3.1 Понятие о загрязнении окружающей среды

Загрязнением окружающей среды считается привнесение в ту или иную экосистему (биогеоценоз) новых, не характерных для нее физических, химических и биологических компонентов или структурных изменений прерывающих или нарушающих процессы обмена веществ у обитателей этой экосистемы, обмен информацией между организмами и средой, вызывающих отклонения режимов экологических факторов от требований экологических ниш с непремен-ным следствием в виде снижения продуктивности и частичного или полного разрушения этой экосистемы.

Непосредственными объектами загрязнения служат основные компоненты экотопа: почва, вода, атмосфера.

Косвенными объектами загрязнения являются составляющие биогеоценоза: растения, животные микроорганизмы.

С экологической позиции загрязнение представляет собой комплекс помех в экосистемах, воздействующих на потоки энергии и информации в пищевых (энергетических) цепях. Эти помехи часто превышают приспособительные возможности организмов.

Если естественные помехи ведут к отбору более сильных особей того или иного вида живого организма, то антропогенные помехи, связанные с деятельностью человека, − к гибели организма.

Живая природа – это саморегулирующаяся, самовосстанавливающаяся система, состоящая из множества экосистем. В экосистемах, начиная от элементарного биогеоценоза и заканчивая в целом биосферой, проходят биогеохимические обмены – круговорот веществ, являющийся основой жизни. В тропических лесах, где круговорот веществ наиболее совершенен, почв практически нет, в черноземных степях – почти двухметровый слой, а под ним – продукт былых экосистем.

Биогенные осадочные породы – мелы, известняки, мрамор, уголь, нефть и пр. – это все «отходы» прошлых биосфер. Секрет природы заключается в том, что неизбежные отходы захоронены так и в таком виде, что они не оказывают вредного воздействия на природу. Если не вмешается человек.

Положение самого человека в биосфере двояко. С одной стороны, человек как биологический вид является составной частью экосистем, он связан с природой по всем своим биологическим каналам.

С другой стороны, человек в отличие от живых существ имеет и не биологические потребности: строит здания, дороги, развивает технику, печатает книги и пр. Для этого черпает из окружающей среды такие ресурсы, которые ни одно живое существо не потребляет – руды, нефть, древесину. Сжигая в огромных количествах уголь, нефть, человечество выпускает в атмосферу ту углекислоту, которая надёжно захоронена природой. И возвращает в природу массу отходов – пластик, металл, стекло, стройматериалы, не свойственные природе и не имеющие своих редуцентов.

В чисто биологические процессы, отработанные миллионами лет эволюции, осуществляется грубое вмешательство человека.

Так возникают и накапливаются загрязнения.

3.2 Классификация и источники загрязнения

С позиции теории помех в экосистемах процесс загрязнения классифицируется следующим образом (рис. 5):

1) ингредиентное загрязнение как совокупность веществ, количественно или качественно чуждым естественным биогеоценозам;

2) параметрическое загрязнение, – изменение качественных параметров окружающей среды;

3) биоценотическое загрязнение, – воздействие на состав и структуру популяций живых организмов, населяющих биоценоз;

4) стациально-деструктивное загрязнение, – представляющее собой изменение ландшафтов и экологических систем в процессе природопользования.

Источники загрязнения окружающей природной среды промышленностью классифицируют в зависимости от объекта загрязнения: атмосферы, водного бассейна и литосферы.

Загрязнение среды

Ингредиентное

Параметрическое

Биоценотическое

Стациально-деструктивное

Минеральное

Органическое

Нарушение баланса популяций

Вырубка лесов

Эрозия почв

Комплексный фактор беспокойства

Зарегулирование водотоков

Осушение земель

Урбанизация

Нерегулируемый отлов, отстрел, браконьерство

Карьерная разработка ископаемых

Лесные и степные пожары

Перепромысел

Дорожное строительство

Распашка степей

Прочие

Рис. 5. Классификация загрязнения экологических систем (по Г. В. Стадницкому и А. И. Родионову)

Источники загрязнения воздушного бассейна. Источники загрязнения атмосферы подразделяют на естественные (природные) и искусственные (антропогенные). Естественные (извержения вулканов,

пыльные бури, лесные и степные пожары) мало влияют на общий уровень загрязнения. Наиболее опасными источниками загрязнения атмосферы являются антропогенные. Мировое хозяйство ежегодно выбрасывает в атмосферу более 15 млрд т СО₂, 200 млн т СО, более 500 млн т углеводородов, 120 млн т золы, более 160 млн т оксидов серы и 110 млн т оксидов азота и др. Общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу составляет, по некоторым данным, более 19 млрд т в год.

