ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ Учебное пособие

71

разные токсические соединения, в том числе пропан, бутан, этилен, фенол, бензол и другие углеводороды.

Серная кислота, используемая в больших количествах в нефтехимии, – один из наиболее вредных для окружающей среды отходов нефтепереработки.

Кислые гидроны являются одним из основных твердофазных отходов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Они представляют собой смолообразные высоковязкие массы различной степени подвижности, содержащие кислоту, воду и разнообразные органические вещества.

Добыча и переработка полезных ископаемых. К 2000 г. мировой объ-

ем добычи полезных ископаемых достигнет 600 млр. т. В то же время для их извлечения перемещаются сотни миллиардов тонн вскрышных пород грунта, почвы, что приводит к резкому ухудшению экологической обстановки в этих регионах.

Взрывы на карьерах стали периодическими и являются очень крупными источниками пыли и ядовитых газов. Так, на Криворожском железорудном бассейне производятся взрывы мощностью 500–700 т взрывчатых веществ и т. д. Как правило, при мощном взрыве пылегазовое облако рассеивает 200–250 т пыли в радиусе 2–4 км от эпицентра взрыва, вызывая загрязнение окружающей среды на прилегающих территориях.

Металлургическая и металлообрабатывающая промышленность.

Производство чугуна и стали в нашей стране ежегодно сопровождается образованием более 70 млн. т металлургических шлаков, из которых используется немногим более 50 %. Только накопление шламов с содержанием железа около 50 % на заводах черной металлургии достигает 20 млн. т/год. В целом производство 1 т стали сопровождается образованием около 0,4 т твердых отходов, не считая дымовых газов и загрязненных сточных вод.

Металлургические шлаки представляют собой силикатные системы с различным содержанием железа. Те же шлаки содержат тяжелые металлы, мышьяк, сурьму, остатки флотагентов и другие примеси, которые из отвалов и других накопителей отходов попадают в окружающую среду.

Цветная металлургия. В мире ежегодно выплавляется цветных металлов приблизительно в 15 раз меньше, чем черных. Однако на 1 т производимого металла выход шлаков составляет 1–200 т, поэтому их масса вполне сопоставима с выходом шлаков в черной металлургии.

В отвальных шлаках цветной металлургии обнаруживают значительные массы ценных компонентов, причем в ряде случаев их содержание выше, чем в добываемых рудах. Так, в отвалах шлаков на медеплавильных заводах содержится более 27 млн. т железа, 335 тыс. т меди и 2 млн. т цинка; в шлаковых отвалах свинцовых заводов – до 3 млн. т железа; более 900 тыс. т цинка, 150 тыс. т свинца, 70 тыс. т меди. Подобные шлаки должны перерабаты-

72

ваться для извлечения ценных металлов, но они же являются и опасным источником загрязнения почв и поверхностных вод тяжелыми металлами. Производство цветных металлов, сплавов и гальваническое производство по-

ставляют в биосферу Se, As, Sb, Сu, Ag, Sr, Zn, Cd, Hg, Al, Sn, Pb, Bi, Mo, W, Ni. Кроме твердых отходов металлургические и металлообрабатывающие заводы сбрасывают в реки и другие водоприемники сточные воды, содержащие твердые взвеси, растворы и эмульсии солей, кислот и щелочей, растворимые соединения тяжелых металлов, цианиды и углеводороды.

Цветная металлургия является вторым после теплоэнергетики загрязнителем окружающей среды диоксидом серы. В процессе обжига и переработки сульфидных руд цинка, меди, свинца и некоторых других металлов в атмосферу поступают газы, содержащие 4–10 % SO2 (такое количество SO2 достаточно для организации производства серной кислоты).

Химическая промышленность. Предприятия химической промышленности являются источниками разнообразных и токсичных стоков и выбросов в окружающую среду, к которым в первую очередь следует отнести органические растворители, амины, альдегиды, хлор и его производные, оксиды азота, циановодород, фториды, сернистые соединения (диоксид серы, сероводород, сероуглерод), металлоорганические соединения, соединения фосфора, ртуть.

