1498

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Л.Б. Сафонова Л.Н. Звягина

ИНЖЕНЕРНЫЕ СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Часть 1

Утверждено учебно-методическим советом университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2017

Современная экология – это фундаментальная наука о природе, комплексная и объединяющая основы нескольких классических наук – биологии, геологии, географии, климатологии, ландшафтоведения.

Инженерная экология – большой раздел экологии, рассматривающий воздействие промышленности на природу и наоборот, влияние условий природной среды на функционирование предприятий и их комплексов. Инженерная экология несет ответственность за оптимальное управление техносферой планеты в аспекте глобальной безопасности. В практическом плане формирует индустриально-технологические решения по обеспечению устойчивого компромисса между природой и обществом на локальном, региональном и глобальном уровнях.

ЛЕКЦИЯ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Для удовлетворения своих потребностей люди осуществляют хозяйственную деятельность. Основу хозяйственной деятельности составляет производство. Техника (от греч. techne

– искусство, мастерство) – совокупность средств человеческой деятельности, создаваемых для осуществления процессов производства и обеспечения непроизводственных потребностей общества. Главное назначение техники – полная или частичная замена производственных функций человека с целью облегчения труда и повышения его производительности. Во взаимодействии общества и природы техника играет двоякую роль. С одной стороны, с ее помощью человек удовлетворяет многие свои потребности, но с другой – люди, применяя технику, вызывают в природе изменения, нежелательные для всех обитателей биосферы. Находясь в органической связи с природой, современное общество преобразует ее посредством техники, причем в таких масштабах, которые обусловили формирование техносферы Земли. Под техносферой понимают планетарное пространство, находящееся под воздействием производствен-

4

ной деятельности людей и занятое продуктами этой деятельности.

В настоящее время объем антропогенного воздействия на природу стал слишком велик и приблизился к пределу устойчивости биосферы. Существенное сокращение площади естественных биоценозов, уменьшение биологического разнообразия нарушают природные потоки вещества и энергии, вызывают количественное и качественное обеднение биосферы. Потребление и изъятие человеком возобновляемых природных ресурсов – пресной воды, почвы, биомассы растений – достигло критической скорости. Отходы производственной деятельности загрязняют окружающую среду, так как они содержат множество материалов, не утилизируемых в природных круговоротах. Загрязнение ведет к неблагоприятным изменениям климата, создает угрозу здоровью людей, взывает деградацию экосистем. На потоках вещества и энергии в природе стала сказываться существенная разомкнутость антропогенного круговорота веществ; появились признаки нарушения биосферного равновесия, ослабления средообразующей и средорегулирующей функций биосферы. В настоящее время резко сократились

ипродолжают быстро уменьшаться запасы невозобновимых, главным образом минеральных и топливных ресурсов, что создает серьезные экономические проблемы.

Природа отвечает на возрастающее антропогенное давление часто непредвиденными изменениями. Антропогенное преобразование ландшафтов и загрязнение среды нередко имеют неконтролируемые последствия, приводящие к возникновению зон повышенного экологического риска, экологических бедствий и экономических потерь. Избирательное воздействие на отдельные виды микроорганизмов, растений или животных, исключение этих организмов из природных сообществ вызывает неконтролируемые цепные реакции, которые затрагивают многие виды, нарушают устойчивость экосистем. Химическое и радиационное загрязнение среды ускоряет мутации

иприводит к появлению новых биологических форм, обла-

5

дающих повышенной устойчивостью, а иногда и опасными для человека свойствами.

Человек оказался в ловушке противоречия между своей биологической сущностью и нарастающим отчуждением от природы. Современная цивилизации приобрела черты цивилизации потребления, экономика которой поддерживается преимущественно за счет диктата предложения и провокации большого числа второстепенных, необязательных потребностей. Именно их удовлетворение ведет в основном к избыточной техногенной нагрузке на природу.

С точки зрения знаменитого эколога Б. Коммонера существует пять основных видов антропогенного воздействия на биосферу.