Антропогенные источники загрязнения атмосферы.

1. По назначению: а) технологические, содержащие хвостовые газы после улавливания на установках, продувки аппаратов, воздушников и др. (для выбросов характерны высокие концентрации вредных веществ и сравнительно малые объемы удаляемого воз­духа); б) вентиляционные выбросы – местные отсосы от оборудования и общеобменная вытяжка.

2. По месту расположения: а) незатененные, или высокие, на­ходящиеся в зоне недеформированного ветрового потока (к этим источникам относят высокие трубы, а также точечные источники, удаляющие загрязнения на высоту, превышающую высоту здания в 2,5 раза); б) затемненные или низкие, расположенные на высоте в 2,5 раза меньше высоты здания; в) наземные, находящиеся вблизи земной поверхности (к этим источникам относят, открыто расположенное технологическое оборудование, колодцы производственной канализации, пролитые токсичные вещества, разбросанные отходы производства).

3. По геометрической форме: а) точечные (трубы, шахты); б) линейные (аэрационные фонари, открытые окна, близко расположенные вытяжные шахты и факелы).

4. По режиму работы: непрерывного и периодического дейст­вия, залповые и мгновенные. В случае залповых выбросов за короткий промежуток времени в воздух поступает большое количе­ство вредных веществ. Залповые выбросы возможны при авариях или сжигании быстрогорящих отходов производства на специальных площадках уничтожения.

5. По дальности распространения: а) внутриплощадочные, ко­гда выбрасываемые в атмосферу загрязнения образуют высокие концентрации только на территории промышленной площадки, а в жилых районах ощутимых загрязнений не наблюдается (для таких выбросов предусматривают достаточных размеров санитарно- защитную зону); б) внеплощадочные, когда выбрасываемые в атмосферу загрязнения потенциально способны создавать высокие концентрации на территории жилого района.

Вещества, загрязняющие атмосферу, могут быть твердыми, жидкими и газообразными и оказывать вредное воздействие непосредственно после химических превращений в атмосфере либо совместно с другими веществами.

Из всей массы загрязняющих веществ, которые поступают в атмосферу от антропогенных источников, 90% составляют газообразные вещества (оксиды серы, азота, углерода, тяжелых и радиоактивных металлов и др.), 10% – твердые и жидкие вещества.

Тепловые электростанции (ТЭС) и теплоцентрали, сжигающие органическое ископаемое топливо, относят к наиболее мощным источникам выбросов вредных веществ в атмосферу. Согласно данным Минприроды РФ, в 1995 г. общий объем выбросов в атмосферу ТЭС составил 89% общего выброса по энергети­ческой промышленности.

Автомобильный транспорт выделяет 60% газообразных загрязнителей воздуха. В состав выхлопных газов карбюраторных и дизельных двигателей входит до 200 химических соединений, из которых наиболее токсичны РЬ, СО_х, НО_х, С_хН_у, бенз(а)пирен.

Черная металлургия. Процессы выплавки чугуна и переработки его на сталь сопровождаются выбросом в атмосферу пыли и различных газов. Выброс пыли в расчете на 1 т чугуна составляет 4,5 кг, СО₂ – 2,7 кг и Mn – 0,5–1 кг. Вместе с доменным газом в атмосферу в небольших количествах выбрасываются также соединения Аs, Рb, P, Sb, пары Нg и редких металлов, HCN и смолистые вещества.

Цветная металлургия. Служит источником загрязнения атмосферы пылью и газами. Выбросы предприятий цветной металлургии содержат токсичные пылевидные вещества Аs, Рb и др. Выброс вредных веществ по отрасли составил 20,4% от объема выбросов промышленности России.

Угольная промышленность. Источником загрязнения являются промышленные отвалы пустой породы, или так называемые терриконы. Внутри террикона вследствие самовозгорания длительное время идет горение угля и пирита, сопровождающееся выделением SО₂, СО и продуктов возгорания смолистых веществ (бенз(а)пирен).

Химическая промышленность. Состав выбросов весьма разнообразен; большинство химических соединений являются весьма токсичными для организма человека: СО, NО₂, SО₂, NН₃, пыль неорганических веществ, Н₂S, соединения галогенов, органические вещества, цианистые соединения и др.

Промышленность строительных материалов. Основные технологические процессы здесь – измельчение и термическая обработка шихт, полуфабрикатов и продуктов в потоках горячих газов, которые сопровождаются выбросом пыли в атмосферу.

Источники загрязнения водного бассейна.

