Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Техносфера и окружающая среда. Учебное пособие.pdf
в Сирии нагрузка на пастбища в 3 раза превышает предел, выше которого
возможна дегенерация ландшафта.
Не лучше положение и во многих других странах. Ирригация, повышая эффективность сельского хозяйства, способствует при этом размыванию почв и их засолению.
Огромный вред почвам наносит промышленная и строительная
деятельность человека. В результате строительства зданий и сооружений вер
хний слой почвы лишается связи с атмосферой, нарушается обмен
веществ и энергии, гибнут организмы на этом участке.
Превращение земель в пастбища приводит к их опустыниванию, так
как скот поедает всю растительность, а почву затаптывает, нарушая её
связь с атмосферой.
Большой вред приносит вырубка лесов. Так, если под влажными
тропическими лесами вследствие эрози
и теряется ежегодно 1 кг почвы
с гектара, то после вырубки этот показатель увеличивается в 34 раза.
Одним из важнейших и глобальных последствий негативного воздействия человека на почвы является их эрозия (разрушение и смыв плодородного слоя водой и ветром), причиной является уничтожение лесов и
естественного травянистого покрова, многократная распашка зе
мли без
соблюдения правил агротехники. В США, например, около 44% обрабатываемых земель подвержено эрозии. В России более 54% сельскохозяйственных угодий и 68% пашни в настоящее время эродировано или эрозионно опасно. На таких землях урожайность снижается на 10…30%.
Подсчитано, что только за последнее столетие в результате водной и ветровой эрозий на планете потер
яно 2 млрд га плодородных земель актив-
ного сельскохозяйственного пользования.
Уменьшение площади водно-болотные угодий. Водно-болотные
угодья в настоящее время довольно широко распространены на планете.
В настоящее время всё большую остроту приобретает проблема осу-
шения водно-болотных угодий.
Водные мелиорации (орошение и осушение) – один из основных
путей повышения урожайн
ости сельскохозяйственных угодий, занимающих на планете 10% площади суши. Шестая часть этих земель мелиорирована, и с них получают от 40 до 50% всех производимых сельскохозяйственных продуктов.
Во всём мире площади, охваченные водными мелиорациями, посто-
янно увеличиваются.
Осушение широко распространено на территориях, где имеются за-
болоченные и переувлажнённые земли, что в первую очередь хар
актерно
для Нечернозёмной зоны России, стран Балтии и Беларуси. Осушение
41
низинных, переходных и верховых болот осуществляется с помощью
открытых каналов и закрытого дренажа разных типов.
Таким образом, к негативным последствиям осушения водно-болот-
ных угодий можно отнести следующие:
1) обмеление прилежащих водоёмов;
2) сокращение атмосферных осадков на данной территории;
3) учащение засух на данной территории;
4) увеличение инфильтрации подземных вод к поверхности земли и,
как следствие, увеличение вероятн
ости образования подземных пустот
с их последующим обрушением.
Глобальное опустынивание. С заселением людьми почти всей свободной поверхности суши и её нерациональным использованием, с вырубкой лесов, а также с крайне неэффективными методами ведения сельского хозяйства связано такое угрожающее явление, как опустынивание.
Начальной стадией опустынивания является ар
идизация почвы. Это
сложный и разнообразный комплекс процессов уменьшения увлажнённости обширных территорий и вызванного этим сокращения биологической
продуктивности экологических систем «почва – растения». Проявления
аридизации (от частых засух до полного опустынивания) на обширных
территориях Африки, Юго-Восточной и Южной Азии, ряда стран Южной
Америки крайне обостряют проблемы продовольствия, кормов, воды,
плива, вызывают глубокие изменения экосистемы. Угодья, окаймляв-
то
шие пустыни, не выдерживают нагрузки и сами превращаются в пустыни,
что приводит к ежегодной потере тысяч гектаров пригодных для сельского
хозяйства земель.
Образование пустынь связано с вырубкой лесов и неразумным использованием пастбищ. Также опустыниванию почвы способствует добыча каменного угля вследствие устаревшей техн
ологии, выводя из хозяйст-
венного оборота значительную часть земли.
Естественные пустыни и полупустыни занимают более 1/3 земной
поверхности.