Содержание загрязняющих веществ в воздушном бассейне повышается из-за размещения технологического оборудования на открытых площадках, нарушения его герметичности, значительного количества наружных технологических коммуникаций. При сернокислотном производстве происходит выброс SO2 и других соединений серы большими объемами. Предприятия по производству азотных удобрений выбрасывают в сутки 2–5 т оксидов азота, азотной и азотистой кислот; их концентрация в воздухе на расстоянии 0,5 км от предприятий достигает 1,3 мг/м3. Загрязняют воздух оксидами азота предприятия по производству анилиновых красителей, вискозы, фотопленки и целлулоида. Поставщиками хлора в атмосферу являются предприятия по производству пестицидов, органических красителей, соды, соляной и уксусной кислот, а фтор и его соединения поступают в атмосферу в выбросах заводов по производству фосфорных удобрений, эмалей и т. п. Предприятия, производящие синтетический каучук, выбрасывают в воздушный бассейн стирол, толуол, ацетон, изопрен и др. Температура многих отходящих газов предприятий химической промышленности практически не отличается от температуры окружающей среды, в результате чего происходит скопление токсических веществ вблизи источников выбросов.

Так же насыщены разнообразными токсикантами сточные воды химических предприятий. Наряду с перечисленными соединениями они содержат многие весьма опасные органические вещества, минеральные кислоты раз-

73

личных концентраций вплоть до концентрированных, растворимые соли, щелочи и т. д.

Целлюлозно-бумажная промышленность. Сточные воды и газовые выбросы, образующиеся в целлюлозно-бумажном производстве, представляют серьезную угрозу окружающей среде. В сточных водах одного целлю- лозно-бумажного комбината средней мощности содержится такое же количество органических веществ, как в сточных водах города с населением в 2,5 млн. чел.

Освоение космоса началось 4 октября 1957 г. с момента запуска в

СССР первого в мире искусственного спутника Земли. Космос используется человечеством в научных и практических целях. Так, с помощью первого искусственного спутника была получена информация о строении атмосферы Земли и околоземного космического пространства. Последующие искусственные спутники, спускаемые автоматические станции, луноходы, марсоходы, космические корабли дают представление о поверхности планет Солнечной системы, обеспечивают радио- и телесвязь, оказывают помощь в прогнозировании погоды, навигации, картографировании, получении сверхчистых веществ в условиях отсутствия гравитации и других сферах деятельности человека. Освоение космоса служит также и решению экологических задач и проблем на Земле. Так, с помощью ракетно-космической техники возможны изучение и контроль из космоса природной среды, земных ресурсов, глубины вод, недр, проведение географических и геофизических исследований како- го-либо региона и др.

Однако, так же как и для любой деятельности человека, вообще и космической в частности, существуют определенные экологические границы ее осуществления. Прежде всего они связаны с такими воздействиями при освоении космоса, которые ведут к негативным последствиям для Земли и ее оболочек, космической среды или других планет Солнечной системы и др. Например, при выведении на орбиту станции «Скайлэб» с помощью ракеты «Сатурн» в земной ионосфере образовалось «окно» диаметром 1800 км, затянувшееся лишь через 1,5 ч. По подсчетам специалистов США, при частоте полетов транспортных космических кораблей, составляющей свыше 85 в год, разрушение озонового слоя Земли будет носить катастрофический и необратимый характер.

Любой космический эксперимент может быть проведен только при наличии ракетно-космической техники, но ее функционирование с ростом масштабов ракетно-космических систем и частоты полетов приводит к негативным последствиям механического, химического, радиоактивного и электромагнитного характера.

Источниками механического загрязнения являются фрагменты и частицы покрытий космических аппаратов и ракет, а также твердые частицы выхлопа ракетных двигателей.

74

К источникам химического загрязнения относятся продукты сгорания ракетных топлив. В качестве примера в табл. 1.5 приведены данные о количестве загрязняющих веществ в продуктах сгорания топлива при запуске ракеты «Старт».

Серьезные экологические проблемы связаны и с военными экспериментами в космосе, запрет на которые не снят с повестки дня и в наши дни. Приведем некоторые примеры.

Виюле 1962 г. США взорвали водородную бомбу большой мощности на высоте около 400 км. В результате взрыва около Земли возник новый пояс интенсивной радиации, изменивший структуру околоземного космического пространства. Он вывел из строя несколько научно-исследовательских спутников, усилил опасность радиационного облучения при пилотируемых полетах, создал сильные препятствия для изучения естественных радиационных поясов Земли и др. Для рассеяния возникшего искусственного радиационного пояса понадобилось около 10 лет.

