Инженерная экология

деятельности, общественность должна иметь свободный доступ к соответст-

вующей информации. Для этих целей должны быть обеспечены сбор данных и широкий обмен информацией о наилучших доступных технологиях, сущест-

вующих в мировой практике.

Человек начал изменять природные комплексы уже на первобытной ста-

дии развития цивилизации, в период охоты и собирательства, когда стал поль-

зоваться огнем. Одомашнивание диких животных и развитие земледелия рас-

ширили территорию проявления последствий человеческой деятельности. По мере развития промышленности и замены мускульной силы энергией топлива интенсивность антропогенного влияния продолжала возрастать. В XX веке вследствие особенно быстрых темпов роста населения и его потребностей оно достигло небывалого уровня и распространилось на весь мир.

Рассматривая воздействие человека на окружающую среду, надо пом-

нить важнейшие экологические постулаты, сформулированные в книге Тайле-

ра Миллера «Жизнь в окружающей среде» [22].

1. Чтобы мы ни делали в природе, все вызывает в ней те или иные по-

следствия, часто непредсказуемые.

2.Все в природе взаимосвязано, и мы живем в ней все вместе.

3.Системы жизнеобеспечения Земли могут выдержать значительное давление и грубые вмешательства, однако всему есть предел.

4.Природа не только более сложна, чем мы о ней думаем, она гораздо сложнее, чем мы можем себе это представить.

Все созданные человеком комплексы (ландшафты) можно разделить на две группы в зависимости от цели их возникновения:

– прямые – созданные целенаправленной деятельностью человека: воз-

делываемые поля, садово-парковые комплексы, водохранилища и т.д., часто их называют культурными;

– сопутствующие – не предусматриваемые и обычно нежелательные, ко-

торые были активизированы или вызваны к жизни деятельностью человека:

70

болота по берегам водохранилищ, овраги на полях, карьерно-отвальные ландшафты и т.д.

Каждый антропогенный ландшафт имеет свою историю развития. За не-

сколько лет или десятилетий антропогенные ландшафты могут претерпеть та-

кие глубокие изменения, какие естественные ландшафты не испытают за мно-

гие тысячи лет. Причина этого – непрерывное вмешательство человека в структуру этих ландшафтов, причем это вмешательство обязательно сказыва-

ется и на самом человеке.

Антропогенные изменения в окружающей среде весьма разнообразны.

Непосредственно воздействуя лишь на один из компонентов среды, человек может опосредованно изменять и остальные. И в первом, и во втором случае происходит нарушение круговорота веществ в природном комплексе, и с этой точки зрения результаты воздействия на среду можно отнести к нескольким группам.

К первой группе относят воздействия, приводящие только к изме-

нению концентрации химических элементов и их соединений без изменения формы самого вещества. Например, в результате выбросов от автомобильного транспорта концентрация свинца и цинка возрастает в воздухе, почве, воде и растениях, во много раз превышая обычное их содержание. В этом случае ко-

личественная оценка воздействия выражается в массе загрязняющих веществ.

Вторая группа – воздействия приводят не только к количествен-

ным, но и качественным изменениям форм нахождения элементов (в пределах отдельных антропогенных ландшафтов). Такие преобразования часто наблю-

даются при разработке месторождений, когда многие элементы руд, в том чис-

ле токсичные тяжелые металлы, переходят из минеральной формы в водные растворы. При этом их суммарное содержание в пределах комплекса не меня-

ется, но они становятся более доступными для растительных и животных ор-

ганизмов. Другой пример – изменения, связанные с переходом элементов из биогенной формы в абиогенную. Так, человек при рубке лесов, вырубая гектар соснового леса, а затем сжигая его, переводит из биогенной формы в мине-

71

ральную около 100 кг калия, 300 кг азота и кальция, 30 кг алюминия, магния,

натрия и др.