42
2. ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ТЕХНОСФЕРЕ
2.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Сущность, причины появления и свойства загрязнений. Загряз-
нения – это внесённые в окружающую среду продукты общественного
производства, являющиеся результатом человеческой деятельности и
вызывающие неблагоприятные изменения или разрушения окружающей
среды.
Причины появления отходов и загрязнений:
− наличие примесей в исходной среде, которые остаются в продук-
те на выходе;
− выделение в процессе физико-химическ
ных видов энергии, негативно воздействующих на окружающую среду;
− протекание в процессе физико-химического взаимодействия
не только основных, но и побочных химических реакций, в результате
чего образуются побочные химические продукты, которые становятся
загрязнителями;
− степень превращения исходного сырья в конечный продукт
может быть менее 100%, т.е. какое-то количество сырья не превра
вообще, либо превращается в другой нежелательный продукт;
− нерациональное использование веществ и энергии на производстве.
Загрязнения могут обладать следующими свойствами, увеличиваю-
щими негативность их воздействия на окружающую среду:
1) устойчивость – когда загрязнение нельзя или очень трудно лик-
видировать либо нельзя или очень трудно снизить уровень и интенсив-
сть его воздействия (например, радиация после атомного взрыва);
но
2) транспортабельность – когда загрязнения могут переноситься
на значительные расстояния от места выброса (например, перенос ветром
вредных химических веществ);
3) накопляемость – когда загрязнения накапливаются в одном месте
(например, скопление вредных химических веществ в телах рыб, употребляемых затем в пищу);
4) развиваемость – когда загрязнение, по
начинает по каким-либо причинам увеличивать уровень и интенсивность
своего негативного воздействия (например, диоксид серы SO
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ТЕХНОСФЕРЕ
их превращений различ-
пав в окружающую среду,
щается
, попав
2
43
из выхлопной трубы в атмосферу, при определённых условиях вступает
в реакцию с парами воды, в результате чего образуется серная кислота,
выпадающая затем на землю в виде кислотного дождя);
5) приспособляемость – когда загрязнение в течение некоторого
времени приспосабливается к внешним воздействиям на него со стороны
окружающей среды или человека (например, биологические загрязнения –
вирусы, испытывающие на себе «химич
еские атаки» человека, но со временем мутирующие и приспосабливающиеся к воздействию химических
соединений).
В зависимости от агрегатного состояния загрязнения бывают
[5, с. 38–39]:
1. Жидкие – состоят в основном из жидкой фазы и содержат раство-
рённые в воде или других растворителях соли, щёлочи, кислоты, а также
примеси взвешенных частиц. Со
держание взвешенных частиц обычно
превышает уровень, при котором происходит их осаждение. К этой группе относят: производственные сточные воды, загрязнение токсичными и
ядовитыми соединениями (кислотами, щелочами, хлоридами, фторидами,
органическими веществами и пр.); отработанные органические растворители и жидкости, нефтепродукты, масла и др.
2. Твёрдые – получаются в виде порошков, пыли, слитков или за-
тверде
вшей массы. К ним относятся огарки, зола, пыль, сажа, пластмассы,
резины, отработанные катализаторы, остатки после обогащения руд, твёрдые органические остатки, адсорбенты, волокна, шины и др.
3. Газообразные – включают газовые выбросы промышленных печей и вентиляционных установок, сушилок, отводящие газы технологических установок, пары органических веществ и др.[5, с. 38–39].
4. Комплексные – гетеро
генные материалы, состоящие из нескольких фаз. К этой группе отходов относятся остатки процессов фильтрации
и седиментации (осадок); обработки и нейтрализации жидких отходов;
отработанные илы, образующиеся при биохимической очистке сточных
вод; шламы гальванических производств; смолы, кислые и вязкие гудроны; нефтяные шламы и др.
Сущность и эволюция ингридиентного загрязнения окружающей
среды. По
д ингридиентным загрязнением окружающей природной среды
понимается внесение в окружающую природную среду различных отходов и веществ, являющихся результатом человеческой деятельности и
вызывающих неблагоприятное изменение или разрушение окружающей
среды либо её части.
44
Ингридиентное загрязнение окружающей среды стало проявляться
с самого начала техногенной деятельности человека (техногенеза).
