлекторных реакций у человека (например, изменения биоэлектрической активности головного мозга, световой чувствительности глаз и т.п.) при кратковременном (за 20-30 мин) воздействии данного загрязнителя.

Величина ПДК лимитируется по трём группам показателей:

1) органолептические показатели – определяемые с помощью органов чувств человека;

2) санитарные показатели – по воздействию на санитарный режим водоёмов. Так, поверхностно-активные вещества, содержащиеся в моющих средствах и со сточными водами попадающие в водоёмы, стойки, разлагаются медленно, безвредны для человека, но отрицательно воздействуют на фитопланктон. Фитопланктон – мельчайшие водоросли, обитающие в верхнем слое воды и в процессе фотосинтеза синтезирующие кислород. По оценкам специалистов, фитопланктон поставляет в атмосферу планеты около 40 % кислорода.

3) токсикологические показатели – ПДК устанавливается, если вещество оказывает воздействие на любую, даже самую незначительную функцию человеческого организма.

Величина ПДК для разных веществ колеблется в широких пределах. Например, величины среднесуточной ПДК в воздухе населённых пунктов для диоксида азота – 0,04 мг/м³, бенз(а)пирена – 0,1 мкг/100 м³, ртути и всех её соединений (в пересчёте на ртуть) – 0,0003 мг/м³, пенициллина – 0,0025 мг/м³, бензина (в пересчёте на углерод) – 1,5 мг/м³, взвешенных веществ (пыли) – 0,15 мг/м³.

Необходимо отметить, что список ПДК, утверждённый Минздравом СССР, принят Всемирной организацией здравоохранения за основу и рекомендован всем странам-членам ООН для использования в их законодательстве. Кстати, в развитых странах, например, Германии, это требование выполняется полностью. Только для одного класса веществ нормативы ПДК на Западе жёстче, чем в странах СНГ. Для диоксинов ПДК в воде в странах ЕС составляет 5 *10^-10 мг/л, а в Украине – 35 *10^-5 мг/л.

Итог анализа ситуации, сложившейся на Земле к концу ХХ века, неутешителен. Особенно значительно загрязнены воздушная и водная среды. Даже состояние ближнего космоса – околоземного космического пространства сейчас стало вызывать серьезную озабоченность.

Первоисточником и первопричиной интенсивного развития глобального экологического кризиса, по мнению международных экспертов, есть демографический взрыв, интенсивное увеличение (по экспоненте) населения планеты, которое сопровождается увеличением темпов и объемов уничтожения природных ресурсов, накоплением огромного количества промышленных и бытовых отходов, загрязнением природной среды, глобальными изменениями климата и т.п.

Практически все отрасли промышленности и сельского хозяйства и виды деятельности человека приводят к загрязнению окружающей природной среды. Среди основных источников загрязнения окружающей среды можно выделить следующие: горнодобывающая промышленность; химическая и нефтехимическая промышленности; черная и цветная металлургия; топливо-энергетический комплекс; сельское хозяйство; жилищно-коммунальное хозяйство; транспортно дорожный комплекс;

Горнодобывающая промышленность. Темпы роста производительных сил в значительной мере зависят от степени изученности и интенсивности разработки месторождений полезных ископаемых. В условиях высоких темпов развития промышленности, сельского хозяйства и транспорта потребности в минеральном сырье, строительных материалах стремительно возрастает. Потребление полезных ископаемых заметно опережает рост населения. Научно-технический прогресс требует широкого применения цветных и редких металлов. Но их содержание в руде обычно не превосходит 1 – 3 % . Остальная порода накапливается в отвалах. Для увеличения добычи полезных ископаемых необходимо с каждым годом увеличивать объемы выемки пустой породы, что приводит к увеличению площадей, изымаемых из землепользования, и количества пустой породы в отвалах. Из-за запыления местности при добыче открытым способом понижается урожайность сельскохозяйственных культур в близлежащих районах. Отрицательные моменты добычи полезных ископаемых сказываются уже и в настоящее время. Это, прежде всего, разрушение горными выработками почвенного покрова, осадка поверхности (в Донецком бассейне наблюдается осадка поверхности над выработками до двух метров). Откачка шахтных и карьерных вод приводит к засолению водных объектов и почв прилегающих территорий.