1. Упрощение экосистемы и разрыв биологических цик-

лов.

2.Концентрация рассеянной энергии в виде теплового загрязнения.

3.Рост числа ядовитых отходов от химических произ-

водств.

4.Введение в экосистему новых видов.

5.Появление генетических изменений в организмах растений и животных.

По экологическим последствиям антропогенные воздействия делятся на положительные и отрицательные. В качестве примеров положительных антропогенных воздействий можно привести восстановление запасов подземных вод, полезащитное лесоразведение, рекультивацию земель. К отрицательным антропогенным воздействиям на природу относятся вырубка леса на больших площадях, засоление и опустынивание земель, чрезмерное добывание некоторых видов животных. Одним из наиболее опасных видов отрицательного антропогенного воздействия на природу является загрязнение.

Загрязнением называется поступление в окружающую среду любых твердых, жидких и газообразных веществ, микроорганизмов или энергий в количествах, вредных для здоровья человека, животных, состояния растений и экосистем. К за-

6

грязнителям биосферы, представляющим огромную опасность для человека и природных биотических сообществ, относятся диоксид серы, тяжёлые металлы, канцерогенные вещества, в частности без(а)пирен, нефть и нефтепродукты, пестициды, оксид углерода, оксиды азота, радионуклиды, диоксины.

По видам изменений, вносимых в окружающую среду, загрязнения можно сгруппировать в следующие категории:

1.Ингредиентное загрязнение – это загрязнение веществами, чуждыми естественным биогеоценозам (минеральное и органическое). К минеральному ингредиентному загрязнению относятся продукты сгорания ископаемого топлива, отходы химического производства. Примерами органического ингредиентного загрязнения являются бытовые стоки и мусор, отходы животноводческих ферм.

2.Параметрическое загрязнение – это загрязнение, которое связано с изменениями качественных параметров окружающей среды (тепловое, шумовое, радиационное, электромагнитное).

3.Биоценотическое загрязнение – это загрязнение, которое вызывает нарушение в составе и структуре популяций живых организмов (браконьерство, акклиматизация видов).

4.Стациально-деструкционное загрязнение – загрязнение, которое связано с нарушением и преобразованием ландшафтов и экосистем в процессе природопользования. Стацией называется место обитания популяции. К стациальнодеструкционному загрязнению относятся вырубка лесных насаждений, эрозия почв, урбанизация.

В зависимости от масштаба, загрязнения делят на глобальные, региональные и локальные. Глобальным называется загрязнение, которое обнаруживается в любой точке планеты, в том числе на большом расстоянии от источника. Региональное загрязнение – это возникновение в окружающей среде не характерных для нее физических, химических, биологических и информационных агентов или превышение естественного уровня концентраций упомянутых агентов, выявляемое на значительном пространстве, но не охватывающее всю планету.

7

Локальным называется загрязнение небольшого региона. В зависимости от факторов, вызывающих загрязнения, различают природные и антропогенные загрязнения. Природное загрязнение возникает в результате воздействия естественных источников (пыльные бури, извержение вулканов, сели и др.). Антропогенное загрязнение – это загрязнение, вызванное хозяйственной деятельностью человека (промышленные предприятия, транспорт и др.).

В результате хозяйственной деятельности человека создаются нообиогеоценозы. К ним относятся технобиогеоценозы, образующиеся в процессе развития промышленных предприятий; агроценозы, формирующиеся в результате сельскохозяйственной деятельности; урбабиогеоценозы, создаваемые в результате строительства городов. Нообиогеоценоз включает в себя дополнительное сообщество, которое называется нооценозом. Нооценоз представляет собой совокупность общества, средств труда и продуктов труда. При появлении в структуре экологической системы объектов промышленного производства образуется природно-техническая геосистема. Природнотехнической геосистемой называется совокупность природных и искусственных объектов, формирующаяся в результате строительства и эксплуатации инженерных и иных сооружений, комплексов и технических средств, взаимодействующих с природными объектами.