Первыми загрязнениями стали бытовые, например остатки пищи и изделий первобытного человека.
К XVII веку нашей эры широкое промышленное производство вещей
для нужд человека обусловило резкое увеличение количества промыш-
ленных загрязнений, получаемых из сырья при создании каких-либо конечных про
дуктов. Кроме того, использование в качестве источников
энергии для механизмов воды вызвало её загрязнение, а также изменение
русел рек и т.д. Использование угля привело к началу интенсивного загрязнения атмосферы химическими продуктами сгорания угля (диоксид
углерода, оксиды серы, сернистый ангидрид и т.д.). Использование в качестве топлива нефти и её п
роизводных добавило к загрязняющим атмосферу веществам углеводороды. Благодаря многим особенностям промышленного производства и круговороту веществ в природе загрязняющие вещества также в большом количестве стали попадать в гидросферу и
литосферу.
Научно-техническая революция привела к увеличению загрязнения
окружающей природной среды веществами, среди которых всё большую
долю ст
али занимать синтетические вещества, чрезвычайно опасные для
природных организмов и практически не перерабатываемые природой, а
также радиоактивные компоненты.
Суть процесса ингридиентного загрязнения природной среды совре-
менным предприятием можно увидеть из схемы рис. 9.
Главными ингридиентами, определяющими техногенное загрязнение
окружающей среды, являются примеси и отходы.
Сырьё,
материалы
Воздух Вода Энергия
Продукция
Промышленное предприятие
Выбросы
в атмосферу
Сточные
воды
Твёрдые
отходы
Энергетиче-
ские выбросы
Рис. 9. Загрязнение природной среды
промышленными предприятиями
45
Примеси и отходы как загрязняющие ингридиенты. Примеси
(полютанты) – это вещества, непосредственно внесённые человеком
в окружающую среду либо содержащиеся в составе отходов человеческой
деятельности, по каким-либо причинам вызывающие вредные изменения
химических состава и свойств компонентов окружающей среды.
Примеси могут быть механическими, химическими, физическими и
биологическими.
Механические примеси не встраиваются в кристаллические решёт
ки
и не вступают в физико-химическое взаимодействие с молекулами природных компонентов. Примерами механических примесей являются
нерастворяющиеся частицы взвешенных веществ в сточной воде, аэрозольные загрязнения воздуха и т.д.
Для химических примесей характерно встраивание в состав природных химических соединений с изменением их химических свойств. К ним,
например, можно отн
ести соединения свинца, замещающие в костных
тканях организмов кальций.
Физические примеси в процессе массообмена проникают в поры и
микропоры природных компонентов, удерживаясь там силами сорбционного взаимодействия. В качестве примера можно привести процесс
поглощения вредных ароматических веществ пищевыми продуктами.
Биологические примеси представляют собой совокупности или
отдельные чужеродные организмы, клетки, гены, внедря
ющиеся самостоятельно или искусственно внедряемые человеком внутрь природных
компонентов и вызывающие в процессе своей жизнедеятельности разрушение (биоэрозию) компонентов неживого вещества, а также различные
изменения в биологическом строении и патологии живых существ. Такими примесями, например, являются различные вредные для организмов
микробы, внедрённые в растения с помощью биотехнологических процессов гены устойчиво
сти и т.д.
Классификация загрязнений по природе. По природе [1, 4, 5]
загрязнения классифицируются следующим образом:
1. Физические (энергетические) загрязнения:
а) тепловые загрязнения – повышение температуры среды в связи
с промышленными выбросами нагретого воздуха, отходящих газов и воды,
а также как вторичный результат изменения химического состава среды;
б) световые загрязнения – нарушение естественной о
свещённости
местности в результате действия искусственных источников света, приводящих к аномалиям в жизни растений и животных;
в) шумовые загрязнения – увеличение интенсивности шума сверх
природного уровня, что приводит к повышению утомляемости, снижению
умственной активности и потере слуха у организмов;
46
г) электромагнитные загрязнения – изменения электромагнитных
свойств среды от линий электропередачи, радио и телевидения, работающих подстанций и другого электрооборудования, приводящие к аномалиям и изменениям в биологических структурах;
д) радиационные загрязнения – повышение естественного уровня
содержания в окружающей среде радиоактивных веществ.
