Лекция 11
Глава 7. Антропогенное загрязнение природной среды: масштабы и последствия
1 Понятие загрязнения природной среды
Загрязнение окружающей среды – это любое внесение в ту или иную экологическую систему (биогеоценоз) не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потоки энергии и информации, с непременными последствиями в форме снижения продуктивности или разрушения данной экосистемы.
Разнообразные виды вмешательства человека в естественные процессы в биосфере можно сгруппировать по следующим категориям загрязнений (рисунок 1):
ингредиентное загрязнение, или внесение химических веществ, которые количественно или качественно чужды естественным биогеоценозам;
параметрическое (физическое) загрязнение, связанное с изменением качественных параметров окружающей среды;
биоценотическое загрязнение, которое заключается в воздействии на состав и структуру популяций живых организмов, населяющих биогеоценоз;
стациально-деструкционное загрязнение (стация – место обитания популяции), изменение ландшафтов и экологических систем в процессе природопользования, связанном с оптимизацией природы в интересах человека.
2 Общая характеристика источников загрязнения
Источники загрязнения атмосферы подразделяются 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.
Вещества, загрязняющие атмосферу, могут быть твердыми, жидкими и газообразными и оказывать вредное воздействие непосредственно после химических превращений в атмосфере либо совместно с другими веществами.
Рисунок 1 – Схема классификации загрязнения экологических систем (по Г.В. Стадницкому и А.И. Родионову, с добавлениями)
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 и теплоцентрали, сжигающие органическое ископаемое топливо, относятся к наиболее мощным источникам выбросов вредных веществ в атмосферу. Согласно данным Минприроды РФ, в 1995 г. общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу ТЭС составил 4474 тыс. т (твердых веществ – 1349 тыс. т, диоксида серы – 1913,5 тыс. т, оксидов азота – 1045 тыс. т, оксида углерода – 124 тыс. т), или 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 Рb, СОx, NOx, СxНy, бенз(а)пирен.
Черная металлургия. Процессы выплавки чугуна и переработки его на сталь также сопровождаются выбросом в атмосферу пыли и различных газов. Выброс пыли в расчете на 1 т чугуна составляет 4,5 кг, СО2 – 2,7кг и Мn – 0,5…1кг. Вместе с доменным газом в атмосферу в небольших количествах выбрасываются также соединения As, Pb, пары Hg и редких металлов, НСN и смолистые вещества.
В 1995 г. валовой выброс вредных веществ в атмосферу в целом по отрасли составил 2735 тыс. т, или 15% общепромышленного объема выброса. При этом основной объем загрязнений приходится на оксид углерода (70%).
Цветная металлургия служит источником загрязнения атмосферы пылью и газами. Выбросы предприятий цветной металлургии содержат токсичные пылевидные вещества As, Pb и др., поэтому они особо опасны. При получении металлов электролизом образуется большое количество газообразных фтористых соединений. Выброс вредных веществ по отрасли составил 3693,2 тыс. т или 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 SO2, СО и продуктов возгорания смолистых веществ (бенз(а)пирен).
В 1995 г. предприятиями отрасли выброшено в атмосферу 626,5 тыс. т вредных веществ, из них около 50% приходится на объединение «Воркута-уголь».
Химическая промышленность. Состав промышленных выбросов весьма разнообразен; большинство химических соединений является весьма токсичными для организма человека: СО, NO2, SO2, NH3, пыль неорганических веществ, Н2S, соединения галогенов, органические вещества, цианистые соединения.
В 1995 г. объем выбросов в атмосферу в целом по отрасли составил 488,4 тыс. т. Для химических и нефтехимических производств характерны значительные объемы выбросов металлической ртути, составившие 54% от общего объема этих выбросов промышленности России в 1995 г.
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.
Валовой выброс вредных веществ в атмосферу в целом по отрасли в 1995 г. составил 674,2 тыс. т. При этом наибольший «вклад» вносят цементные предприятия – 273 тыс. т или 40,5%. В выбросах содержатся в основном пыль и взвешенные вещества (54% от суммарного выброса по отрасли), а также оксид углерода (23,3%).