Химическая, нефтехимическая и нефтеперерабатывающая промышленность. Отрасль характеризуется большими объемами и высокой токсичностью отходов, выбросов в атмосферу и сбросов сточных вод. Выбросы предприятий химической и нефтехимической отрасли характеризуются наличием в них твердых, жидких и газообразных веществ, таких как диоксид серы, оксид углерода, оксидов азота. Кроме того, присутствует также широкий спектр специфических вредных веществ, среди которых можно выделить аммиак, бензин, сероуглерод, сероводород, толуол, ацетон, бензол, ксилол, формальдегид, серную кислоту, фенол, пентоксид ванадия, шестивалентный хром, белково-витаминный концентрат и др. Для химических и нефтехимических производств характерны значительные объемы выбросов металлической ртути.

Со сточными водами от предприятий отрасли поступают в поверхностные водоемы нефтепродукты, аммонийный азот, нитраты, нитриды, хлориды, сульфаты, фосфор, цианиды, кадмий, кобальт, марганец, никель, медь, свинец, ртуть, хром, цинк, бензол, формальдегид, фенолы, СПАВ, пестициды и др.

Многочисленные накопители предприятий отрасли являются источником загрязнения подземных вод нефтепродуктами, тяжелыми металлами, фенолами, аммонием и др., что не позволяет использовать водоносные горизонты для питьевого водоснабжения. На предприятиях химической и нефтехимической промышленности накоплено огромное количество отходов (шламы, отработанные кислоты, фосфогипс, резиносодержащие отходы и др.).

Нефтеперерабатывающие предприятия, которые являются одним из крупнейших потребителей воды, размещаются вблизи водных объектов, создавая значительную для них экологическую опасность. На нефтеперерабатывающих предприятиях основными загрязняющими веществами, выбрасываемыми в атмосферный воздух, являются углеводороды, летучие органические соединения, диоксид серы, оксид углерода и оксиды азота. Среди других проблем следует отметить образование значительного количества отходов и загрязнение подземных вод нефтепродуктами.

Черная и цветная металлургия.

Черная металлургическая промышленность является одной из наиболее емких областей по загрязнению природной среды. Основные производства в металлургической промышленности это – агломерационное, доменное, сталелитейное, электроплавильное, прокатное и коксохимическое. Источниками выбросов в атмосферный воздух являются: в агломерационном производстве – агломерационные машины, машины для обжига окатышей, дробильно-размольное оборудование, места разгрузки и пересыпки материалов; при производстве чугуна и стали – доменные, мартеновские и сталеплавильные печи, установки непрерывной разливки стали, травильные отделения, ваграночные печи чугунолитейных цехов и др. В агломерационном производстве в атмосферный воздух выбрасывается пыль, диоксид серы, оксид углерода, окислы железа, марганец, кальций, алюминий, кремний, титан, ванадий, фосфор, натрий калий и др. В доменном, мартеновском, конверторном и электроплавильном процессах – пыль, оксид углерода, оксиды азота и др. В коксохимическом процессе – бенз(а)пирен, пыль, оксид углерода, сернистый ангидрид, оксид азота, соляная, серная и фтористоводородная кислоты, фенолы, цианиды и др.

На предприятиях отрасли используются огромные объемы воды, значительная их часть после использования сбрасывается в водные объекты без очистки. Вместе со сточными водами в водные объекты поступают взвешенные вещества, хлориды, сульфаты, соединения железа и тяжелых металлов. Эти сбросы настолько значительны, что превращают реки и водоемы в безжизненные водные объекты. Существенное воздействие на подземные воды оказывают предприятия черной металлургии через фильтрующие накопители, загрязняя их цианидами, фенолами и нефтепродуктами.