1. Атмосферные воды, несущие массы вымываемых из воздуха поллютантов (загрязнителей) промышленного происхождения. При стекании по склонам атмосферные и талые воды дополни­тельно увлекают с собой массы веществ. Особенно опасны стоки городских улиц, промышленных площадок, несущие массы нефтепродуктов, мусора, фенолов, кислот.

2. Городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки, содержащие фекалии, детергенты (поверхностно-активные моющие средства), микроорганизмы, в том числе патогенные.

3. Сельскохозяйственные воды. Загрязнение этими водами обусловлено, во-первых, применением ядо­химикатов, используемых для подавления вредителей, болезней растений и сорняков. Эти ядохимикаты непосредственно попа­дают на поверхность почвы или смываются на большие расстоя­ния, неизбежно оказываясь в водных объектах. Во-вторых, жи­вотноводство связано с образованием больших масс твердой ор­ганики и мочевины. Кроме органических веществ, сточные сель­скохозяйственные воды содержат массу биогенных элементов, в том числе азота и фосфора.

4. Промышленные сточные воды, образующиеся в самых разнообразных отраслях производства, среди которых наиболее ак­тивно потребляют воду черная и цветная металлургия, химиче­ская, лесохимическая и нефтеперерабатывающая отрасли промышленности. При разработке пластовых месторождений в на­шей стране каждый год образуется 2,5 млрд км³ дренажных шахтных и шламовых вод, загрязненных хлористыми и сульфат­ными соединениями, соединениями железа и меди, которые перед сбросом должны быть очищены.

При технологических процессах в промышленности образу­ются следующие основные виды загрязненных сточных вод:

• реакционные воды, образующиеся в процессе реакций с выделением воды, в результате чего они загрязнены как исход­ами веществами, так и продуктами реакции;

• воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах (свободная или связанная вода), в результате переработки загрязняются всевозможными веществами;

• промывные воды – воды после промывки сырья, продуктов, тары, оборудования, маточные водные растворы;

• водные экстрагенты и абсорберы;

• охлаждающие воды, не соприкасающиеся с технологическими продуктами и использующиеся в системах оборотного водоснабжения;

• бытовые воды – воды столовых, прачечных, душевых туалетов и т. д.;

• атмосферные осадки, стекающие с территории предприятия, загрязненные различными химическими и взвешенными веществами (поверхностный сток).

Следует отметить, что загрязнение водных систем представляет большую опасность, чем загрязнение атмосферы. Это обусловлено тем, что процессы генерации или самоочищения про­текают в водной среде гораздо медленнее, чем в воздушной. Источники загрязнения водоемов более разнообразны и менее предсказуемы. Естественно, процессы, протекающие в водной среде и подвергающиеся загрязнению, более чувствительны сами по себе и имеют большее значение для обеспечения жизни на Земле, чем те, которые протекают в атмосфере.

Источники загрязнения литосферы.

1. Жилые дома и бытовые предприятия. В числе загрязняю­щих веществ преобладают: бытовой мусор, пищевые отходы, фе­калии, строительный мусор, отходы отопительных систем, пришедшие в негодность предметы домашнего обихода, мусор общественных учреждений, больниц, столовых, гостиниц, магазинов и т.д.

2. Сельское хозяйство. Удобрения, ядохимикаты, применяемые в сельском и лесном хозяйствах для защиты растений, вредителей, болезней и сорняков. Отходы животноводства сельскохозяйственной продукции.

3. Теплоэнергетика. Помимо образования массы шламов при сжигании каменного угля с теплоэнергетикой связано выделение в атмосферу сажи, несгоревших частиц, оксидов серы, в конечном итоге оказывающихся в почве.

4. Транспорт. При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды другие вещества, оседающие на поверхности почвы или поглощаемые растениями. В последнем случае эти вещества также оказываются в почве, вовлекаются в природные круговороты, связанные с пищевыми цепями.

5. Промышленные предприятия. В твердых и жидких про­мышленных отходах постоянно присутствуют те или иные веще­ства способные оказывать токсическое воздействие на живые организмы и их сообщества. Например, в отходах металлургиче­ской промышленности обычно присутствуют соли цветных и тя­желых металлов. Машиностроительная промышленность выво­дит в окружающую среду цианиды, соединения мышьяка, берил­лия. При производстве пластмасс и искусственных волокон обра­зуются отходы бензола и фенола. Отходами целлюлозно-бумажной промышленности, как правило, являются фенолы, ме­танол, скипидар.

При загрязнении почв самоочищения практически не проис­ходит или происходит очень медленно. В таком случае токсич­ные вещества накапливаются, что способствует постепенному изменению химического состава почв, нарушению единства геохимической среды и живых организмов. Из почвы токсич­ные вещества могут попасть в организмы животных, людей и вызвать нежелательные последствия.