Агроценоз – это сообщество, созданное человеком для своих целей, с определенным уровнем и характером продуктивности. Различия между агроценозом и природными экосистемами заключаются в следующем:

1.Резко снижено разнообразие организмов. Видовую бедность агроценозов человек поддерживает сложной системой агротехнических мер.

2.Виды, культивируемые человеком, не могут выдерживать борьбу за существование без поддержки человека.

3.Агроценозы получают, кроме солнечной, дополнительную энергию благодаря деятельности людей, улучшающих условия роста культивируемых организмов.

8

4.Чистая первичная продукция агроценоза (биомасса растений) удаляется из агроэкосистемы человеком в виде урожая и не поступает в цепи питания.

5.Агроценозы, в отличие от природных экосистем, не являются саморегулирующимися системами, поэтому они не могут существовать без поддержки человека.

ЛЕКЦИЯ 2. АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА АТМОСФЕРУ

Роль атмосферы в природных процессах очень велика: она определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает ее от вредного воздействия коротковолнового ультрафиолетового излучения. Циркуляция атмосферного воздуха оказывает влияние на местные климатические условия, а через них – на режим рек, почвенно-растительный покров. За последнее время в результате антропогенного воздействия в атмосфере произошли значительные изменения. Химическое загрязнение атмосферы представляет огромную опасность для человечества. Вещества, попадающие в атмосферу в результате хозяйственной деятельности человека, не просто изменяют ее состав, но оказывают существенное влияние на сложившиеся в результате длительного развития процессы, протекающие в ней. Огромное негативное воздействие на состояние атмосферного воздуха оказывают газообразные и аэрозольные выбросы промышленного и бытового происхождения. По сравнению с другими компонентами среды обитания человека, атмосфера характеризуется большей пространственной мобильностью и загрязняется наиболее быстро. Результаты экологических исследований свидетельствуют о том, что загрязнение атмосферы

– самый мощный и постоянно действующий фактор, оказывающий влияние на здоровье человека и состояние окружающей среды. С загрязнением атмосферы связывают в первую очередь заболеваемость дыхательных путей, патологию сер- дечно-сосудистой системы, увеличение распространенности аллергических заболеваний.

9

По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу можно разделить на следующие группы.

1.Газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода и др.).

2.Жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.).

3.Твердые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа и пр.).

Газы и пары образуют с воздухом смеси, а твердые и жидкие частицы – аэрозоли (дисперсные системы), которые подразделяют на пыль (размеры частиц более 1 мкм), дым (размеры твердых частиц менее 1 мкм) и туман (размер жидких частиц менее 10 мкм). Пыль, в свою очередь, может быть крупнодисперсной (размер частиц более 50 мкм), среднедисперсной (50 – 10 мкм) и мелкодисперсной (менее 10 мкм). В зависимости от размера жидкие частицы подразделяются на супертонкий туман (до 0,5 мкм), тонкодисперсный туман (0,5 – 3,0 мкм), грубодисперсный туман (3 – 10 мкм) и брызги (свыше 10 мкм). Следует отметить, что аэрозоли чаще полидисперсные, т. е. содержат частицы различного размера.

Главными антропогенными загрязнителями атмосферного воздуха, на долю которых приходится приблизительно 98% в общем объеме выбросов вредных веществ, являются ди-

оксид серы (SO2), диоксид азота (NO2), оксид углерода (СО) и твердые частицы.

Диоксид серы может вызвать раздражение и повреждение слизистых оболочек у человека и животных, а также спазм бронхов. Он нарушает процессы фотосинтеза и приводит к гибели растительности.

Одними из наиболее опасных загрязнителей атмосферного воздуха являются оксиды азота. Эти вещества составляют примерно 1/3 часть всех токсичных выбросов промышленного происхождения. В природе оксиды азота выбрасываются в атмосферу во время лесных пожаров. Большие концентрации оксидов азота в городах и окрестностях промышленных предприятий связаны с хозяйственной деятельностью человека. В значительном количестве оксиды азота поступают в атмосферу в

10