Третья группа – формирование техногенных соединений и эле-

ментов, не имеющих аналогов в природе или не характерных для данной мест-

ности. Таких изменений с каждым годом становится все больше. Это появле-

ние фреона в атмосфере, пластмасс в почвах и водах, оружейного плутония,

цезия в морях, повсеместное накопление плохо разлагающихся пестицидов и т.д. Всего в мире повседневно используется около 70 000 различных синтети-

ческих химических веществ. Каждый год к ним добавляется около 1500 новых.

Следует учесть, что о воздействии на окружающую среду большинства из них известно мало, но, по крайней мере, половина из них вредны или потенциаль-

но вредны для здоровья человека.

Четвертая группа – механическое перемещение значительных масс элементов без существенного преобразования форм их нахождения.

Пример – перемещение масс породы при разработке месторождений как от-

крытым, так и подземным способом. Следы карьеров, подземных пустот и терриконов (холмов с крутыми склонами, образованных перемещенными из шахт отработанными пустыми породами) будут существовать на Земле многие тысячи лет. К этой же группе относятся и перемещения значительных масс почв при пыльных бурях антропогенного происхождения (одна пыльная буря способна перенести около 25 км3 почвы).

Анализируя результаты деятельности человека, следует учитывать и со-

стояние самого природного комплекса, его устойчивость к воздействиям. По-

нятие устойчивости – одно из самых сложных и спорных понятий в географии.

Любой природный комплекс характеризуется определенными параметрами,

свойствами (один из них, к примеру, – количество биомассы). Каждый пара-

метр имеет пороговое значение – такое количество, при достижении которого происходят изменения качественного состояния компонентов. Эти пороги практически не изучены и часто, прогнозируя будущие изменения природных комплексов под влиянием той или иной деятельности, нельзя указать конкрет-

72

ные масштабы и точные временные рамки этих изменений. Ежегодно из недр Земли извлекают свыше 100 млрд. т полезных ископаемых; выплавляют 800

млн. т различных металлов; производят более 60 млн. т не известных в приро-

де синтетических материалов; вносят в почвы сельскохозяйственных угодий свыше 500 млн. т минеральных удобрений и примерно 3 млн. т различных ядохимикатов, 1/3 которых поступает с поверхностными стоками в водоемы или задерживается в атмосфере (при рассеивании с самолетов). Для своих нужд человек использует более 13% речного стока и сбрасывает в водоемы ежегодно более 500 млрд. м3 промышленных и коммунальных стоков. Рас-

смотрим последствия трех основных видов хозяйственной деятельности чело-

века.

5.1.1. Промышленные воздействия

Промышленность – самая крупная отрасль материального производства

– играет центральную роль в экономике современного общества и является ос-

новной движущей силой ее роста. За последнее столетие мировое промышлен-

ное производство увеличилось более чем в 50 раз, причем 4/5 этого роста приходится на период с 1950 г., т.е. период активного внедрения в производст-

во достижений научно-технического прогресса. Естественно, что рост про-

мышленности в первую очередь сказался на окружающей среде, нагрузка на которую многократно возросла.

Промышленность и производимая ею продукция воздействует на среду на всех стадиях промышленного цикла, начиная с разведки и добычи сырья,

его переработки в готовую продукцию, образования отходов и кончая исполь-

зованием готовой продукции потребителем, а затем ее ликвидацией по причи-

не дальнейшей непригодности. При этом происходит отчуждение земель под строительство промышленных объектов и подъездов к ним; постоянное ис-

пользование воды (во всех отраслях промышленности); выброс веществ от пе-

реработки сырья в воду и воздух; изъятие веществ из почвы, горных пород,

73

биосферы и т.д. Нагрузка на ландшафты и их компоненты в ведущих отрас-

лях промышленности осуществляется следующим образом.

Энергетика – основа развития всех отраслей промышленности, сельско-

го хозяйства, транспорта, коммунально-бытового хозяйства. Это отрасль с очень высокими темпами развития и огромными масштабами производства.