Источники загрязнения вод. Загрязняющие вещества, поступая в природные воды, вызывают изменение физических свойств воды (нарушение первоначальной прозрачности и окраски, появление неприятных запахов и привкусов и т.п.); изменение химического состава воды, в частности появление в ней вредных веществ; появление плавающих веществ на поверхности воды и отложений на дне; сокращение в воде количества растворенного кислорода вследствие расхода его на окисление поступающих в водоем органических веществ загрязнения; появление новых бактерий, в том числе и болезнетворных.
На качественный и количественный состав вод в водоемах оказывает влияние: 1) миграция химических загрязнений из атмосферы; 2) поступление загрязняющих веществ в водоемы с бытовыми, промышленными и сельскохозяйственными стоками; 3) поверхностный сток (дождевые, талые воды).
Сточные воды – это воды, отводимые после использования в бытовой и производственной деятельности человека.
Загрязнения, поступающие в сточные воды, можно условно разделить на несколько групп. Так, по физическому составу выделяют нерастворенные, коллоидные и растворенные примеси. Кроме того, загрязнения делятся на минеральные, органические, бактериальные и биологические.
Минеральные представлены песком, глинистыми частицами, частицами руды, шлака, минеральных солей, растворами кислот и щелочей и другими веществами.
Органические загрязнения подразделяются по происхождению на растительные, животные, химические вещества. Растительные органические соединения представляют собой остатки растений, плодов, растительного масла и пр. Загрязнения животного происхождения – это физиологические выделения людей и животных, останки животных, клеевые вещества. Химические органические соединения – это нефть и ее производные, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), синтетические моющие средства (СМС), фенол, формальдегид, пестициды и пр.
Бактериальное и биологическое загрязнения присущи главным образом, бытовым и животноводческим водам и стокам некоторых промышленных предприятий (боен, кожевенных заводов, меховых производств, биофабрик, предприятий микробиологической промышленности).
Суммарный объем загрязненных сточных вод, сбрасываемых в поверхностные водные объекты России, распределяется между жилищно-коммунальным хозяйством (51%), промышленностью (35%) и сельским хозяйством (13%). Объем сброса загрязненных сточных вод в 1995 г. составил по промышленности – 8,6 млрд. м3, в сельском хозяйстве – 3,2 млрд. м3, по объектам ЖКХ – 12,5 млрд. м3.
Источники загрязнения почв. По своему положению и свойствам почва фактически является конечным местом сосредоточения всех природных и антропогенных загрязнений, при этом последние вносят основной вклад:
теплоэнергетика (угольная пыль, зола, дым, аэрозоли тяжелых металлов – ртути, мышьяка, свинца, ванадия, газы SO2, SO3, NO2, бенз(а)пирен, фтористые и мышьяковые соединения, радионуклиды);
черная металлургия (рудная и железистая пыль, оксиды железа, марганца, мышьяка, зола, сажа, SO2, SO3, NH3, NO2, НС1);
цветная металлургия (пыль, пары и оксиды свинца, цинка, кадмия, меди, мышьяка, ртути, фтора, SO2 и т.д.);
промышленность строительных материалов (цементная пыль, фтор и др.);
химическая промышленность (SO2, SO3, НF, Н2S, НС1, НNO3, NH3, фтористые соединения, углеводороды, растворители, эфиры, фенолы и др.);
транспорт (углеводороды, свинец, угольная пыль, зола, СО, SO2, Н2S, бенз(а)пирен, непредельные углеводороды);
сельское хозяйство (удобрения, пестициды, ядохимикаты и т.д.);
нефтеперерабатывающая и нефтедобывающая промышленность (нефть, нефтепродукты, бенз(а)пирен, серосодержащие соединения и др.);
атомные электростанции (радионуклиды, йод-131, стронций-90, цезий-137, плутоний-239, калий-42 и др.).
Накопление загрязняющих веществ в почве происходит в результате: непосредственного внесения в почву или на нее (удобрения, пестициды); поступления атмосферных загрязнений в почву (аэрозоли тяжелых металлов, радионуклиды, летучая зола, газы и др.); поступления загрязнителей в почву с поверхностными стоками; выпадания загрязнителей в почву с атмосферными осадками.