Крупные предприятия черной металлургии являются также значительным источником загрязнения почвенных покровов. Зона загрязнения может простираться на расстояния до 60 км от источника загрязнения.

Огромные объемы выбросов и сбросов загрязняющих веществ обусловлено отсутствием или низкой эффективностью очистных установок.

Цветная металлургическая промышленность (производство алюминия, никеля, меди, кобальта, цинка, свинца, олова, магния, титана и др.) оказывает существенное влияние на экологическую обстановку в районах их расположения, а в некоторых случаях и полностью ее определяет. Особо следует отметить, что предприятия цветной металлургии расположены в основном в экологически уязвимых регионах планеты, где пониженный уровень устойчивости природной среды. В структуре загрязняющих веществ преобладают тяжелые металлы, диоксид серы, оксид углерода, диоксиды азота.

Топливо-энергетический комплекс. Производство энергии на тепловых электростанциях (ТЭС), основанное на сжигании органического топлива, приводит к значительному загрязнению окружающей среды и, в первую очередь, атмосферного воздуха. Одним из факторов воздействия ТЭС, работающих на угле, на окружающую среду являются выбросы из систем складирования и транспортировки топлива, пыле- и золоудаление. При транспортировке и складировании топлива возможно не только пылевое загрязнение, но и выделение продуктов окисления топлива. При сжигании органического топлива (угля, мазута, газа) на предприятиях топливо энергетического комплекса в атмосферный воздух поступает значительное количество пыли, диоксида серы, оксидов азота и углерода.

Энергетическая промышленность является крупнейшим потребителем водных ресурсов. Водохранилища, возникшие в результате сооружения плотин гидроэлектростанций, кроме положительного эффекта (регулирование речного стока, снижение опасности наводнения и развития эрозии почв, снабжения водой и др.), оказывают и отрицательное воздействие на природную среду (затопление земель и населенных пунктов, засоление и заболачивание почв, разложение наземной растительности, развитие новых видов водной флоры и фауны и т.п.).

Развитие атомной энергетики приводит к загрязнению окружающей природой среды естественными и искусственными радионуклидами. В данном случае к атомной энергетике следует отнести все предприятия ядерно-топливного цикла (ЯТЦ): добыча и переработка урановой руды, обогащение, производство топливо выделяющих элементов (ТВЭЛ), выработка электроэнергии на атомных станциях (АЭС), переработка и захоронение отходов. На всех этапах ЯТЦ происходит загрязнение объектов окружающей природной среды. На этапах добычи, переработки, обогащения урана и производства ТВЭЛов происходит загрязнение окружающей природной среды естественными радионуклидами уранового и ториевого рядов. Но наиболее опасным видом производства на этих этапах является добыча и переработка урановой руды, так как при извлечении урана из руды 75 % активности остается в отходах, которые складируются в виде хвостохранилищ. При производстве электроэнергии на АЭС в результате деления урана и активации нейтронами различных конструкционных материалов, топлива, теплоносителя, замедлителя и т.д. образуются радиоактивные отходы, которые можно разделить на три категории – газообразные, жидкие и твердые. В результате технологических процессов, ремонта или замены оборудования и других мероприятий на АЭС в окружающую среду поступают радиоактивные отходы. В атмосферный воздух поступают в основном радиоактивные продукты деления (инертные газы, изотопы йода и аэрозоли), тритий и углерод. В водные объекты поступают сточные воды после очистки, поэтому их активность обусловлена в основном тритием. К твердым отходам относятся отработанные ТВЭЛы, которые некоторое время выдерживаются в специальных отстойниках, а затем происходит их переработка или хранение в специальных хранилищах отработанного ядерного топлива (СХОЯТ), а также части и детали оборудования, отходы после упаривания жидких радиоактивных отходов и т.п.