Соответственно, и доля участия энергетических предприятий в нагрузке на природную среду весьма значительна. Ежегодное потребление энергии в мире

– более 10 млрд. тонн условного топлива, и цифра эта непрерывно увеличива-

ется. Для получения энергии используют либо топливо – нефть, газ, уголь,

древесину, торф, сланцы, ядерные материалы, либо другие первичные источ-

ники энергии – воду, ветер, энергию Солнца и т.д. Основные топливные ре-

сурсы невозобновимы – и это первая ступень воздействия на природу энерге-

тической отрасли – безвозвратное изъятие масс вещества.

Каждый из источников при его использовании характеризуется специ-

фическими параметрами загрязнения природных комплексов.

Уголь – самое распространенное ископаемое топливо. При сжига-

нии его в атмосферу поступают диоксид углерода, летучая зола, сернистый ан-

гидрид, оксиды азота, фтористые соединения, а также газообразные продукты неполного сгорания топлива. Иногда в летучей золе содержатся чрезвычайно вредные примеси, такие как мышьяк, свободный диоксид кремния, свободный оксид кальция.

Нефть. При сжигании жидкого топлива в воздух поступают кроме диоксида углерода сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, соединения ванадия, натрия, газообразные и твердые продукты неполного сгорания. Жид-

кое топливо дает меньшее количество вредных веществ, чем твердое, но ис-

пользование нефти в энергетике сокращается (в связи с исчерпанием естест-

венных запасов и исключительным использованием ее на транспорте, в хими-

ческой промышленности).

74

Природный газ – наиболее безвредный из ископаемых видов топ-

лива. При его сжигании единственным существенным загрязнителем атмосфе-

ры помимо СО2 являются оксиды азота.

Древесина больше всего используется в развивающихся странах

(70% населения этих стран сжигает в среднем около 700 кг топлива на челове-

ка в год). Сжигание древесины безвредно – в воздух попадает диоксид углеро-

да и пары воды, но при этом нарушается структура биоценозов – уничтожение лесного покрова вызывает изменения во всех компонентах ландшафта.

Ядерное топливо. Использование ядерного топлива – один из са-

мых спорных вопросов современного мира. Конечно, атомные станции в го-

раздо меньшей степени, чем тепловые (использующие уголь, нефть, газ), за-

грязняют атмосферный воздух, но количество воды, используемой на АЭС, в

два раза превышает потребление на тепловых станциях – 2,5–3 км3 в год на АЭС мощностью 1 млн. кВт, а тепловой сброс на АЭС в расчете на единицу производимой энергии значительно больше, чем на ТЭС в аналогичных усло-

виях. Но особенно жаркие споры вызывают проблемы радиоактивных отходов и безопасность эксплуатации атомных станций. Колоссальные последствия для природной среды и человека возможных аварий на ядерных реакторах не позволяют относиться к ядерной энергии так же оптимистично, как это было в начальный период использования «мирного атома».

Если рассматривать влияние утилизации ископаемых видов топлива на другие компоненты природных комплексов, то следует выделить воздействие на природные воды. Для нужд охлаждения генераторов на электростанциях производится огромный водозабор: для выработки 1 кВт электроэнергии необ-

ходимо от 200 до 400 л воды; современная ТЭС мощностью 1 млн. кВт требует в течение года 1,2–1,6 км3 воды. Как правило, забор воды для систем охлажде-

ния энергетических установок составляет 50–60% от общего промышленного изъятия воды. Возвращение сточных вод, нагретых в системах охлаждения,

вызывает тепловое загрязнение воды, в результате которого, в частности, па-

дает растворимость в воде кислорода и одновременно активизируется жизне-

75

деятельность водных организмов, которые начинают потреблять больше ки-

слорода.

Следующий аспект негативного влияния на ландшафт при добыче топ-

лив – отчуждение больших площадей, на которых уничтожается раститель-

ность, изменяются структура почвы, водный режим. Это касается в первую очередь открытых способов добычи топлива (в мире около 85% полезных ис-

копаемых и строительных материалов добывается открытым способом).