2. Примеси (ингредиентные, материальные, вещественные загряз-
нения):
а) механические примеси – агенты, оказывающие на ок
ружающую
среду лишь механическое воздействие без физико-химических последствий, в том числе аэрозоли, твёрдые тела и частицы;
б) химические примеси – разнообразные химические соединения,
вступающие во взаимодействие с биосферой, изменяющие физикохимические свойства среды и оказывающие отрицательное воздействие
на экосистемы;
в) биологические примеси – внедрённые в экосистему различные
виды флоры и фауны, чуждые оп
ределённым биоценозам, например распространение определённых нежелательных организмов на территории,
где они раньше на наблюдались, массовое размножение организмов на
антропогенных субстратах или в средах, изменённых в ходе хозяйственной деятельности человека.
3. Ландшафтные загрязнения:
а) биотопические загрязнения – загрязнения, оказывающие влияние
на структуру поверхности земли, например неконтролируемая распашка
земель, эрози
я и т.д.;
б) биоценотические загрязнения – воздействие на состав и структуру популяции, например нерегулируемые отлов и отстрел животных, сбор
растений, из-за чего уменьшается количество представителей уничтожаемых видов, нарушается гомеостаз и разрушается трофическая цепь;
искусственное разведение определённых видов растений и животных,
из-за чего увеличивается количество представителей вновь со
зданных
видов, которые вытесняют другие виды животных и растений с данной
территории (например, кукуруза Н. С. Хрущева);
в) литосферные загрязнения – загрязнения, оказывающие влияние
на состояние недр Земли.
4. Информационные загрязнения – информация, вызывающая у человека негативные ассоциации, что приводит к стрессу, нервному срыву и
заболеваниям:
а) эстетические загрязнения – различные объекты, действия людей,
машин и т.д.,
которые способствуют появлению у человека ассоциаций
о неэстетичности данных объектов, действий, движений и т.д. (архитектурные загрязнения, видеозагрязнения);
47
б) ноозагрязнения – негативные слова и мысли, загрязняющие ноо-
сферу;
в) этические (социальные) загрязнения – какие-либо объекты или
действия людей, машин и т.д., которые вызывают у человека ассоциации
о нарушении данным объектом (или людьми, машинами и т.д.) этических
норм и правил, принятых в обществе (например, захват заложников, рабство и т.д.); действия отдел
ьных людей либо их организованных и неорганизованных групп (общественности), вызывающие у человека ассоциации
о нарушении социальных норм и правил (установление диктатуры, анархия и т.д.).
Классификация загрязнений по способу воздействия на окру-
жающую среду. По способу воздействия на окружающую среду загрязне-
ния классифицируются следующим образом:
1. По сп
особу отведения в окружающую среду:
а) организованные – загрязнения, которые отводятся в атмосферу,
водоёмы и почву с помощью специальных сооружений (канализационных
систем, дымовых труб, заводских факелов, печей сжигания, патрубков
вентиляционных систем, дренажных систем илонакопителей и шламовых
площадок и пр.);
б) неорганизованные – загрязнения, которые невозможно объединить и отвести в ту или иную среду (утечки через непло
тности в аппаратах, трубопроводах и арматуре, испарения с поверхности сточной жидкости в системах канализации и очистки сточных вод, испарение продуктов
из резервуаров и хранилищ, аварийные розливы и залповые выбросы продуктов в окружающую среду, выбросы при продувках и промывании аппаратов, сбросы перед проведением р
емонтных работ и пр.).
2. По плотности выброса:
а) сосредоточенного выброса – загрязнения от единичных источников, установленных в непосредственной близости друг от друга, группами;
б) рассредоточенного выброса – загрязнения от единичных источников, удалённых друг от друга на большие расстояния;
в) сосредоточенно-рассредоточенного выброса – загрязнения от сосредоточенных и рассредоточенных источников, удалённых разли
чными
группами друг от друга на большие расстояния.