Вмае 1963 г. США произвели эксперимент «Уэст Форд», в результате которого в околоземном пространстве на высоте 3250 км был создан пояс из 400 млн. медных иголок. Расширение масштабов этого эксперимента создало бы огромные трудности для развития радио- и оптической астрономии.

Таблица 1.5 Данные о количестве загрязняющих веществ в продуктах сгорания топлива

при запуске ракеты «Старт»

75

Радиоактивное загрязнение исходит от бортовых ядерных энергетических устройств, а электромагнитное – от бортовых высокочастотных передатчиков.

Последствия воздействия космических аппаратов и ракет на окружающую среду в зависимости от типа загрязнения представлено в табл. 1.6.

Таблица 1.6 Последствия воздействия космических аппаратов и ракет в зависимости от

типа загрязнения

76

1.3.5. Интенсификация сельского хозяйства

Интенсификация сельского хозяйства. Рост урожайности сельскохо-

зяйственных культур сопровождается выносом из почв ряда минеральных веществ, что приводит к снижению почвенного плодородия и обеднению растений, корнеплодов, а, следовательно, и продуктов питания. Последнее приводит к видоизменению (деградации) растений и корнеплодов и заболеваниям человека. Поэтому продуктивность современного сельского хозяйства во многом зависит от минеральных и органических удобрений.

Для защиты растений и животных от опасных для них живых и растительных организмов используют пестициды (от лат. pestis – зараза и caedо – убивать). Общим термином «пестициды» называют большую группу синтетических соединений, не известных естественным природным системам, включающую:

гербициды (от лат. herba – трава и caedо – убивать) – химические препараты для уничтожения нежелательной, главным образом сорной, растительности, включающие в себя:

альгициды (от лат. alga – морская трава, водоросль и caedо – убивать):– химические препараты для уничтожения водных растений в каналах, водохранилищах;

арборициды (от лат. arbos – дерево и …цид(ы)) – химические вещества для борьбы с нежелательной древесной и кустарниковой растительностью;

инсектициды (от лат.insecia – насекомые и …цид(ы)) – для борьбы с вредными насекомыми;

акарициды (от греч. akari – клещ и …цид(ы)) – химические вещества для уничтожения клещей;

зооциды (от греч. zoon – животное и …цид(ы)) – для уничтожения грызунов;

дефолианты (от лат. de – движение вниз т folium – лист) – химические вещества для провоцирования искусственного опадания листвы растений (например, для облегчения механической уборки хлопка) и др.

Основной причиной загрязнения биосферы минеральными, органическими удобрениями и пестицидами являются грубые нарушения научно обоснованной технологии их транспортирования, хранения и внесения в почву.

Минеральные удобрения (азотные, фосфорные, калийные) оказывают прямое и косвенное действие на сельскохозяйственные культуры, почвы и природные воды. Характер действия минеральных удобрений зависит от многих факторов: типа почвы, вида возделываемой сельскохозяйственной культуры, температуры, влажности почвы, вносимых доз и др.

Внесение минеральных удобрений в умеренных дозах активизируют деятельность микроорганизмов в почве, в результате чего возрастает ско-

77

рость микробного разложения органических остатков, азотфиксация и денитрификация. Необходимость применения минеральных удобрений одновременно с повышением урожайности вызывает загрязнение почв и поверхностных вод биогенными элементами и балластными веществами. Например, при внесении в почву калийного удобрения хлорида калия KCl вместе с необходимым для растений калием вносится не только бесполезный, но и вредный хлор; при мелиорации солонцовых почв фосфогипсом в почву попадает и некоторое количество стронция. Отрицательное действие длительного применения высоких доз минеральных удобрений проявляется в изменении родовых и видовых составов микроорганизмов, активизации и росте численности их токсинообразующих видов, что ведет к микробному токсикозу почвы. В результате постепенно снижается почвенное плодородие и происходит деградация почв.

Среди органических удобрений основное место принадлежит отходам животноводства и птицеводства. Однако нарушение технологии их применения приводит к загрязнению почвы и растений патогенными (болезнетворными) микроорганизмами. Попадание экскрементов животных в почву ведет к увеличению содержания в ней подвижного цинка, железа, меди и магния, и повышению содержания нитратов.