Среди других первичных источников энергии – ветра, речной воды,

солнца, приливов и отливов, подземного тепла – особое место занимает вода.

Геотермальные электростанции, солнечные батареи, ветряные турбины, при-

ливно-отливные электростанции обладают преимуществом незначительного воздействия на окружающую среду, но их распространение в современном мире достаточно ограниченно.

Речные воды, используемые гидроэлектростанциями (ГЭС), преобра-

зующими энергию водного потока в электрическую, практически не оказыва-

ют загрязняющего воздействия на окружающую среду (за исключением тепло-

вого загрязнения). Их негативное влияние на экологию заключается в другом.

Гидротехнические сооружения, в первую очередь плотины, нарушают режимы рек и водоемов, препятствуют миграции рыбы, влияют на уровень грунтовых вод. Пагубно влияют на экологию и водохранилища, создаваемые для вырав-

нивания речного стока и бесперебойного снабжения ГЭС водой. Суммарная площадь только крупных водохранилищ мира составляет 180 тыс. км2 (столько же затоплено земель), а объем воды в них – около 5 тыс. км3. Помимо затопле-

ния земель создание водохранилищ сильно изменяет режим стока рек, влияет на локальные климатические условия, что, в свою очередь, воздействует на растительный покров по берегам водохранилища.

Металлургия. Воздействие металлургии начинается с добычи руд чер-

ных и цветных металлов, ряд из которых, такие как медь и свинец, применя-

ются еще с давних времен, а другие – титан, бериллий, цирконий, германий – активно используются лишь в последние десятилетия (для нужд радиотехники,

76

электроники, ядерной техники). Но с середины XX века, вследствие научно-

технической революции, резко возросла добыча и новых, и традиционных ме-

таллов и потому увеличилось количество природных нарушений, связанных с перемещением значительных масс пород. Кроме основного сырья – руд метал-

лов – металлургия достаточно активно потребляет воду. Примерные цифры расхода воды на нужды, например, черной металлургии таковы: на производ-

ство 1 т чугуна затрачивается около 100 м3 воды; на производство 1 т стали –

300 м3; на изготовление 1 т проката – 30 м3 воды. Но самая опасная сторона воздействия металлургии на окружающую среду – техногенное рассеяние ме-

таллов. При всем различии свойств металлов все они по отношению к ланд-

шафту являются примесями. Их концентрация может возрастать в десятки и сотни раз без внешнего изменения окружающей среды. Главная опасность рас-

сеянных металлов заключается в их способности постепенно накапливаться в организмах растений и животных, что нарушает пищевые цепи. Металлы по-

падают в окружающую среду на всех стадиях металлургического производст-

ва. Часть теряется при транспортировке, обогащении, сортировке руд. Так, за одно десятилетие на данном этапе было рассеяно во всем мире около 600 тыс.

т меди, 500 тыс. т цинка, 300 тыс. т свинца, 50 тыс. т молибдена. Дальнейший выброс происходит непосредственно на производственной стадии (причем вы-

брасываются не только металлы, но и другие вредные вещества). Никелевое производство характеризуется выбросами мышьяка и больших количеств ди-

оксида серы (SO2); производство алюминия сопровождается выбросами фтора и т.д. Загрязнение среды осуществляется и сточными водами металлургиче-

ских заводов. К наиболее опасным загрязнителям относят свинец, кадмий и ртуть, затем медь, олово, ванадий, хром, молибден, марганец, кобальт, никель,

сурьму, мышьяк и селен. В изменяющемся ландшафте вокруг металлургиче-

ских предприятий можно выделить две зоны. Первая, с радиусом 3–5 км, не-

посредственно примыкающая к предприятию, характеризуется практически полным разрушением исходного природного комплекса. Здесь часто отсутст-

вует растительность, в значительной мере нарушен почвенный покров, исчез-

77

ли населявшие комплекс животные и микроорганизмы. Вторая зона более обширная, до 20 км, выглядит менее угнетенной – здесь редко происходит ис-

чезновение биоценоза, но нарушены отдельные его части и во всех компонен-

тах комплекса наблюдается повышенное содержание элементов-

загрязнителей.