3. По периоду воздействия на окружающую среду:
а) постоянные по времени – загрязненяющие вещества, оказывающие своё негативное воздействие либо выделяемые в окружающую среду
постоячнно в течение длительного времени;
б) периодические по времени – загрязнения, производимые источниками периодического действия;
48
в) одиночные по времени (залповые) – загрязняющие вещества, оказывающие своё негативное воздействие либо выделяемые в окружающую
среду единовременно, как правило, в больших объёмах и при аварийных
ситуациях;
г) одиночно-постоянные по времени действия – загрязняющие вещества, единовременно попавшие в окружающую среду (например, при
чрезвычайных ситуациях), но оказывающие затем постоянное длительное
воздействие на неё.
По токсичности (по классам опасности):
4.
а) чрезвычайно опасные – экологическая система необратимо нарушена. Период восстановления отсутствует (например, содержащие ртуть, хромовокислый калий, трёххлористую сурьму, бензапирен, окись мышьяка);
б) высокоопасные – экологическая система сильно нарушена. Период
восстановления не менее 30 лет после полного устранения источника
вредного воздействия (например, содержащие хлористые медь и никель,
азотнокислый свинец);
в) умеренно опасные – экологическая система нарушена. Период
восстановления не менее 10 лет после снижения вредного воздействия от
существующего источника (например, содержащие сернокислую медь,
оксид свинца, четырёххлористый углерод);
г) малоопасные – экологическая система нарушена. Период самовосстановления окружающей среды не менее 3 лет (например, содержащие фосфаты, сернокислый марганец, хлористый цинк);
д) неопасные – экологическая система практически не нарушена
(например, нормативно очищенные сточные воды).
5. По степени стойкости к воздействию природных и техногенных
химико-биологических процессов:
а) разрушаемые (не стойкие, полностью перерабатываемые) –
загрязнения, которые в результате реализации над ними определённых
производственных операций (разделения, соединения и т.д.) могут быть
превращены в другие продукты, используемые дл
я удовлетворения
потребностей человека, общества, производства (вторичные продукты,
вторичные ресурсы), либо возвращаются в окружающую среду в качестве
её органичного компонента (очищенный воздух, очищенная вода и т.д.);
б) частично разрушаемые (частично перерабатываемые, частично
неперерабатываемые) – загрязнения, которые в результате реализации над
ними производственных операций лишь какой-то своей частью могут
быть пр
евращены в материальные или нематериальные блага, а другая
часть при этом не может превратиться в блага и остаётся отходом;
49
в) неразрушаемые (стойкие, полностью не перерабатываемые) –
загрязнения, которые не могут быть превращены в материальные или
нематериальные блага никакими способами.
6. По происхождению (по отраслям хозяйственной деятельности
человека):
а) транспортные;
б) строительные;
в) сельскохозяйственные;
г) промышленные;
и т.д.
7. Смешанные (например, радиоактивные отходы, являющиеся од-
новременно материальными и энергетическими).
2.2. ЗАГРЯЗНЕНИЕ
АТМОСФЕРЫ
Общая характеристика выбросов веществ в атмосферу. Общая
масса выброса загрязнений в атмосферу составляет в мире 800 млн т
в год, в том числе в России – 20 млн т в год. Около 90% выбросов в атмосферу производят США, Канада, Европа, Россия, Восточная Азия. Сейчас
в основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы:
промышленность, транспорт, эн
Главными источниками загрязнений атмосферы в России являются
(в процентах от общего количества выбросов)
1) обрабатывающие производства ≈
2) добыча полезных ископаемых ≈
ергетика.
35,5%;
30,1%;
7
:
3) производство и распределение электроэнергии, газа и воды
≈
19,5%;
4) транспорт и связь ≈
10,2%;
5) операции с недвижимым имуществом, аренда и предоставление
услуг ≈
2,3%;
6) сельское хозяйство, охота и лесное хозяйство ≈
0,7%;
7) предоставление прочих (коммунальных, социальных и персо-
нальных) услуг ≈
8) прочие виды экономической деятельности ≈
0,3%;
1,4%.
Характеристика основных загрязнений, попавших в атмосферу
в России в 2005 году, представлена в табл. 6.
7
Данные по: Государственный доклад «О состоянии и об охране окружаю-
щей среды Российской Федерации в 2005 году». – М. : Министерство природных
ресурсов Российской Федерации, АНО «Центр международных проектов», 2006. –
500 с.
50