Избыточно вносимые органические и минеральные удобрения ухудшают качество сельскохозяйственной продукции. В результате поверхностного стока биогенные элементы и патогенные микроорганизмы поступают в водные объекты, которые стимулируют бурное развитие синезеленых водорослей («цветение» вод), что приводит к возникновению дефицита кислорода (эвтрофикации водоема, водотока) и, как следствие, к заморам рыб и других животных.

Экологические последствия применения пестицидов также оцениваются неоднозначно. С одной стороны при правильном применении пестициды не оказывают негативного воздействия на биосферу. С другой стороны, все пестициды являются ядовитыми веществами не только для определенной формы жизни, но и для полезных насекомых и микроорганизмов, животных, птиц и человека. В идеальном случае пестицид, оказав требуемое воздействие на вредителя, должен сразу же разрушиться, образовав безвредные продукты разложения. Однако большинство пестицидов представляют собой устойчивые трудноразлагаемые соединения, у которых непосредственно используется только 4–5 % внесенного количества, а остальная масса рассеивается, попадая в атмосферный воздух, почвы, водоемы, накапливаясь в растениях и животных, нарушая тем самым биологические связи в биогеоценозах. Широкое применение пестицидов при несоблюдении научно обоснованной технологии их транспортирования, хранения и внесения в почву не только не решает проблемы борьбы с сорняками, болезнями, вредителями растений, но зачастую способствует и возникновению их более стойких форм.

78

1.3.6. Гонка вооружений и военные конфликты

По оценкам специального доклада ООН, «военная деятельность в мирное время, военная промышленность, военные установки, учения и подобная деятельность наносят окружающей среде дополнительный ущерб в масштабах, приблизительно пропорциональных доле военных расходов в валовом национальном продукте».

Серьезная опасность для окружающей среды связана с возможностью применения оружия массового поражения и разработкой и применением новых видов оружия.

Оружие массового поражения – это общее название устройств и средств, применяемых для уничтожения живой силы противника, его техники и сооружений. К нему относят ядерное, химическое и бактериологическое оружие.

Ядерное оружие – это комплекс, включающий ядерный боеприпас, средство его доставки (самолеты, ракеты, подводные лодки, надводные корабли и др.) к цели и систему управления. Энергия при взрыве ядерного боеприпаса выделяется в результате реакции деления ядер изотопов тяжелых элементов – урана-235 или урана-233, плутония-239 или синтеза (соединения, слияния) изотопов водорода и трития или дейтерия лития с образованием более тяжелого элемента гелия.

Механизм деления ядер нейтронами состоит в захвате нейтронов исходным ядром (урана или плутония) с образованием составного ядра и последующем его распаде на осколки деления. Деление ядра сопровождается вылетом двух-трех нейтронов и несколько гамма-квантов. Выделившиеся вторичные нейтроны способны разделить два-три новых ядра, в результате чего появляются еще два-три новых нейтрона на каждое разделившееся ядро и т. п. Количество нейтронов лавинообразно нарастает, процесс деления принимает цепной характер. Цепная реакция деления может иметь место только при определенной массе делящегося материала (ядерного горючего). Наименьшее количество делящегося материала, в котором возможна самопроизвольная цепная реакция, называется критической массой.

Реакции синтеза легких ядер, протекающие в условиях нагрева вещества до температур десятков миллионов градусов, называются термоядерными.

Мощность ядерного боеприпаса принято характеризовать тротиловым эквивалентом, т. е. количеством взрывчатого вещества тротила, при взрыве которого выделяется столько же энергии, что и при взрыве ядерного заряда. Тротиловый эквивалент выражают в тоннах (т), килотоннах (кт), мегатоннах (Мт). В зависимости от мощности ядерные заряды подразделяют на сверхмалые (с тротиловым эквивалентом менее 1 кт), малые (1–10 кт), средние (10–100 кт), крупные (100 кт – 1 Мт) и сверхкрупные (свыше 1 Мт).