Химическая промышленность – одна из самых динамичных отраслей в большинстве стран; в ней часто возникают новые производства, внедряются новые технологии. Но с ней связано и появление множества современных про-

блем загрязнения окружающей среды, вызванных как ее продукцией, так и технологическими процессами производства. Данная отрасль, как и металлур-

гия и энергетика, относится к числу чрезвычайно водоемких. Вода участвует в производстве большинства важнейших химических продуктов – щелочей,

спиртов, азотной кислоты, водорода и т.д. На производство 1 тонны синтети-

ческого каучука требуется до 2800 м3 воды, 1 тонны резины – 4000 м3, 1 тонны синтетического волокна – 5000 м3. После использования вода частично воз-

вращается в водоемы в виде загрязненных сточных вод, что приводит к ослаб-

лению или подавлению жизнедеятельности водных организмов, отчего за-

трудняются процессы самоочищения водоемов. Состав воздушных выбросов химических предприятий также чрезвычайно разнообразен. Нефтехимические производства загрязняют атмосферу сероводородом и углеводородами; произ-

водство синтетического каучука – стиролом, дивинилом, толуолом, ацетоном;

производство щелочей – хлористым водородом и т.д. В больших количествах выбрасываются и такие вещества, как оксиды углерода и азота, аммиак, неор-

ганическая пыль, фторсодержащие вещества и многие другие. Одна из наибо-

лее проблематичных сторон воздействия химических производств заключается в распространении в природе ранее не существовавших соединений. Среди них особо вредными считаются синтетические поверхностно-активные веще-

ства – СПАВ (иногда их называют детергентами). Они попадают в окружаю-

щую среду при производстве и использовании в быту различных моющих средств. Поступая с промышленными и бытовыми стоками в водоемы, СПАВ

78

плохо задерживаются очистными сооружениями, способствуют появлению в воде обильной пены, придают ей ядовитые свойства и запах, вызывают гибель и перерождение водных организмов и, что очень существенно, усиливают ток-

сическое действие других загрязнителей. Таковы основные негативные воз-

действия на природные системы ведущих отраслей мировой промышленности.

Естественно, что перечисленным влияние промышленности не исчерпывается:

есть машиностроение, использующее продукцию металлургии и химической промышленности и вносящее свой вклад в рассеяние многих веществ в окру-

жающей среде; есть такие водоемкие отрасли, как целлюлозно-бумажная и пищевая, обеспечивающие к тому же большую долю органических загрязне-

ний среды, и др. На основании анализа воздействия на экологию трех основ-

ных производств можно определить характер и пути промышленных загрязне-

ний среды для любой отрасли, для чего необходимо знать специфику произ-

водства.

5.2. Экологическая стратегия и политика развития производства

Утвердившаяся в последние десятилетия концепция устойчивого (точнее не наносящего ущерб природе) экономического роста предполагает неразрыв-

ное сочетание экономической и экологической политики. По существу, речь идет о новой модели экономического развития, соответствующей реалиям глобализированной экономики начала третьего тысячелетия.

Экологическая политика все более активно реализуется в экономической стратегии развитых стран и крупных компаний. Она охватывает систему мер,

направленных на рациональное использование природных ресурсов, их охрану и восстановление внутри страны и за ее пределами. Эта политика проводится как на уровне государства, которое устанавливает законодательные нормы в области охраны природной среды, так и на уровне компаний, которые берут на себя обязательства по соблюдению этих норм в своей стратегии развития.

В мире разрабатывается и осуществляется целый комплекс мер, направ-

ленных на решение задач нового этапа развития. Он включает принятие при-

79