Сельское хозяйство. Все виды сельскохозяйственной деятельности, так или иначе, взаимосвязаны с окружающей средой. Эрозия почв, истощение и загрязнение водных источников, засоление земель, образование подвижных песков и оврагов, снижение содержания гумуса и микроэлементов питания растений в почвах сельскохозяйственных угодий, повышение кислотности почв – все это представляет важные проблемы, связанные с невосполнимым ущербом, наносимым ресурсам и окружающей среде. Особую тревогу вызывает состояние мелиорированных земель. В зонах недостаточного увлажнения идет интенсивный подъем грунтовых вод и на многих оросительных системах идет засоление почв, а также минерализация грунтовых вод.

Значительный ущерб водным ресурсам (как поверхностным, так и подземным) наносят многочисленные склады минеральных и органических удобрений, ядохимикатов и пестицидов, а также горюче-смазочных материалов, на которых нарушаются регламенты хранения и транспортировки.

К опасному загрязнению окружающей среды приводят навозные и пометные стоки животноводческих комплексов и птицефабрик. Из образующихся стоков в качестве удобрений используется в среднем около 70 %, остальная часть переполняет пруды-отстойники, сбрасывается на прилегающие территории, поступает в подземные воды, загрязняя их соединениями азота.

Жилищно-коммунальное хозяйство. Предприятия жилищно-коммунального хозяйства являются основными источниками поступления загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты. Аварийные загрязнения водных источников сопровождаются остановкой городских и поселковых водозаборов, нарушением водоснабжения. Износ систем водоснабжения и канализации с каждым годом нарастает, что приводит к залповым сбросам загрязненных сточных вод, вызывающим экстремально высокое загрязнение водных объектов, а также вспышки инфекционных заболеваний.

Транспортно-дорожный комплекс. Воздействие транспорта и обеспечивающей его инфраструктуры сопровождается значительным загрязнением окружающей природной среды. Основные виды воздействия – загрязнение атмосферного воздуха токсичными компонентами отработавших газов транспортных двигателей, выбросы в атмосферу от стационарных источников, загрязнение водных объектов, образование производственных отходов и воздействие транспортного шума.

Транспортный комплекс, к которому относится автомобильный, водный, воздушный и железнодорожный транспорт, является крупнейшим источником загрязнения атмосферного воздуха. Основными веществами, загрязняющими атмосферный воздух, являются: оксид углерода, углеводороды, диоксид азота, сажа, диоксид серы, соединения свинца и твердые частицы.

Автомобильный транспорт относится к основным источникам загрязнения атмосферного воздуха в больших городах. Отработанные газы автомобильных двигателей содержат около двухсот веществ, большинство из которых токсичны. В выбросах карбюраторных двигателей основная доля вредных продуктов приходится на оксид углерода, углеводороды и оксиды азота, а в выбросах дизельных двигателей – на оксиды азота и сажу.

Основными причинами неблагоприятного воздействия на окружающую природную среду является низкий технический уровень эксплуатируемых средств и отсутствие систем нейтрализации отработавших газов.

Водный транспорт. Воздействие его на окружающую среду, прежде всего на водные объекты, связано с потерей нефтепродуктов при погрузке, выгрузке и в результате аварий, сбросами загрязненных вод, а также сносом сыпучих грузов с причалов, потерями при работе земляных снарядов, поступлением неочищенных ливневых стоков с промплощадок и т. п.

Воздушный транспорт. Для современной авиации характерны два определяющих фактора воздействия на окружающую среду – авиационный шум и выбросы загрязняющих веществ в атмосферу.

Железнодорожный транспорт. Основными видами воздействия его на окружающую среду являются преобразование территорий, потребление топливных ресурсов и электроэнергии, потребление воды, а также выбросы твердых, жидких и газообразных веществ во все среды окружающей природной среды. Особо остро стоит проблема использования, переработки и захоронения отходов, образовавшихся в результате деятельности железнодорожных предприятий.