79

В зависимости от задач, решаемых при применении ядерного оружия, вида и местонахождения объектов ядерных ударов, ядерные взрывы подразделяют на следующие виды:

высотный (производится выше границы тропосферы для поражения воздушных и космических целей);

воздушный (происходит в воздухе на такой высоте, что светящаяся область не касается поверхности земли, воды. Применяется для поражения наземных (надводных) объектов);

наземный, т. е. непосредственно на поверхности земли для поражения наземных и подземных объектов;

подземный осуществляется при заблаговременной установке ядерного боеприпаса для создания заграждений и разрушения особо прочных подземных объектов;

надводный, т. е. взрыв, произведенный на поверхности воды или на такой высоте, при которой светящаяся область касается этой поверхности. Такими взрывами разрушают подводные объекты, портовые сооружения и др.; подводный, для поражения надводных, подводных объектов, разруше-

ния гидротехнических и портовых сооружений. Опасными факторами ядерного взрыва являются:

ударная волна – зона сильно сжатого воздуха, распространяющегося во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Обладая большим запасом энергии, ударная волна наносит поражения людям, разрушает и повреждает здания и сооружения;

световое излучение – поток лучистой энергии, источником которой является светящаяся область взрыва, состоящая из нагретых до высокой температуры паров материалов боеприпасов и воздуха, а при наземных взрывах – и грунта. В результате воздействия светового излучения возникают термические поражения кожи и глаз (ослепление, ожоги глаз, дна, век, роговицы), оплавление, обугливание, воспламенение зданий и сооружений;

проникающая радиация – поток гамма-лучей и нейтронов, испускаемый в окружающую среду из зоны ядерного взрыва. Распространяется в воздухе на многие сотни метров и даже километров (2,5–3 км) и приводит к развитию специфического заболевания у людей – лучевой болезни. Большие дозы радиации выводят из строя радиоэлектронную аппаратуру, а в грунте, технике под действием нейтронов образуются искусственные радиоактивные изотопы и возникает так называемая наведенная радиация;

радиоактивное заражение местности, воды, воздуха в результате выпадения радиоактивных веществ из облака ядерного взрыва. Как и в случае проникающей радиации возможно развитие лучевой болезни;

электромагнитный импульс (ЭМИ). При ядерном взрыве испускается огромный поток гамма-лучей и электронов, одна часть из которых поглощается оболочкой боеприпаса, а другая поступает в окружающую среду и взаи-

80

модействует с атомами других веществ. В воздухе при этом возникают кратковременные электрические и магнитные поля, которые и представляют собой ЭМИ ядерного взрыва. При действии ЭМИ на металлических объектах индуцируются высокие электрические потенциалы относительно земли, может произойти пробой изоляции проводов и кабелей, выход из строя разрядников, перегорание плавких предохранителей, искажение передаваемой информации, выдача ложных сигналов и др.

Химическое оружие – это боевые средства, поражающее действие которых основано на использовании токсичных (ядовитых) химических веществ. Основу химического оружия составляют отравляющие вещества (ОВ), представляющие собой химические соединения с определенными токсическими и физико-химическими свойствами. К средствам доставки ОВ относятся химические авиационные бомбы, выливные авиационные приборы, химические ракеты, мины и др.

Бактериологическое (биологическое) оружие – это боеприпасы и приборы, снаряженные болезнетворными микробами (бактериями, вирусами, грибками, риккетсиями) и продуктами их жизнедеятельности – токсинами для поражения людей, животных, растений. Особенностью этого оружия является его способность вызывать массовые заболевания и гибель людей, животных и растений, при этом для заражения достаточно незначительного числа микробов или токсинов.

Для применения бактериологических (биологических) средств используются авиационные бомбы, снаряды, мины, ракеты, диверсионные методы (заражение воды, воздуха, продуктов, распространение зараженных насекомых, клещей, грызунов).

По силе своего воздействия на окружающую природную среду и человека наряду с оружием массового поражения сопоставимы и такие современные виды оружия, как высокоточное оружие, бинарные химические боеприпасы объемного взрыва, бетонобойные боеприпасы, напалмовые бомбы, малогабаритные кассетные боеприпасы и др.

В XXI веке вполне возможно создание новых видов оружия, построенных на совершенно новых принципах массового поражения, таких как:

генетическое оружие – комплекс биологических средств, основу которых составляют возбудители различных заболеваний, вызывающие направленные изменения наследственных признаков (мутации). Для такого оружия характерна высокая устойчивость к неблагоприятным условиям окружающей среды;

этническое оружие – химические, биологические вещества или микроорганизмы, воздействующие избирательно на отдельных людей и животных (сообщества или этнос) и вызывающие их гибель;

геофизическое оружие – основано на искусственно вызываемых изменениях физических свойств и процессов, протекающих в атмосфере, гидро-